メチオニンエンケファリンはNFATc1の核内転座の制御を介して圧縮力によって誘導される骨細胞のアポトーシスを抑制する

Methionine Enkephalin Suppresses Osteocyte Apoptosis Induced by Compressive Force through Regulation of Nuclear Translocation of NFATc1.

• Chisumi Sogi
• Nobuo Takeshita
• Wei Jiang
• Siyoung Kim
• Toshihiro Maeda
• Michiko Yoshida
• Toshihito Oyanagi
• Arata Ito
• Seiji Kimura
• Daisuke Seki
• Ikuko Takano
• Yuichi Sakai
• Ikuma Fujiwara
• Shigeo Kure
• Teruko Takano-Yamamoto

抄録

機械的ストレスは、骨の形成と吸収を介して起こる骨のリモデリングを刺激し、その結果、機械的ストレスに応答して骨の適応をもたらす。骨細胞は骨に負荷された機械的ストレスを感知し、様々な細胞過程を経て骨のリモデリングを促進する。骨細胞のアポトーシスは、機械的ストレスによる骨リモデリングの際に骨吸収を誘導する細胞過程と考えられているが、その根底にある分子機構は完全には解明されていない。最近の研究では、神経ペプチドが骨代謝に重要な役割を果たしていることが明らかになってきた。神経ペプチドであるメチオニンエンケファリン（MENK）は、細胞の種類に応じてアポトーシスを正負に制御しているが、機械的ストレスに応答して骨細胞がアポトーシスを起こし、その後の骨吸収にどのような役割を果たしているのかについては、まだ明らかになっていない。ここでは、MENK の圧縮力による骨細胞のアポトーシスにおける役割とそのメカニズムを検討した。マウス頭頂骨に圧縮力を負荷したところ、骨細胞におけるMENKの発現が低下した。中和結合組織増殖因子（CTGF）抗体は、圧縮力によるMENKの発現低下を抑制した。圧縮力を負荷した頭頂骨では、MENK投与により骨細胞のアポトーシスの増加が抑制された。頭頂骨の骨細胞におけるNFATc1の核内転座は圧縮力により亢進した。NFATc1の核内転座を阻害するINCA-6は、圧縮力が負荷された頭頂骨において、骨細胞のアポトーシスの増加を抑制した。NFATc1を過剰発現したMLO-Y4細胞では、アポトーシス関連遺伝子の発現が増加した。MENK投与により、圧縮力負荷頭頂骨の骨細胞におけるNFATc1の核内転座が減少した。さらに、MENKは、MLO-Y4細胞におけるNFATの核内転座を誘導することが知られているCa流入、カルシニューリン、カルモジュリンの発現を抑制した。以上のことから、本研究では、骨細胞がMENKを発現しているのに対し、CTGFシグナル伝達を介して圧縮力によってMENKの発現が抑制されていることが明らかになった。MENKはNFATc1の核内転座を抑制し、骨細胞のCaシグナルを抑制することで、圧縮力によって誘発される骨細胞のアポトーシスを抑制し、その後の骨吸収を抑制したと考えられる。

Mechanical stress stimulates bone remodeling, which occurs through bone formation and resorption, resulting in bone adaptation in response to the mechanical stress. Osteocytes perceive mechanical stress loaded to bones and promote bone remodeling through various cellular processes. Osteocyte apoptosis is considered a cellular process to induce bone resorption during mechanical stress-induced bone remodeling, but the underlying molecular mechanisms are not fully understood. Recent studies have demonstrated that neuropeptides play crucial roles in bone metabolism. The neuropeptide, methionine enkephalin (MENK) regulates apoptosis positively and negatively depending on cell type, but the role of MENK in osteocyte apoptosis, followed by bone resorption, in response to mechanical stress is still unknown. Here, we examined the roles and mechanisms of MENK in osteocyte apoptosis induced by compressive force. We loaded compressive force to mouse parietal bones, resulting in a reduction of MENK expression in osteocytes. A neutralizing connective tissue growth factor (CTGF) antibody inhibited the compressive force-induced reduction of MENK. An increase in osteocyte apoptosis in the compressive force-loaded parietal bones was inhibited by MENK administration. Nuclear translocation of NFATc1 in osteocytes in the parietal bones was enhanced by compressive force. INCA-6, which inhibits NFAT translocation into nuclei, suppressed the increase in osteocyte apoptosis in the compressive force-loaded parietal bones. NFATc1-overexpressing MLO-Y4 cells showed increased expression of apoptosis-related genes. MENK administration reduced the nuclear translocation of NFATc1 in osteocytes in the compressive force-loaded parietal bones. Moreover, MENK suppressed Ca influx and calcineurin and calmodulin expression, which are known to induce the nuclear translocation of NFAT in MLO-Y4 cells. In summary, this study shows that osteocytes expressed MENK, whereas the MENK expression was suppressed by compressive force via CTGF signaling. MENK downregulated nuclear translocation of NFATc1 probably by suppressing Ca signaling in osteocytes and consequently inhibiting compressive force-induced osteocyte apoptosis, followed by bone resorption. © 2020 The Authors. published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of American Society for Bone and Mineral Research.

© 2020 The Authors. JBMR Plus published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of American Society for Bone and Mineral Research.