放射線は、RAW 264.7細胞およびマウス骨髄由来マクロファージの細胞骨格および溶解酵素を制御することにより、破骨細胞形成を変化させる

Radiation alters osteoclastogenesis by regulating the cytoskeleton and lytic enzymes in RAW 264.7 cells and mouse bone marrow-derived macrophages.

• Ling Tong
• Yuyang Wang
• Jianping Wang
• Feilong He
• Jianglong Zhai
• Jiangtao Bai
• Guoying Zhu

抄録

本研究の目的は、破骨細胞形成、特に破骨細胞前駆体の細胞骨格と細胞分裂酵素の発現に及ぼす照射効果の二面性について検討することであった。したがって、本研究は、臨床における放射線誘発性骨量減少の予防・治療の参考となる可能性がある。破骨細胞前駆体であるマウスRAW 264.7マクロファージ細胞とマウス骨髄由来マクロファージ（BMM）に0.25-8Gyの放射線を照射し、細胞生存率、TRAP活性、骨吸収への影響を調べた。さらに、破骨細胞の細胞骨格の変化、細胞のアポトーシス、細胞分裂酵素の発現を調べ、破骨細胞形成に及ぼす放射線の二面性の分子機構を明らかにした。RANKLの有無にかかわらず、1-8Gyの照射を受けたRAW 264.7細胞及びBMMにおいて、形態学的変化及び生存率の低下が観察された。しかし、2Gy照射後には破骨細胞の融合傾向が亢進し、融合した巨大破骨細胞の数が増加し、F-アクチン環の形成が亢進した。また、2Gy照射後、骨吸収活性及びTRAP,カテプシンK,マトリックスメタロプロテアーゼ9,アクチベータープロテイン1,カスパーゼ9の酵素発現が増加した。さらに、破骨細胞前駆体の細胞内活性酸素産生及びアポトーシスが増加した。2Gy照射は破骨細胞前駆体の生存能を阻害したが、細胞融合を促進し、リチン化酵素の分泌を増加させることで破骨細胞形成を促進し、放射線誘発骨量減少の重要なメカニズムであると考えられた。

The aim of the present study was to investigate the duality of irradiation effect on osteoclastogenesis, particularly on the cytoskeleton and expression of lytic enzymes in osteoclast precursors. Therefore, the present study may serve as a useful reference for the prevention and treatment of radiation-induced bone loss in the clinic. Two typical osteoclast precursors, murine RAW 264.7 macrophage cells and mouse bone marrow-derived macrophages (BMMs), were exposed to radiation in the order of 0.25-8 Gy, and the effects on cell viability, TRAP activity and bone resorption were subsequently investigated. Furthermore, changes in the cytoskeleton, cell apoptosis and expression of lytic enzymes in osteoclasts were examined to elucidate the molecular mechanism of the duality of irradiation on osteoclastogenesis. Morphological changes and impaired viability were observed in RAW 264.7 cells and BMMs treated with 1-8 Gy irradiation with or without RANKL. However, the cell fusion tendency of osteoclasts was enhanced after 2 Gy irradiation, and an increased number of fused giant osteoclasts and enhanced F-actin ring formation were observed. Consistently, the bone resorption activity and the enzyme expression of TRAP, cathepsin K, matrix metalloproteinase 9, activator protein 1 and Caspase 9 were increased following irradiation with 2 Gy. Furthermore, intracellular ROS production and apoptosis of osteoclast precursors were increased. Irradiation with 2 Gy inhibited the viability of osteoclast precursors, but increased osteoclastogenesis by enhancing cell fusion and increasing the secretion of lytic enzymes, which may be an important mechanism of radiation-induced bone loss.