RANKLを介した破骨細胞分化におけるリジン特異的ヒストン脱メチル化酵素1の重要な役割

Crucial Role of Lysine-Specific Histone Demethylase 1 in RANKL-Mediated Osteoclast Differentiation.

抄録

破骨細胞の分化には、エピジェネティックな制御因子が関与している。本研究では、エピジェネティック制御因子の阻害剤が骨粗鬆症の治療に有効である可能性を提唱しています。本研究では、リジン特異的ヒストン脱メチル化酵素1（LSD1）阻害剤であるGSK2879552をエピジェネティック調節因子阻害剤から骨粗鬆症治療の候補とした。RANKLによる破骨細胞形成時のLSD1の機能を検討する。LSD1低分子阻害剤は、RANKL誘発破骨細胞分化を用量依存的に効果的に阻害する。マクロファージ細胞株Raw 264.7におけるLSD1遺伝子ノックアウトも、RANKLを介した破骨細胞形成を阻害する。LSD1阻害剤で処理した初代マクロファージ細胞およびLSD1遺伝子ノックアウトのRaw 264.7細胞は、アクチンリング形成を示すことができない。LSD1阻害剤は、RANKL誘導破骨細胞特異的遺伝子の発現を阻止する。また、カテプシンK、c-Src、NFATc1などの破骨細胞関連マーカーのタンパク質発現をダウンレギュレートした。LSD1阻害剤は、in vitroでのLSD1の脱メチル化活性を低下させることが示されたが、破骨細胞形成時のヒストン3 K4およびK9のメチル化を調節することはなかった。卵巣摘出（OVX）誘発骨粗鬆症モデルでは、GSK2879552がOVX誘発皮質骨欠損をわずかに回復させることが明らかになった。LSD1は、破骨細胞形成を促進する陽性調節因子として採用される可能性がある。したがって、LSD1の活性を阻害することは、過剰な破骨細胞活性を特徴とする骨疾患を予防するための潜在的なターゲットとなる。

Epigenetic regulators are involved in osteoclast differentiation. This study proposes that the inhibitors of epigenetic regulators could be effective in the treatment of osteoporosis. This study identified GSK2879552, a lysine-specific histone demethylase 1 (LSD1) inhibitor, as a candidate for the treatment of osteoporosis from epigenetic modulator inhibitors. We investigate the function of LSD1 during RANKL-induced osteoclast formation. LSD1 small-molecule inhibitors effectively inhibit the RANKL-induced osteoclast differentiation in a dose-dependent manner. LSD1 gene knockout in macrophage cell line Raw 264.7 also inhibits RANKL-mediated osteoclastogenesis. LSD1-inhibitor-treated primary macrophage cells and LSD1 gene knockout Raw 264.7 cells failed to show actin ring formation. LSD1 inhibitors prevent the expression of RANKL-induced osteoclast-specific genes. They also downregulated the protein expression of osteoclast-related markers in osteoclastogeneses, such as Cathepsin K, c-Src, and NFATc1. Although LSD1 inhibitors were shown to reduce the in vitro demethylation activity of LSD1, they did not modulate the methylation of Histone 3 K4 and K9 during osteoclastogenesis. The ovariectomy (OVX)-induced osteoporosis model revealed that GSK2879552 slightly restores OVX-induced cortical bone loss. LSD1 can be employed as a positive regulator to promote osteoclast formation. Hence, inhibition of LSD1 activities is a potential target for preventing bone diseases characterized by excessive osteoclast activities.