Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.

Forschungsartikel

Die N6-Methyladenosin-Modifikation von Rab27A fördert die Osteoporose, indem sie die Osteoklastendifferenzierung im ovariektomisierten Mausmodell beeinflusst

50 Aufrufe

⸱

DOI:

10.3791/71964

⸱

11. August 2026

* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

YTHDC1 fördert den zytoplasmatischen Export des m6A-modifizierten Rab27A, während IGF2BP2 Rab27A im Zytoplasma stabilisiert, wodurch die Osteoklastendifferenzierung verbessert und zur Osteoporose beiträgt.

Zusammenfassung

Die Entwicklung neuartiger Therapien für Osteoporose hat zunehmend Aufmerksamkeit erregt. Rab27A wird während der Osteoklast-Differenzierung hochreguliert, und die N6-Methyladenosin-(m6A)-Modifikation hat sich als wichtiger epigenetischer Regulator bei orthopädischen Erkrankungen etabliert. Bioinformatische Analysen sagten voraus, dass Rab27A mehrere m6A-Modifikationsstellen enthält und mit mehreren m6A-assoziierten Proteinen interagiert. Knockdown-Experimente wurden durchgeführt, um die Rolle von Rab27A bei der Osteoklast-Differenzierung und Osteoporose mit einem ovariektomierten (OVX) Mausmodell zu bewerten. Der Depletion von Rab27A schwächte die Osteoporose ab und erhöhte den Knochenbildungsprozentsatz von 14,73 % auf 28,13 % (P < 0,05) bei OVX-Mäusen. Western-Blotting und quantitative PCR zeigten, dass Rab27A-Knockdown die Protein- und mRNA-Expression der Osteoklastenmarker TRAP, NFATc1 und c-FOS reduzierte und damit die Osteoklastendifferenzierung von Knochenmark-abgeleiteten Makrophagen (BMMs), die durch den makrophagen-koloniestimulierenden Faktor (M-CSF) und den Rezeptoraktivator des nuklearen Faktor-κB-Ligands (RANKL) induziert wurden, unterdrückte. Die TRAP-Färbung zeigte zudem, dass die Rab27A-Depletion die TRAP-Aktivität nach M-CSF- und RANKL-Induktion signifikant von 24,1 % auf 12,9 % reduzierte (P < 0,01). RNA-Immunpräzipitationstests bestätigten Wechselwirkungen zwischen Rab27A und den m6A-Leserproteinen YTHDC1 und IGF2BP2. Die nukleare und zytoplasmatische Fraktionierung zeigte, dass YTHDC1 den zytoplasmatischen Export von m6A-modifiziertem Rab27A erleichtert. Darüber hinaus zeigten q-PCR- und Western-Blot-Analysen, dass der Knockdown von entweder YTHDC1 oder IGF2BP2 die Rab27A-Expression reduzierte und die Expression von TRAP, NFATc1 und c-FOS verringerte, wodurch die durch M-CSF und RANKL induzierte Osteoklastendifferenzierung unterdrückt wurde. Zusammen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass YTHDC1-vermittelter zytoplasmatischer Export und IGF2BP2-vermittelter Stabilisierung von m6A-modifizierten Rab27A die Osteoklastendifferenzierung fördern und zum Knochenverlust im OVX-Mausmodell beitragen.

Einleitung

Osteoporose (OP) ist eine häufige Skeletterkrankung, die durch eine Verschlechterung der Knochenmikrostruktur und eine verminderte Knochenmineraldichte gekennzeichnet ist, was weltweit zu einem erhöhten Frakturenrisiko führt 1,2,3. Osteoporotische Brüche treten am häufigsten am Unterarm, Oberarm, Hüfte und Wirbelsäule auf und sind besonders häufig bei älteren Erwachsenen. Diese Brüche beeinträchtigen die Lebensqualität erheblich und verursachen erhebliche physische, psychische und sozioökonomische Belastungen für Patienten, ihre Familien und Gesundheitssysteme3. Daher bleiben die Prävention, das Management und die Behandlung der Osteoporose zentrale klinische und öffentliche Gesundheitsprioritäten.

Es wurden verschiedene therapeutische Strategien für Osteoporose entwickelt und lassen sich im Allgemeinen in zwei Kategorien einteilen: knochenbildende Mittel und antiresorptive Therapien 4,5. Zu den traditionellen Antiresorptiven zählen Bisphosphonate, Ralexifen und Strontiumranelat, während neuere Wirkstoffe Denosumab, Odanacatib und Saracatinib umfassen. Knochenbildende Therapien umfassen das Nebenschilddrüsenhormon (PTH 1–84), während mehrere weitere Kandidaten wie MK-5442, AMG 785 und BHQ 880 sich in klinischer Entwicklungbefinden. Obwohl diese Behandlungen wirksam sein können, sind viele mit erheblichen Nebenwirkungen, begrenzter langfristiger Wirksamkeit oder Einschränkungen bei längerer Anwendung verbunden 4,6,7,8,9. Beispielsweise kann die langfristige Verabreichung von Aminobisphosphonaten und Denosumab die normale Knochenumbildungbeeinträchtigen. Daher bleibt die Identifizierung sicherer und wirksamerer therapeutischer Ziele ein wichtiges Ziel in der Osteoporoseforschung.

Rab-Proteine sind Schlüsselregulatoren des intrazellulären Vesikeltransports und der Zellsignalübertragung und sind an vielfältigen biologischen Prozessen beteiligt, darunter Virusinfektionen, Autophagie und zytoskelettale Organisation10. In den letzten Jahren richtete sich zunehmend die Aufmerksamkeit auf die Rolle der Rab-Familienproteine im Knochenstoffwechsel und bei der Osteoporose. Es wurde berichtet, dass Rab44 die Osteoklastendifferenzierung reguliert, indem es die intrazelluläreCa-2⁺-Signalübertragung moduliert und den nuklearen Faktor aktivierter T-Zellen 1 (NFATc1) im Rezeptoraktivator der mit dem Nuklearfaktor κB-Liganden (RANKL) behandelten Makrophagen11 aktiviert. Osteoklasten sind multinukleäre Zellen, die von Vorläufern der Makrophagenlinie abgeleitet sind, und spielen eine wesentliche Rolle bei der Knochenresorption und der skelettalen Homöostase 12,13,14,15,16,17,18,19. Daher ist das Verständnis der molekularen Mechanismen, die die Osteoklastendifferenzierung steuern, entscheidend für die Entwicklung neuartiger therapeutischer Ansätze für Osteoporose.

Rab27A ist ein wichtiges Mitglied der Rab-GTPase-Familie und wird weit verbreitet in sekretorischen und Immunzellen exprimiert. Sie spielt eine entscheidende Rolle beim Transport von Vesikeln, Exozytose und intrazellulärer Signalübertragung20,21,22,23,24,25,26,27. Frühere Studien haben gezeigt, dass Rab27A die Eosinophil-Degranulation während der Atemwegsentzündung reguliert und die vesikuläre Mobilisation steuert, die mit der NADPH-Oxidase-Aktivität in aktivierten Makrophagen20.23 assoziiert ist. Bemerkenswert ist, dass sich die zunehmenden Belege darauf hindeuten, dass die Rab27A-Expression während der Osteoklastendifferenzierung signifikant hochreguliert wird. Shimada-Sugawara et al. berichteten, dass die Expression von Rab27A während der Differenzierung von Knochenmark-abgeleiteten Makrophagen (BMMs) zu Osteoklasten zunimmt, was auf eine mögliche Rolle bei der Osteoklastogenese28 hindeutet. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Rab27A die Bildung und Funktion von Osteoklasten beeinflussen kann, indem es den vesikularen Transport und intrazelluläre Signalwege reguliert28,29.

N6-Methyladenosin (m6A) ist die am häufigsten vorkommende interne RNA-Modifikation in eukaryotischen und nicht-kodierenden RNAs und dient als entscheidender Regulator des RNA-Stoffwechsels und der Genexpression. Als erste identifizierte mRNA-Modifikation bei Säugetieren wurde m6A an zahlreichen biologischen Prozessen beteiligt, darunter RNA-Stabilität, Spleißen, Transport und Translation. Wang et al. zeigten, dass m6A-Modifikationen, die häufig in konservierten Sequenzmotiven auftreten, von YTH-domänenhaltigen Proteinen erkannt werden und zur Regulation der mRNA-Stabilität und des Stoffwechsels30 beitragen. Darüber hinaus wurde die m6A-Modifikation mit verschiedenen biologischen Funktionen in Verbindung gebracht, darunter Genomstabilität, transkriptionelle Regulation, Chromatinorganisation, Krebsprogression und Immunantworten31. Neuere Studien haben zudem wichtige Rollen der m6A-Signalübertragung bei knochenbedingten Erkrankungen und Osteoporose32 hervorgehoben.

Unter den m6A-Reader-Proteinen fungiert YTHDC1 als Kernleser, der die RNA-Verarbeitung und den Kernexport reguliert, während das insulinähnliche mRNA-bindende Protein 2 (IGF2BP2) m6A-modifizierte Transkripte im Zytoplasma stabilisiert. Chen et al. zeigten, dass YTHDC1 den nuklearen Export von m6A-modifizierten circNSUN2 fördert, die anschließend mit IGF2BP2 interagiert, um HMGA2-mRNA zu stabilisieren und die Kolorektalkrebsmetastase33 zu fördern. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die koordinierte Regulation durch YTHDC1 und IGF2BP2 einen allgemeinen Mechanismus darstellen könnte, der das Schicksal von m6A-modifizierten Transkripten steuert.

Die vorliegende Studie untersuchte vorhergesagte m6A-Modifikationsstellen in Rab27A-mRNA und untersuchte deren Wechselwirkungen mit YTHDC1 und IGF2BP2. Es wurde festgestellt, dass YTHDC1 den nuklearen Export von m6A-modifizierten Rab27A-Transkripten erleichtert, während IGF2BP2 mit Rab27A im Zytoplasma interagierte und dessen Stabilität verbesserte. Durch diesen regulatorischen Mechanismus förderte Rab27A die Osteoklastendifferenzierung und trug zum Fortschreiten der Osteoporose bei. Zusammen identifizieren die Ergebnisse einen bisher nicht anerkannten, m6A-abhängigen regulatorischen Weg, der YTHDC1, IGF2BP2 und Rab27A in der Osteoklastendifferenzierung umfasst. Diese Ergebnisse liefern neue Einblicke in die molekulare Pathogenese der Osteoporose und könnten die Entwicklung neuartiger therapeutischer Strategien fördern, die auf die m6A-vermittelte Regulation von Rab27A abzielen.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Protokoll

Alle Tierverfahren wurden vom Ausschuss für Tierschutz und -nutzung des angeschlossenen Krankenhauses der Southwest Medical University genehmigt (Genehmigungsnummer 2024-Ethics-042). Alle Experimente wurden gemäß den ARRIVE-Leitlinien, dem britischen Animals (Scientific Procedures) Act 1986 und den damit verbundenen Leitlinien, der EU-Richtlinie 2010/63/EU sowie dem Leitfaden der National Institutes of Health für die Pflege und Nutzung von Labortieren (NIH Publication Nr. 8023, überarbeitet 1978) durchgeführt. Die Mäuse wurden zufällig experimentellen Gruppen zugeteilt, und die Zuteilungssequenz wurde vor dem Prüfer verborgen. Alle Datenerhebungen und -analysen, einschließlich histologischer Bewertung, Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) Bildanalyse und statistischer Analysen, wurden von Forschern durchgeführt, die für die Gruppenzuweisung blind waren. Keine Tiere oder Proben wurden von den Analysen ausgeschlossen. Alle Reagenzien, Geräte, Software und andere in diesem Protokoll verwendeten Ressourcen sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Konstruktion des Ovariektomie-(OVX)-Modells

Vierundzwanzig weibliche Wildtyp-C57BL/6 Mäuse im Alter von 8 Wochen wurden verwendet, um ein Osteoporosemodell zu etablieren. Nach einer einwöchigen Akklimatisierungsphase wurden die Mäuse zufällig entweder der Sham- oder OVX-Gruppe zugeordnet. Das OVX-Modell wurde durch eine bilaterale Ovariektomie etabliert, wie zuvorbeschrieben 34,35. Sham-operierte Mäuse unterzogen sich einer operativen Exposition der Eierstöcke ohne Entfernung.

Für die intrafemorale Genabgabe wurden lentivirale Vektoren, die sh-Rab27A oder sh-NC exprimieren, 7 Tage nach der OVX-Operation injiziert, wie zuvor berichtet36,37. Kurz gesagt wurden konzentrierte lentivirale Partikel (1 × 106 Transduziereinheiten/mL) unter Narkose über den Patellarweg mit einer 22-Gauge-Nadel in den Oberschenkelknochen injiziert. Jede Maus erhielt 20 μL lentivirale Suspension. Der Schnitt wurde anschließend genäht und die Tiere während der gesamten Genesung überwacht.

Alle Tierversuche wurden unter spezifischen, pathogenfreien Bedingungen durchgeführt. Oberschenkelproben wurden 8 Wochen nach der Operation entnommen. Mindestens sechs Mäuse pro Gruppe wurden für histologische Analysen und RNA- oder Proteinextraktion verwendet.

2. In-vivo Mikro-CT-Bildgebung

Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) wurde durchgeführt, um die Morphologie der Trabekulären Knochen zu untersuchen. Das rechte Schienbein jeder Maus wurde vor der OVX-Operation im Alter von 14 Wochen in vivo gescannt. Folgeuntersuchungen wurden wöchentlich bis zum Alter von 22 Wochen durchgeführt. Mindestens sechs Mäuse pro Gruppe wurden in die Mikro-CT-Analyse einbezogen.

Die Mäuse wurden mit intraperitonealem Natriumpentobarbital (50 mg/kg Körpergewicht) betäubt. Eine adäquate Anästhesie wurde durch das Fehlen des Zehenkneifreflexes und durch kontinuierliche Überwachung der Atemfrequenz bestätigt, die während des gesamten Bildgebenden Verfahrens aufrechterhalten wurde. Alle Euthanasieverfahren wurden gemäß dem genehmigten Tierprotokoll, den institutionellen Tierschutzrichtlinien und den nationalen Vorschriften für die Euthanasie von Labortieren durchgeführt.

Im Alter von 24 Wochen wurden die Mäuse durch eine zervikale Verrenkung nach Tiefanästhesie eingeschläfert, und beide Tibia wurden mit demselben Bildgebungsprotokoll für ex-vivo-Scans entnommen. Zu den Scanningsparametern gehörten eine Voxelgröße von 10,4 μm, eine Spannung von 55 kV, ein Strom von 145 μA, ein Sichtfeld von 32 mm, 1500/750 Proben pro Projektion und eine Integrationszeit von 100 ms.

Die Bilder wurden mit einem Beam-Hardening-Korrekturalgorithmus dritter Ordnung erstellt, der gegen ein 1200 mg HA/cm 3-Phantom kalibriert wurde. Die Knochenvolumenfraktion (BV/TV), die Trabekulardicke (Tb.Th) und die Trabekularzahl (Tb.N) wurden in der distalen Femurmetaphyse quantifiziert, die sich 1,0 mm proximal zur Wachstumsplatte befindet.

3. Plasmidtransfektion

sh-Rab27A- und sh-NC-Plasmide wurden erzeugt und zur Lentivirusproduktion verwendet. Lentivirale Verpackungsplasmide und shRNA-Konstrukte wurden gemäß den Anweisungen des Herstellers ko-transfiziert in HEK293T Zellen. Virale Titer wurden vor intrafemoraler Verabreichung bestimmt, wie zuvor beschrieben36. Es wurden drei unabhängige biologische Replikate durchgeführt.

4. Färbung von Hämatoxylin und Eosin (HE)

Femurproben wurden 24 Stunden lang in 4 % Paraformaldehyd fixiert, 4 Wochen lang in 10 % EDTA entkalkt, in 30 % Saccharose/PBS kryogeschützt, in Paraffin eingebettet und mit einer Dicke von 5 μm durchschnitten. Gewebeschnitte wurden mit Hämatoxylin und Eosin gefärbt und mit einem Lichtmikroskop untersucht. Mindestens sechs Mäuse pro Gruppe wurden analysiert.

5. Tartratresistente Säurephosphatase (TRAP)-Färbung

Die TRAP-Färbung der Oberschenkelschnitte erfolgte gemäß den Herstelleranweisungen38. Die TRAP-Aktivität in Knochenmark-abgeleiteten Makrophagen (BMMs) wurde mittels eines TRAP-Färbungstests untersucht. Reife Osteoklasten wurden als TRAP-positive multinukleierte Zellen definiert, die mindestens drei Kerne enthalten. Es wurden drei unabhängige biologische Replikate durchgeführt, jeweils mit drei technischen Replikaten.

6. q-PCR

Die Gesamt-RNA wurde gemäß den Anweisungen des Herstellers mit TRIzol-Reagenz isoliert. Komplementäre DNA wurde mittels Reverse-Transkriptase synthetisiert und einer quantitativen Echtzeit-PCR mit SYBR-Green-Chemie unterzogen. Es wurden drei unabhängige biologische Replikate durchgeführt, jeweils mit drei technischen Replikaten.

Die Primer-Sequenzen waren wie folgt:

Rab27A: F, TTCCTGCTTCTGTTCGACCT; R, GGCAGCACTGGTTTTTCAAAAT

FALLE: F, TGTTGACAGCGGTCCATCTA; R, CCTCCTTCTTAACCCGAAGC

NFATc1: F, GGTGCTGTCTGGCCATAACT; R, GCGGAAAGGTGGTATCTCAA

C-FOS: F, TACTACCATTCCCCAGCCGA; R, GCTGTCACCGTGGGGATAAA

YTHDC1: F, GAAGTGGAAGCTCTGCATCAG; R, TTGATCTTTTCGGACAGCACG

IGF2BP2: F, GACTACCCCGACCAGAACTG; R, GAGGCGGGATGTTCCGAATC

β-Aktin: F, GGGAAATCGTGCGTGACATTAAG; R, TGTGTTGGCGTACAGGTCTTTG

7. Western-Blotting

Zellen oder Gewebe wurden mittels RIPA-Puffer, ergänzt mit Protaseinhibitoren, lysiert. Die Proteinkonzentrationen wurden mittels eines Bradford-Tests bestimmt. Gleiche Mengen Protein (20 μg) wurden durch SDS-PAGE getrennt und auf Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Nitrocellulosemembranen übertragen. Die Membranen wurden 1 Stunde lang mit 5 % fettfreier Milch bei Zimmertemperatur blockiert und über Nacht bei 4 °C mit primären Antikörpern gegen TRAP, NFATc1, c-FOS, Rab27A, YTHDC1, IGF2BP2 oder β-Actin inkubiert. Nach dem Waschen wurden die Membranen mit den entsprechenden sekundären Antikörpern für 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Die Proteinbänder wurden mit standardisierten Nachweisverfahren visualisiert. Es wurden drei unabhängige biologische Replikate durchgeführt.

8. Zellkultur

Knochenmark-abgeleitete Makrophagen (BMMs) wurden isoliert, wie zuvor beschrieben39. Knochenmarkzellen, die von Maus-Oberschenkelknochen entnommen wurden, wurden über Nacht in α-minimalem essentiellen Medium kultiviert, ergänzt mit 10 % fetalem Rinderserum, 30 ng/mL makrophagen-koloniestimulierendem Faktor (M-CSF) und 1 % Penicillin/Streptomycin bei 37 °C in einer befeuchteten Atmosphäre mit 5 % CO₂. Nicht-adhärente Zellen wurden gesammelt und in einem stromalzellfreien System mit 30 ng/mL M-CSF kultiviert. Nach 3 Tagen wurden adhärente Zellen als BMMs entnommen und anschließend in Anwesenheit von 30 ng/mL M-CSF und 50 ng/mL Rezeptoraktivator des nuklearen Faktor-κB-Ligands (RANKL) für 72 Stunden kultiviert, um die Osteoklastendifferenzierung zu induzieren.

9. RNA-Interferenz (RNAi)

Kleine interferierende RNAs (siRNAs) wurden synthetisiert und mit einem lipidbasierten Transfektionsreagenz gemäß den Anweisungen des Herstellers transfiziert. Die Zellen wurden mit einer Dichte von 2 × 104 Zellen pro Bohrloch in sechs-Well-Platten vor der Transfektion ausgesaat. Es wurden drei unabhängige biologische Replikate durchgeführt.

Die Zielsequenzen waren wie folgt:

si-Rab27A: GGACUUAAUCAUCTAGAGAAUGGAA

si-YTHDC1: GCAAGGAGUGUUAUCUUAATT

si-IGF2BP2: CCGUUAACCAACAAGCCAATT

10. Immunfluoreszenz

Die Zellen wurden 20 Minuten lang mit 4 % Paraformaldehyd fixiert und 10 Minuten mit 0,1 % Triton X-100 permeabilisiert. Nach 30 Minuten Blockierung mit 5 % Rinderserumalbumin wurden die Zellen über Nacht mit primären Antikörpern bei 4 °C inkubiert.

Nach dem Waschen wurden fluorophor-konjugierte sekundäre Antikörper für 30 Minuten bei Zimmertemperatur aufgetragen. Die Kerne wurden mit DAPI gegenfärbt, und Bilder wurden mittels Konfokalmikroskopie aufgenommen. Es wurden drei unabhängige biologische Replikate durchgeführt.

11. Kern- und zytoplasmatische Trennung

Kern- und zytoplasmatische Fraktionen wurden gemäß den Anweisungen des Herstellers isoliert. Die Zellen wurden 10 Minuten auf Eis lysiert und bei 500 × g für 3 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Der Supernatant mit zytoplasmatischen Komponenten wurde gesammelt, während der Pellet mit den Kernen separat gewaschen und verarbeitet wurde.

12. RNA-bindende Protein-Immunpräzipitation (RIP)

RNA-Immunpräzipitationstests (RIP) wurden gemäß den Anweisungen des Herstellers durchgeführt. Kurzzeitig wurden die Zellen 30 Minuten lang auf Eis gelistet. Nach der Zentrifugation wurden die Supernatanten über Nacht mit Antikörpern und Protein-A/G-Agaroseperlen inkubiert. Nach dem Waschen wurden immunpräzipitierte Proteine mittels Western Blotting analysiert, und co-immunpräzipitierte RNA wurde mittels quantitativer Echtzeit-PCR analysiert. Es wurden drei unabhängige biologische Replikate durchgeführt.

13. Rab27A mRNA-Stabilitätstest

Nach IGF2BP2 Knockdown wurde die gesamte RNA zu den angegebenen Zeitpunkten extrahiert. Anschließend wurden Reverse-Transkription und quantitative Echtzeit-PCR durchgeführt. Die Rab27A-mRNA-Spiegel wurden bei 0 H auf die entsprechende si-NC-Gruppe normalisiert. Es wurden drei unabhängige biologische Replikate durchgeführt.

14. Statistische Analyse

Alle Experimente wurden unabhängig voneinander mit mindestens drei biologischen Replikaten durchgeführt. Für q-PCR, RNA-Interferenz, TRAP-Färbung, Western Blotting und andere zellbasierte Tests umfasste jede biologische Replikat drei technische Replikate, sofern nicht anders angegeben. Die Daten werden als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) präsentiert.

Statistische Analysen wurden mit GraphPad Prism Version 9.0 und SPSS-Software durchgeführt. Vergleiche zwischen zwei Gruppen wurden mit einem zweiseitigen Schüler-t-Test durchgeführt. Vergleiche zwischen mehreren Gruppen wurden mittels zweiseitiger Varianzanalyse (ANOVA) analysiert, gefolgt von Tukeys Mehrfachvergleichs-Post-hoc-Test zur Anpassung an mehrere Vergleiche. Ein P-Wert < 0,05 galt als statistisch signifikant.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Ergebnisse

Knockdown von Rab27A reduzierte die Osteoporose in vivo.

Um die Rolle von Rab27A bei Osteoporose zu untersuchen, wurde Rab27A Knockdown in einem ovariektomierten (OVX) Mausmodell durchgeführt, das mit zuvor berichteten Methoden34,40 erstellt wurde. Das Gesamtstudiendesign ist in Abbildung 1 zusammengefasst. Die Mikro-Computertomographie zeigte, da...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Diskussion

Die Osteoklast-Differenzierung spielt eine wesentliche Rolle bei der Knochenremodellierung, Knochenresorption, Frakturreparatur und der skelettalen Homöostase12˒15˒17˒18˒42˒43. Übermäßige Osteoklastenaktivität ist ein wesentlicher Faktor für die Osteoporose, weshalb die Identifizierung regulatorischer Signalwege, die die Osteoklastendifferenzieru...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Offenlegungen

Die Autoren erklären keine konkurrierenden finanziellen Interessen oder Interessenkonflikte.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde finanziell durch das Scientific and Technological Strategic Cooperation Project zwischen dem Pengzhou People's Hospital und der Southwest Medical University (Zuschussnummer 2023PZXNYD01) an Lian Tang unterstützt.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
4% ParaformaldehydeThermo Fisher ScientificA5818101Tissue and cell fixation
Alexa Fluor 488 secondary antibodyThermo Fisher ScientificA-11001Fluorescent secondary antibody for immunofluorescence; RRID: AB_2534069
Alexa Fluor 546 secondary antibodyThermo Fisher ScientificA-11035Fluorescent secondary antibody for immunofluorescence; RRID: AB_2534093
Bovine serum albumin (BSA)MerckA2153Blocking reagent
Bradford Protein AssayMerckB6916Protein quantification
C57BL/6JSlac miceShanghai SLAC Laboratory Animal Co., Ltd.—Female, 8 weeks old; RRID: MGI:2159769
c-FOS antibodyAbcamab222699Primary antibody for western blotting; RRID: AB_2891049
Confocal laser scanning microscope (SP8)Leica MicrosystemsSP8Immunofluorescence image acquisition; RRID: SCR_018169
DAPIThermo Fisher ScientificD3571Nuclear counterstain for immunofluorescence; RRID: AB_2307445
EDTAMerckV900081-500GTissue decalcification reagent
EosinSolarbioG1100Histological cytoplasmic stain
Fetal bovine serum (FBS)Thermo Fisher ScientificA5669701Cell culture supplement
GraphPad PrismGraphPad SoftwareVersion 9.0Statistical analysis software; RRID: SCR_002798
HematoxylinCell Signaling Technology#14166Histological nuclear stain
IBM SPSS StatisticsIBMWindows versionStatistical analysis software; RRID: SCR_016479
IGF2BP2 antibodyProteintech11601-1-APPrimary antibody for western blotting and immunofluorescence; RRID: AB_2122672
Inverted light microscope (DMi8)Leica MicrosystemsDMi8Histological image acquisition; RRID: SCR_026672
Lentiviral titer quantification kitTakara Bio631235Lentiviral titer determination
Lipofectamine 3000Thermo Fisher ScientificL3000015Plasmid transfection reagent
Lipofectamine RNAiMAXThermo Fisher Scientific13778150siRNA transfection reagent
M-CSFMedChemExpressHY-P7085Osteoclast differentiation factor
Micro-computed tomography systemScanco MedicalVivaCT80Bone morphometric analysis
M-MLV Reverse TranscriptasePromegaM1701cDNA synthesis
NFATc1 antibodySanta Cruz Biotechnologysc-7294Primary antibody for western blotting; RRID: AB_2152503
PARIS KitThermo Fisher ScientificAM1556Nuclear and cytoplasmic fractionation
Penicillin/StreptomycinThermo Fisher Scientific15140122Antibiotic supplement for cell culture
Power SYBR Green Master MixThermo Fisher Scientific4367659Quantitative real-time PCR
Protease inhibitor cocktailThermo Fisher Scientific78429Prevention of protein degradation
Protein A/G agarose beadsMerckIP05Immunoprecipitation
PVDF membraneThermo Fisher Scientific88520Protein transfer membrane for western blotting
Rab27A antibodyAbcamab55667Primary antibody for western blotting and immunofluorescence; RRID: AB_945112
RANKLMedChemExpressHY-P7425Osteoclast differentiation factor
Real-time PCR systemApplied BiosystemsABI7900HTQuantitative real-time PCR instrument
RIPA bufferThermo Fisher Scientific78501Protein extraction buffer
RNA Immunoprecipitation (RIP) KitMilliporeRIP-12RXNRNA immunoprecipitation assay
SDS-PAGE reagentsThermo Fisher ScientificBT041210BOXProtein electrophoresis
shRNA plasmidsRiboBio—Gene silencing by RNA interference
Small interfering RNAs (siRNAs)GenePharma—Gene silencing by RNA interference
SRAMPOnline resource—Prediction of m6A modification sites; RRID: SCR_024500
StarBase (ENCORI)Online resource—RNA interaction prediction database; RRID: SCR_016303
TRAP antibodyAbcamab2391Primary antibody for western blotting; RRID: AB_303034
TRAP staining kitMerck387ADetection of osteoclast activity
Triton X-100Thermo Fisher Scientific85111Cell permeabilization reagent
TRIzol ReagentThermo Fisher Scientific15596026CNTotal RNA isolation
YTHDC1 antibodyAbcamab122340Primary antibody for western blotting; RRID: AB_11128253
α-MEMFUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation139-15651Cell culture medium
β-Actin antibodyMerckA5441Loading control for western blotting; RRID: AB_476744

Referenzen

  1. Kanis JA. Assessment of fracture risk and its application to screening for postmenopausal osteoporosis: synopsis of a WHO report. WHO Study Group. Osteoporos Int. 1994;4(6):368-81.
  2. Leslie WD, Morin SN. Osteoporosis epidemiology 2013: implications for diagnosis, risk assessment, and treatment. Curr Opin Rheumatol. 2014;26(4):440-6.
  3. Chen P, Li Z, Hu Y. Prevalence of osteoporosis in China: a meta-analysis and systematic review. BMC Public Health. 2016;16(1):1039. doi: 10.1186/s12889-016-3712-7.
  4. Sambrook P, Cooper C. Osteoporosis. Lancet. 2006;367(9527):2010-8.
  5. Rachner TD, Khosla S, Hofbauer LC. Osteoporosis: now and the future. Lancet. 2011;377(9773):1276-87.
  6. Bone HG, et al. 10 years of denosumab treatment in postmenopausal women with osteoporosis: results from the phase 3 randomised FREEDOM trial and open-label extension. Lancet Diabetes Endocrinol. 2017;5(7):513-23.
  7. Siris ES, et al. Impact of osteoporosis treatment adherence on fracture rates in North America and Europe. Am J Med. 2009;122(2 Suppl):S3-13.
  8. Cheung EYN, Tan KCB, Cheung CL, Kung AWC. Osteoporosis in East Asia: Current issues in assessment and management. Osteoporos Sarcopenia. 2016;2(3):118-33.
  9. Kohno N, et al. Zoledronic acid significantly reduces skeletal complications compared with placebo in Japanese women with bone metastases from breast cancer: a randomized, placebo-controlled trial. J Clin Oncol. 2005;23(15):3314-21.
  10. Stenmark H. Rab GTPases as coordinators of vesicle traffic. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009;10(8):513-25.
  11. Yamaguchi Y, et al. Rab44, a novel large Rab GTPase, negatively regulates osteoclast differentiation by modulating intracellular calcium levels followed by NFATc1 activation. Cell Mol Life Sci. 2018;75(1):33-48.
  12. Xiang Q, et al. Beyond resorption: osteoclasts as drivers of bone formation. Cell Regen. 2024;13(1):22. doi: 10.1186/s13619-024-00205-0.
  13. Teitelbaum SL. Bone resorption by osteoclasts. Science. 2000;289(5484):1504-8.
  14. Suda T, Takahashi N, Martin TJ. Modulation of osteoclast differentiation. Endocr Rev. 1992;13(1):66-80.
  15. Durdan MM, Azaria RD, Weivoda MM. Novel insights into the coupling of osteoclasts and resorption to bone formation. Semin Cell Dev Biol. 2022;123:4-13.
  16. Boyle WJ, Simonet WS, Lacey DL. Osteoclast differentiation and activation. Nature. 2003;423(6937):337-42.
  17. Tosun B, et al. Osteoclasts and Macrophages-Their Role in Bone Marrow Cavity Formation During Mouse Embryonic Development. J Bone Miner Res. 2022;37(9):1761-74.
  18. Xie H, et al. PDGF-BB secreted by preosteoclasts induces angiogenesis during coupling with osteogenesis. Nat Med. 2014;20(11):1270-8.
  19. Hattner R, Epker BN, Frost HM. Suggested sequential mode of control of changes in cell behaviour in adult bone remodelling. Nature. 1965;206(983):489-90.
  20. Kim JD, et al. An essential role for Rab27a GTPase in eosinophil exocytosis. J Leukoc Biol. 2013;94(6):1265-74.
  21. Goishi K, Mizuno K, Nakanishi H, Sasaki T. Involvement of Rab27 in antigen-induced histamine release from rat basophilic leukemia 2H3 cells. Biochem Biophys Res Commun. 2004;324(1):294-301.
  22. Johnson JL, et al. Munc13-4 restricts motility of Rab27a-expressing vesicles to facilitate lipopolysaccharide-induced priming of exocytosis in neutrophils. J Biol Chem. 2011;286(7):5647-56.
  23. Ejlerskov P, et al. NADPH oxidase is internalized by clathrin-coated pits and localizes to a Rab27A/B GTPase-regulated secretory compartment in activated macrophages. J Biol Chem. 2012;287(7):4835-52.
  24. Kariya Y, et al. Rab27a and Rab27b are involved in stimulation-dependent RANKL release from secretory lysosomes in osteoblastic cells. J Bone Miner Res. 2011;26(4):689-703.
  25. Johnson JL, et al. Rab27a and Rab27b regulate neutrophil azurophilic granule exocytosis and NADPH oxidase activity by independent mechanisms. Traffic. 2010;11(4):533-47.
  26. Yokoyama K, et al. Rab27a negatively regulates phagocytosis by prolongation of the actin-coating stage around phagosomes. J Biol Chem. 2011;286(7):5375-82.
  27. Jancic C, et al. Rab27a regulates phagosomal pH and NADPH oxidase recruitment to dendritic cell phagosomes. Nat Cell Biol. 2007;9(4):367-78.
  28. Shimada-Sugawara M, et al. Rab27A regulates transport of cell surface receptors modulating multinucleation and lysosome-related organelles in osteoclasts. Sci Rep. 2015;5:9620. doi: 10.1038/srep09620.
  29. Johnson JL, et al. Vesicular trafficking through cortical actin during exocytosis is regulated by the Rab27a effector JFC1/Slp1 and the RhoA-GTPase-activating protein Gem-interacting protein. Mol Biol Cell. 2012;23(10):1902-16.
  30. Wang X, et al. N6-methyladenosine-dependent regulation of messenger RNA stability. Nature. 2014;505(7481):117-20.
  31. Boulias K, Greer EL. Biological roles of adenine methylation in RNA. Nat Rev Genet. 2023;24(3):143-60.
  32. Wu Y, et al. Mettl3-mediated m(6)A RNA methylation regulates the fate of bone marrow mesenchymal stem cells and osteoporosis. Nat Commun. 2018;9(1):4772. doi: 10.1038/s41467-018-06898-4.
  33. Chen RX, et al. N(6)-methyladenosine modification of circNSUN2 facilitates cytoplasmic export and stabilizes HMGA2 to promote colorectal liver metastasis. Nat Commun. 2019;10(1):4695. doi: 10.1038/s41467-019-12651-2.
  34. Wu X, et al. Caffeic acid 3,4-dihydroxy-phenethyl ester suppresses receptor activator of NF-kappaB ligand-induced osteoclastogenesis and prevents ovariectomy-induced bone loss through inhibition of mitogen-activated protein kinase/activator protein 1 and Ca2+-nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1 signaling pathways. J Bone Miner Res. 2012;27(6):1298-308.
  35. Luo J, et al. Regulation of bone formation and remodeling by G-protein-coupled receptor 48. Development. 2009;136(16):2747-56.
  36. Jing H, et al. Epigenetic inhibition of Wnt pathway suppresses osteogenic differentiation of BMSCs during osteoporosis. Cell Death Dis. 2018;9(2):176. doi: 10.1038/s41419-017-0231-0.
  37. Yang C, et al. TET2 regulates osteoclastogenesis by modulating autophagy in OVX-induced bone loss. Autophagy. 2022;18(12):2817-29.
  38. Blumer MJ, et al. Role of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) in long bone development. Mech Dev. 2012;129(5-8):162-76.
  39. Sakai E, et al. Suppression of RANKL-dependent heme oxygenase-1 is required for high mobility group box 1 release and osteoclastogenesis. J Cell Biochem. 2012;113(2):486-98.
  40. Roberts BC, et al. PTH(1-34) treatment and/or mechanical loading have different osteogenic effects on the trabecular and cortical bone in the ovariectomized C57BL/6 mouse. Sci Rep. 2020;10(1):8889. doi: 10.1038/s41598-020-65921-1.
  41. Roundtree IA, et al. YTHDC1 mediates nuclear export of N(6)-methyladenosine methylated mRNAs. Elife. 2017;6. doi: 10.7554/eLife.31311.
  42. Flick LM, et al. Effects of receptor activator of NFkappaB (RANK) signaling blockade on fracture healing. J Orthop Res. 2003;21(4):676-84.
  43. Takeyama K, Chatani M, Takano Y, Kudo A. In-vivo. imaging of the fracture healing in medaka revealed two types of osteoclasts before and after the callus formation by osteoblasts. Dev Biol. 2014;394(2):292-304.
  44. Yamada H, et al. Effects of 16-month treatment with the cathepsin K inhibitor ONO-5334 on bone markers, mineral density, strength and histomorphometry in ovariectomized cynomolgus monkeys. Bone. 2016;86:43-52.
  45. McClung MR, et al. Odanacatib for the treatment of postmenopausal osteoporosis: results of the LOFT multicentre, randomised, double-blind, placebo-controlled trial and LOFT Extension study. Lancet Diabetes Endocrinol. 2019;7(12):899-911.
  46. Tao R, et al. Advances in immune mechanisms and developing immune-targeted therapies for osteoporosis: A systematic review. Pharmacol Res. 2025;218:107835. doi: 10.1016/j.phrs.2025.107835.
  47. Qi Z, Luo J, Xiao Z, Yang D. Functional roles of immune cells in osteoporosis. Front Immunol. 2025;16:1698283. doi: 10.3389/fimmu.2025.1698283.
  48. Krzewski K, Cullinane AR. Evidence for defective Rab GTPase-dependent cargo traffic in immune disorders. Exp Cell Res. 2013;319(15):2360-7.
  49. Adnani L, et al. Immune cell infiltration into brain tumor microenvironment is mediated by Rab27-regulated vascular wall integrity. Sci Adv. 2025;11(21):eadr6940. doi: 10.1126/sciadv.adr6940.
  50. Brauer N, et al. Immunodeficiency with susceptibility to lymphoma with complex genotype affecting energy metabolism (FBP1, ACAD9) and vesicle trafficking (RAB27A). Front Immunol. 2023;14:1151166. doi: 10.3389/fimmu.2023.1151166.
  51. Ramadass M, Catz SD. Molecular mechanisms regulating secretory organelles and endosomes in neutrophils and their implications for inflammation. Immunol Rev. 2016;273(1):249-65.
  52. Menasche G, et al. Mutations in RAB27A cause Griscelli syndrome associated with haemophagocytic syndrome. Nat Genet. 2000;25(2):173-6.
  53. Prashar A, Schnettger L, Bernard EM, Gutierrez MG. Rab GTPases in Immunity and Inflammation. Front Cell Infect Microbiol. 2017;7:435. doi: 10.3389/fcimb.2017.00435.
  54. Stinchcombe JC, et al. Rab27a is required for regulated secretion in cytotoxic T lymphocytes. J Cell Biol. 2001;152(4):825-34.
  55. Catz SD. The role of Rab27a in the regulation of neutrophil function. Cell Microbiol. 2014;16(9):1301-10.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Nachdrucke und Genehmigungen

Tags

Knochenmark-MakrophagenTRAP-FärbungWestern BlotYTHDC1IGF2BP2