הומאוסטזיס עצם מהווה פרדיגמה פיזיולוגית מתוזמרת להפליא בבעלי חוליות, בהרמוניה על ידי שיווי המשקל העדין בין היווצרות עצם בתיווך אוסטאובלסטים לבין ספיגת עצם מונעת אוסטאוקלסט1. איזון מורכב זה שומר על שלמות השלד, חוסן ביומכני ונאמנות מטבולית לאורך כל חייו של האדם, ומגיב באופן דינמי לדרישות מכניות, הפרעות אנדוקריניות ואתגרים פתולוגיים2. מחזור שיפוץ העצם כולל שלבים עוקבים של הפעלה, ספיגה, מעבר, היווצרות וסיום, כל אחד מהם נשלט על ידי מפלים מולקולריים מורכבים המבטיחים סנכרון מרחבי-זמני של פעילויות תאיות3.
שיבוש במנגנון הומאוסטטי זה, במיוחד באמצעות פעילות מוגזמת של אוסטאוקלסטים או תפקוד אוסטאובלסטים לקוי, מזרז אובדן עצם פתולוגי, האופייני להפרעות אוסטאוליטיות רבות 4,5. מצבים אלה מקיפים קשת רחבה של מחלות, כולל אוסטאופורוזיס לאחר גיל המעבר והזדקנות, דלקת מפרקים שגרונית, דלקת מפרקים דלקתית, מעורבות עצם ניאופלסטית, מחלת פאג'ט והפרעות חניכיים6. הביטויים הקליניים של ספיגת עצם מוגזמת כוללים סיכון מוגבר לשברים, עיוות שלד, כאב כרוני, נכות תפקודית ונטל בריאותי משמעותי 6,7. מדדים אפידמיולוגיים עכשוויים מצביעים על כך שאוסטאופורוזיס לבדה משפיעה על למעלה מ-200 מיליון אנשים ברחבי העולם, כאשר שברים נלווים גורמים לתחלואה משמעותית, תמותה ועלויות כלכליות העולות על מיליארדי דולרים בשנה.
אוסטאוקלסטים מתבטאים כתאי ענק רב-גרעיניים מיוחדים ביותר שמקורם במבשרי המטופויאט של שושלת הפגוציטים החד-גרעיניים, במיוחד מקרופאגים שמקורם במח עצם9. היווצרותם מייצגת תהליך מורכב רב-שלבי הדורש תיאום מדויק של אותות חוץ-תאיים, מפלי איתות תוך-תאיים ותוכניות שעתוק10. הציטוקינים החיוניים השולטים באוסטיאוקלסטוגנזה כוללים מפעיל קולטן של גורם גרעיני κB ליגנד (RANKL) וגורם מגרה מושבת מקרופאגים (M-CSF), הנקשרים לקולטנים שלהם RANK ו-c-Fms כדי ליזום תוכניות התמיינות11. אינטראקציית RANKL-RANK מפעילה הפעלה של מסלולי איתות מרובים במורד הזרם, כולל קינאזות חלבון המופעלות על ידי מיטוגן (MAPKs), גורם גרעיני κB (NF-κB), פוספואינוזיטיד 3-קינאז/חלבון קינאז B (PI3K/Akt), ומסלולי סידן/קלצינורין, המתכנסים לגורם הגרעיני של תאי T מופעלים ציטופלזמיים 1 (NFATc1), מווסת השעתוק הראשי של אוסטאוקלסטוגנזיס 10,11,12.
בין מנגנוני הרגולציה השונים השולטים בביולוגיה של אוסטאוקלסטים, איתות Notch התגלה כמודולטור קריטי עם פונקציות מורכבות ותלויות הקשר13. מסלול ה-Notch הוא מערכת תקשורת תא-תא שמורה אבולוציונית השולטת בקביעת גורל התא, התמיינות, התפשטות ואפופטוזיס על פני רקמות מגוונות ושלבי התפתחות14. ביונקים, ארבעה קולטני Notch (Notch1-4) מקיימים אינטראקציה עם חמישה ליגנדים קנוניים (דמויי דלתא 1, 3 ו-4, ומשוננים 1 ו-2) כדי לתווך איתות בין-תאי. הפעלת המסלול כוללת קשירת ליגנד, שינויים קונפורמטיביים ומחשוף פרוטאוליטי עוקב על ידי מטאלופרוטיזים של ADAM וקומפלקס γ-secretase, אשר בסופו של דבר משחרר את התחום התוך-תאי Notch (NICD) לטרנסלוקציה גרעינית וויסות שעתוק של גני מטרה, כולל משפחות הס והיי14,15. תפקידו של איתות Notch באוסטאוקלסטוגנזה נותר שנוי במחלוקת ונראה כי הוא תלוי מאוד בהקשר, כאשר מחקרים מדווחים על השפעות מעוררות ומעכבות בהתאם לתת-סוגי הקולטנים הספציפיים, זמינות ליגנד, מיקרו-סביבה תאית ותנאי ניסוי 16,17,18.
הגישות הטיפוליות הרווחות למחלות אוסטאוליטיות מתמקדות בעיקר באסטרטגיות אנטי-ספיגה, כולל ביספוספונטים, דנוסומאב (מעכב RANKL), מודולטורים סלקטיביים של קולטני אסטרוגן וקלציטונין 7,8,19. למרות שטיפולים אלה מפחיתים ביעילות את ספיגת העצם ואת הסיכון לשברים, הם קשורים למגבלות משמעותיות, כולל רעילות במערכת העיכול, אוסטאונקרוזיס של הלסת, שברים לא טיפוסיים, סיכון מוגבר לזיהום וחששות לגבי בטיחות לטווח ארוך. בנוסף, חומרים אלה עלולים לדכא יתר על המידה את תחלופת העצם, מה שעלול לפגוע באיכות העצם ובמנגנוני התיקון. כתוצאה מכך, קיים צורך קליני דחוף בחומרים טיפוליים חדשים שיכולים לעכב באופן סלקטיבי את פעילות האוסטיאוקלסט הפתולוגית תוך מזעור תופעות לוואי ושימור יכולת שיפוץ עצםפיזיולוגית 8,14.
מעכבי γ-Secretase מייצגים סוג מבטיח של תרכובות עם יישומים פוטנציאליים במחלות אוסטאוליטיות באמצעות אפנון של איתות Notch14,20. חומרים אלה נחקרו בהרחבה במחקר אונקולוגיה ומחלות נוירודגנרטיביות, כאשר מספר תרכובות התקדמו לניסויים קליניים במחלת אלצהיימר וסוגי סרטן שונים. LY900009, מעכב γ-סקרטאז חזק וסלקטיבי, הוכיח תכונות פרמקולוגיות חיוביות, כולל ספציפיות גבוהה, זמינות ביולוגית ופרופיל בטיחות הניתן לניהול במחקרים ראשוניים21,22. עם זאת, ההשפעות הספציפיות שלו על אוסטאוקלסטוגנזיס המושרה על ידי RANKL והתועלת הטיפולית הפוטנציאלית במחלות אוסטאוליטיות נותרו מאופיינות באופן חלקי. מחקר זה נועד להעריך אם LY900009 יכול לעכב אוסטאוקלסטוגנזה באמצעות שיבוש איתות Notch, מה שעשוי להציע גישה טיפולית חדשה למחלות אוסטאוליטיות. פיתחנו פרוטוקולים מקיפים להערכת השפעותיהם על היווצרות אוסטאוקלסטים, פעילות ספיגת עצם, מסלולי איתות ויעילות in vivo במודלים של אובדן עצם דלקתי.