ここでは、骨髄由来マクロファージにおけるRANKL誘発性破骨細胞形成に対するγ-セクレターゼ阻害剤LY900009の阻害効果を評価するためのプロトコルを提示します。このプロトコルには、細胞毒性評価、機能アッセイ、分子分析、およびマウス溶骨モデルでの in vivo 検証が含まれており、溶骨性疾患の治療開発に応用されています。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
ここでは、骨髄由来マクロファージにおけるRANKL誘発性破骨細胞形成に対するγ-セクレターゼ阻害剤LY900009の阻害効果を評価するためのプロトコルを提示します。このプロトコルには、細胞毒性評価、機能アッセイ、分子分析、およびマウス溶骨モデルでの in vivo 検証が含まれており、溶骨性疾患の治療開発に応用されています。
破骨細胞の活性の調節不全は溶骨性疾患の進行に大きく寄与しますが、治療介入法の範囲は副作用によって制限されています。この研究では、γ-セクレターゼ阻害剤であるLY900009と、Notchシグナル伝達の調節を通じてRANKL誘発性破骨細胞形成を抑制する能力を調査しました。骨髄由来マクロファージを用いて、細胞毒性、分化、機能アッセイの包括的な in vitro 評価を実施しました。qPCRとウェスタンブロッティングを用いた遺伝子およびタンパク質発現解析により、根底にある分子メカニズムを解明しました。 in vivo の有効性は、マウスリポ多糖類誘発骨吸収モデルを使用して裏付けられました。LY900009、治療濃度で細胞毒性を起こさずに、RANKL誘発性破骨細胞の形成と吸収機能を用量依存的に阻害しました。この治療により、TRAP 陽性破骨細胞の数が大幅に減少し、アクチン ベルト形成が損なわれ、骨基質の劣化が抑制されました。NFATc1、c-Fos、カテプシンK、TRAPなどの破骨細胞マーカーの発現は著しくダウンレギュレートされました。メカニズム的には、LY900009 Notch シグナル伝達と下流の MAPK/Akt 経路を破壊しました。 in vivo 投与により、LPS 誘発性骨破壊が大幅に減少し、骨パラメータが改善され、破骨細胞の存在が減少しました。これらの発見は、LY900009 が Notch/MAPK/Akt シグナル伝達軸を調節することにより破骨細胞形成と骨吸収を効果的に阻害し、溶骨性疾患の有望な治療候補となっていることを示しています。
骨恒常性は、脊椎動物において絶妙に調整された生理学的パラダイムを構成し、骨芽細胞を介した骨形成と破骨細胞による骨吸収の間の微妙な平衡によって調和しています1。この複雑なバランスにより、生涯を通じて骨格の完全性、生体力学的回復力、代謝の忠実度が維持され、機械的要求、内分泌の摂動、病理学的課題に動的に反応します2。骨リモデリングサイクルには、活性化、吸収、移行、形成、終了の連続した段階が含まれ、それぞれが細胞活動の時空間同期を確実にする複雑な分子カスケードによって支配されます3。
特に過剰な破骨細胞活性または不十分な骨芽細胞機能によるこの恒常性メカニズムの破壊は、多くの溶骨性障害に特徴的な病理学的骨量減少を引き起こします 4,5。これらの症状には、閉経後および老化性骨粗鬆症、関節リウマチ、炎症性関節炎、腫瘍性骨病変、パジェット病、歯周病など、幅広い疾患が含まれます6。過度の骨吸収の臨床症状には、骨折リスクの増加、骨格変形、慢性疼痛、機能障害、およびかなりの医療負担が含まれます 6,7。現代の疫学的指標によると、骨粗鬆症だけでも世界中で 2 億人以上が罹患しており、関連する骨折により、重大な罹患率、死亡率、および年間数十億ドルを超える経済的コストが発生しています 7,8。
破骨細胞は、単核食細胞系統の造血前駆体、特に骨髄由来マクロファージに由来する高度に特殊化された多核巨細胞として現れます9。それらの形成は、細胞外シグナル、細胞内シグナル伝達カスケード、および転写プログラム10の正確な調整を必要とする複雑な多段階プロセスを表しています。破骨細胞形成を支配する必須サイトカインには、核因子κBリガンドの受容体活性化因子(RANKL)およびマクロファージコロニー刺激因子(M-CSF)が含まれ、これらはそれぞれの受容体RANKおよびc-Fmsに結合して分化プログラムを開始します11。RANKL-RANK相互作用は、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ(MAPK)、核因子κB(NF-κB)、ホスホイノシチド3-キナーゼ/プロテインキナーゼB(PI3K/Akt)、カルシウム/カルシニューリン経路など、複数の下流シグナル伝達経路の活性化を引き起こし、破骨細胞形成のマスター転写調節因子である活性化T細胞の核因子細胞質1(NFATc1)に収束します10,11,12。
破骨細胞生物学を制御するさまざまな調節メカニズムの中で、ノッチシグナル伝達は、複雑で状況依存的な機能を持つ重要なモジュレーターとして浮上しています13。ノッチ経路は、進化的に保存された細胞間コミュニケーションシステムであり、多様な組織と発生段階にわたる細胞の運命の決定、分化、増殖、およびアポトーシスを支配します14。哺乳類では、4つのノッチ受容体(ノッチ1-4)が5つの標準リガンド(デルタ様1、3、4、およびギザギザ1および2)と相互作用して、細胞間シグナル伝達を媒介します。経路の活性化には、ADAMメタロプロテアーゼとγセクレターゼ複合体によるリガンド結合、コンフォメーション変化、および連続的なタンパク質分解切断が含まれ、最終的には、HesおよびHeyファミリーを含む標的遺伝子の核転座および転写調節のためのノッチ細胞内ドメイン(NICD)を放出します14,15.破骨細胞形成におけるノッチシグナル伝達の役割は依然として議論の余地があり、文脈に大きく依存しているようで、特定の受容体サブタイプ、リガンドの利用可能性、細胞微小環境、および実験条件に応じて刺激効果と抑制効果の両方が報告されている研究があります16,17,18。
溶骨性疾患に対する一般的な治療アプローチは、主にビスホスホネート、デノスマブ (RANKL 阻害剤)、選択的エストロゲン受容体モジュレーター、カルシトニンなどの抗吸収戦略に焦点を当てています 7,8,19。これらの治療法は骨吸収と骨折のリスクを効果的に軽減しますが、胃腸毒性、顎の骨壊死、非定型骨折、感染リスクの増加、長期的な安全性への懸念など、重大な制限が伴います。さらに、これらの薬剤は骨代謝回転を過度に抑制し、骨の質と修復メカニズムを損なう可能性があります。その結果、副作用を最小限に抑え、生理学的骨リモデリング能力を維持しながら、病理学的破骨細胞活性を選択的に阻害できる新しい治療薬が緊急に臨床的に必要とされています8,14。
γ-セクレターゼ阻害剤は、ノッチシグナル伝達の調節を通じて溶骨性疾患に応用できる可能性のある有望な化合物クラスです14,20。これらの薬剤は腫瘍学および神経変性疾患の研究で広く研究されており、いくつかの化合物はアルツハイマー病やさまざまな癌の臨床試験に進んでいます。強力で選択的なγセクレターゼ阻害剤であるLY900009は、予備研究で高い特異性、バイオアベイラビリティ、および管理可能な安全性プロファイルを含む好ましい薬理学的特性を実証しています21,22。しかし、RANKL 誘発性破骨細胞形成に対するその特定の効果と溶骨性疾患における潜在的な治療的有用性は、依然として不完全に特徴付けられています。この研究は、LY900009 が Notch シグナル伝達の破壊を通じて破骨細胞形成を阻害できるかどうかを評価するために設計され、溶骨性疾患に対する新しい治療アプローチを提供する可能性があります。私たちは、炎症性骨量減少モデルにおける破骨細胞形成、骨吸収活性、シグナル伝達経路、および in vivo 有効性に対するそれらの効果を評価するための包括的なプロトコルを開発しました。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
すべての動物処置は施設のガイドラインに従って実施され、山東第一医科大学付属中央病院の動物管理および使用委員会によって承認されました (承認番号 IACUC-2024-015)。この研究は、標準的なケージ(5匹のマウス/ケージ、12時間の明暗サイクル、 自由な 餌/水)での動物飼育とグループへの無作為化を含む、動物研究の確立された倫理原則とARRIVEガイドラインを遵守しました
1. 骨髄由来マクロファージの単離と培養
2. 細胞毒性評価
3. 破骨細胞の分化とTRAP染色
4. 機能的骨吸収アッセイ
5. 免疫蛍光顕微鏡
6. 定量的リアルタイムPCR分析
7. ウェスタンブロット分析
8. In Vivo LPS誘発骨吸収モデル
9. マイクロCTおよび組織学的分析
10. 統計分析
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
このプロトコルの実装が成功したことで、LY900009 が複数の相互接続されたメカニズムを通じて破骨細胞の形成と機能に対して強力な抑制効果を発揮することが明らかになりました。骨髄由来マクロファージにおける最初の細胞毒性評価では、24時間、48時間、96時間でそれぞれ4.44 μM、3.66 μM、および2.93 μMの計算されたIC50値で、毒性の時間依存的な増加が実証されました(図1A、B)。重要なことに、これらの細胞毒性濃度は治療的に有効な用量よりも大幅に高く、好ましい治療期間が確立されました。LY900009の分子構造を図1Cに示します。TRAP染色分析により、RANKL誘発性破骨細胞形成の用量依存的抑制が明らかになり、100〜400 nMの範囲の濃度で破骨細胞の数とサイズの両方が大幅に減少しました(図1D-F)。ヒドロキシアパタイトでコーティングされた表面を使用し...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
現在の調査は、骨関連疾患に対するγセクレターゼ阻害剤への関心の高まりと一致して、破骨細胞形成の強力かつ選択的な阻害を通じて、LY900009溶骨性疾患の有望な治療薬であるという説得力のある証拠を提供します 14,20,21。この知見は、このγセクレターゼ阻害剤が、Notch、MAPK、PI3K/Akt、NF-κBカスケードなどの複数の重要なシグナル伝達経路の協調的な破壊を通じて、RANKL誘発性破骨細胞形成と骨吸収機能を効果的に抑制することを示しています。これらの結果の治療的意義は、生体内でのLPS誘発性骨量減少の予防における化合物の有効性によって証明されているように、メカニズムの洞察を超えて広がり、炎症性および代謝性骨障害を管理するための実質的な臨床的可能性を示唆しています7,8,19,25
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者は、競合する金銭的利益や利益相反がないことを宣言しています。著者は、この作品で言及されている営利団体と金銭的な関係を持っていません。すべての著者は、ICMJE開示フォームに記入しています。
著者らは、この研究の過程で技術的サポートと支援を提供してくれた山東第一医科大学付属中央病院と肥城人民病院のスタッフに感謝したいと思います。また、動物実験における貴重な議論と支援に対する研究室の同僚の貢献にも感謝します。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 24ウェル細胞培養プレート | コーニング | 3524 | 免疫蛍光顕微鏡 |
| 6ウェル細胞培養プレート | コーニング | 3516 | 細胞培養とウェスタンブロット |
| 70%エタノール | シグマ・アルドリッチ | E7023 | 滅菌・消毒 |
| 75%エタノール | シグマ・アルドリッチ | E7148 | RNA洗浄バッファー |
| 96ウェル細胞培養プレート | コーニング | 3596 | 細胞培養とアッセイ |
| アルミフィルター(0.5mm) | ブルカー | 該当なし | マイクロCT走査フィルター |
| 抗CD11b-FITC抗体 | バイオレジェンド | 101206 | フローサイトメトリー - マクロファージマーカー |
| 抗切断Notch1抗体(ウサギモノクローナル) | 細胞シグナル伝達技術 | 4147秒 | ウェスタンブロット - ノッチシグナル伝達 |
| 抗F4/80-PE抗体 | バイオレジェンド | 123108 | フローサイトメトリー - マクロファージマーカー |
| 退色防止封入材 | ベクター研究所 | H-1000型 | 蛍光顕微鏡取付 |
| 抗Hes1抗体(ウサギモノクローナル) | 細胞シグナル伝達技術 | 11988年代 | ウェスタンブロット - ノッチ下流ターゲット |
| 抗NFATc1抗体(マウスモノクローナル) | サンタクルーズバイオテクノロジー | SC-7294 | ウェスタンブロット - 破骨細胞マスターレギュレーター |
| 抗リン酸化Akt(Ser473)抗体 | 細胞シグナル伝達技術 | 4060秒 | ウェスタンブロット - PI3K/Aktシグナリング |
| 抗リン酸化ERK1/2(Thr202/Tyr204)抗体 | 細胞シグナル伝達技術 | 4370秒 | ウェスタンブロット - MAPKシグナリング |
| 抗リン-NF-&κ;B p65 (Ser536) 抗体 | 細胞シグナル伝達技術 | 3033秒 | ウェスタンブロット - NF-&カッパ;B シグナリング |
| 抗リン酸化p38 MAPK(Thr180/Tyr182)抗体 | 細胞シグナル伝達技術 | 4511S型 | ウェスタンブロット - p38 MAPKシグナリング |
| 抗&β;-アクチン抗体(マウスモノクローナル) | 細胞シグナル伝達技術 | 4970年代 | ウェスタンブロットローディング制御 |
| 自動イメージングリーダー | 分子デバイス | ImageXpressマイクロ | 吸収ピットの定量化 |
| BCAプロテインアッセイキット | ピアース/サーモフィッシャー | 23225 | タンパク質濃度測定 |
| 漂白剤(10%次亜塩素酸ナトリウム) | シグマ・アルドリッチ | 425044 | 吸収プレートからの細胞除去 |
| BSA(ウシ血清アルブミン) | シグマ・アルドリッチ | A7906 | 免疫蛍光用ブロッキングバッファー |
| C57BL/6マウス(雄、5-8週齢) | チャールズ・リバー研究所 | 27 | in vitro BMM単離およびin vivo研究 |
| シュウ酸カルシウム試験試薬 | シグマ・アルドリッチ | C0350型 | 脱灰完了試験 |
| CCK-8試薬(Cell Counting Kit-8) | 同陣島分子技術 | CK04 | 細胞生存率評価 |
| セルストレーナー(70&μ;m) | BDファルコン | 352350 | 骨髄細胞濾過 |
| 遠心分離機(冷蔵) | エッペンドルフ | 5424R型 | 細胞およびサンプルの前処理 |
| クロロホルム | シグマ・アルドリッチ | C2432 | RNA抽出相分離 |
| CO2チャンバー | ユーサネックス株式会社 | EX-075 | 動物の安楽死 |
| CTAnソフトウェア | ブルカー | バージョン1.20 | マイクロCT画像解析 |
| DAPI(4',6-ジアミジノ-2-フェニルインドール) | シグマ・アルドリッチ | D9542 | 核対比染色 |
| ジメチルホルムアミド(DMF) | シグマ・アルドリッチ | D4551 | TRAP染色溶媒 |
| DMSO(ジメチルスルホキシド) | シグマ・アルドリッチ | D2650型 | 車両制御の準備 |
| ECLウェスタンブロッティング基質 | ピアース/サーモフィッシャー | 32106 | ウェスタンブロットでのタンパク質検出 |
| EDTA(10%、pH 7.4) | シグマ・アルドリッチ | E6758 | 脱灰液 |
| エオシンY | シグマ・アルドリッチ | E4009 | H&E組織学的染色 |
| ファストレッドバイオレットLBソルト | シグマ・アルドリッチ | F3381 | TRAP染色クロモゲン |
| ウシ胎児血清 (FBS) | Gibco/サーモフィッシャー | 16140-071 | 細胞培養サプリメント |
| フローサイトメーター | BDバイオサイエンス | FACSカリバー | BMMの特性評価 |
| 蛍光顕微鏡 | オリンポス | IX73 | 免疫蛍光イメージング |
| G*Powerソフトウェア | ハインリッヒ・ハイネ大学 | バージョン3.1 | 統計的検出力分析 |
| ガラスカバーガラス(22 &22 mm) | フィッシャーサイエンティフィック | 12-541-B | 免疫蛍光顕微鏡 |
| GraphPadプリズム | GraphPadソフトウェア | バージョン 9.0 | IC50の計算とグラフ作成 |
| ヘマトキシリン | シグマ・アルドリッチ | H3136 | H&E組織学的染色 |
| 血球計算器 | ハウスサイエンティフィック | 3200 | 細胞計数 |
| 大容量cDNA逆転写キット | アプライドバイオシステムズ | 4368814 | RNAからのcDNA合成 |
| HRP結合抗マウスIgG | 細胞シグナル伝達技術 | 7076S型 | ウェスタンブロット二次抗体 |
| HRP結合抗ウサギIgG | 細胞シグナル伝達技術 | 7074S型 | ウェスタンブロット二次抗体 |
| ヒドロキシアパタイトコーティング96ウェルプレート | コーニングバイオコート | 354651 | 骨吸収機能アッセイ |
| イメージJ | NIHの | バージョン 1.53e | 画像解析と定量化 |
| インキュベーター(CO2) | サーモフィッシャー | 51033058 | 細胞培養の維持 |
| 赤外線イメージングシステム | バイオラッド | ケミドック議員 | ウェスタンブロット検出 |
| 倒立顕微鏡 | オリンポス | CKX41 | 細胞培養モニタリング、TRAP計数 |
| イソプロパノール | シグマ・アルドリッチ | I9516 | RNA沈殿 |
| LPS(大腸菌由来のリポ多糖類) | シグマ・アルドリッチ | L4391 | in vivo炎症性骨吸収 |
| LY900009(&γ;-セクレターゼ阻害剤) | セレックケミカルズ | S7999 | 試験化合物 - 破骨細胞阻害剤 |
| M-CSF(マクロファージコロニー刺激因子) | R&Dシステム | 416-ML-010 | マクロファージの生存と破骨細胞の分化 |
| マイクロCTスキャナー | ブルカー | スカイスキャン 1272 | 骨の微細構造解析 |
| マイクロプレートリーダー | バイオテック | シナジーH1 | 吸光度測定(CCK-8) |
| ミクロトーム | ライカ | 2255リンギット | 組織学的切片化 |
| リン酸ナフトールAS-MX | シグマ・アルドリッチ | N5000 | TRAP染色基質 |
| 針(25G、27G) | BDの | 305122, 305109 | 骨髄洗浄、注射 |
| NReconソフトウェア | ブルカー | バージョン1.7 | マイクロCT画像再構成 |
| パラフィンワックス | シグマ・アルドリッチ | P3683 | 組織包埋 |
| パラホルムアルデヒド(4%) | シグマ・アルドリッチ | P6148 | 細胞および組織の固定 |
| PBS(リン酸緩衝生理食塩水) | Gibco/サーモフィッシャー | 14190-144 | 細胞洗浄およびバッファー調製 |
| ペントバルビタールナトリウム | シグマ・アルドリッチ | P3761 | 動物麻酔と安楽死 |
| ホスファターゼ阻害剤カクテル | ロシュ | 4906837001 | リン酸化保存 |
| PowerUp SYBR グリーンマスターミックス | アプライドバイオシステムズ | A25742 | 定量的リアルタイムPCR |
| プロテアーゼ阻害剤カクテル | ロシュ | 11697498001 | タンパク質分解防止 |
| PVDF膜(0.45&μ;m) | バイオラッド | 1620177 | ウェスタンブロットタンパク質転写 |
| RANKL(NF-&κの受容体活性化因子;Bリガンド) | R&Dシステム | 462-テック-010 | 破骨細胞分化誘導 |
| リアルタイムPCRシステム | アプライドバイオシステムズ | 7500 高速 | 定量的遺伝子発現解析 |
| ローダミン-ファロイジン | Invitrogen/サーモフィッシャー | R415 | F-アクチンの可視化 |
| RIPAバッファ | 細胞シグナル伝達技術 | 9806S | タンパク質抽出 |
| RNaseフリーの水 | アンビオン/サーモフィッシャー | AM9937 | RNA溶解とPCR |
| SDS-PAGEゲル(10%) | バイオラッド | 4561036 | ウェスタンブロットタンパク質分離 |
| 脱脂粉乳 | バイオラッド | 1706404 | ウェスタンブロットブロッキング |
| 酢酸ナトリウム緩衝液(0.1 M、pH 5.0) | シグマ・アルドリッチ | S2889 | TRAP染色バッファー |
| 酒石酸ナトリウム(50 mM) | シグマ・アルドリッチ | S4297 | TRAP染色特異性 |
| 分光 光度 計 | サーモフィッシャー | ナノドロップ2000 | RNA/タンパク質濃度測定 |
| SPSSの | IBM株式会社 | バージョン 28.0 | 統計分析 |
| シリンジ(1 mL、10 mL) | BDの | 309659, 309604 | 骨髄洗浄、注射 |
| T75細胞培養フラスコ | コーニング | 430641 | 一次BMM培養 |
| TBST(0.1%トゥイーン-20を含むトリス緩衝生理食塩水) | バイオラッド | 1706531 | ウェスタンブロット洗浄バッファー |
| 転写バッファー | バイオラッド | 1704270 | ウェスタンブロットタンパク質転写 |
| トリトンX-100 | シグマ・アルドリッチ | T8787 | 細胞透過処理 |
| TRIzol試薬 | Invitrogen/サーモフィッシャー | 15596026 | トータルRNA抽出 |
| トリパンブルー(0.4%) | シグマ・アルドリッチ | T8154 | 細胞生存率評価 |
| トリプシン-EDTA(0.25%) | Gibco/サーモフィッシャー | 25200-056 | 細胞の採取と剥離 |
| ウェスタンブロット転写システム | バイオラッド | トランスブロットターボ | メンブレンへのタンパク質の移動 |
| キシレン | シグマ・アルドリッチ | X3750 | 組織処理と透明化 |
| α-MEM(アルファミニマムエッセンシャルメディア) | Gibco/サーモフィッシャー | 12561-056 | 細胞培養培地 |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。