Homeostaza kości stanowi znakomicie zaaranżowany paradygmat fizjologiczny u kręgowców, zharmonizowany przez delikatną równowagę między tworzeniem kości za pośrednictwem osteoblastów a resorpcją kości napędzaną przez osteoklasty1. Ta skomplikowana równowaga utrzymuje integralność szkieletu, odporność biomechaniczną i wierność metaboliczną przez całe życie, dynamicznie reagując na wymagania mechaniczne, zaburzenia endokrynologiczne i patologiczne wyzwania2. Cykl przebudowy kości obejmuje sekwencyjne fazy aktywacji, resorpcji, przejścia, tworzenia i zakończenia, z których każda jest zarządzana przez skomplikowane kaskady molekularne, które zapewniają czasoprzestrzenną synchronizację aktywności komórkowych3.
Zaburzenie tego mechanizmu homeostatycznego, szczególnie poprzez nadmierną aktywność osteoklastów lub nieodpowiednią funkcję osteoblastów, przyspiesza patologiczny zanik masy kostnej, charakterystyczny dla wielu zaburzeń osteolitycznych 4,5. Stany te obejmują szerokie spektrum chorób, w tym osteoporozę pomenopauzalną i starczą, reumatoidalne zapalenie stawów, zapalne zapalenie stawów, nowotworowe zajęcie kości, chorobę Pageta i zaburzenia przyzębia6. Objawy kliniczne nadmiernej resorpcji kości obejmują zwiększone ryzyko złamań, deformację szkieletu, przewlekły ból, niepełnosprawność funkcjonalną i znaczne obciążenie opieki zdrowotnej 6,7. Współczesne wskaźniki epidemiologiczne wskazują, że sama osteoporoza dotyka ponad 200 milionów osób na całym świecie, a związane z nią złamania skutkują znaczną zachorowalnością, śmiertelnością i kosztami ekonomicznymi przekraczającymi miliardy dolarów rocznie.
Osteoklasty manifestują się jako wysoce wyspecjalizowane wielojądrowe komórki olbrzymie pochodzące z hematopoetycznych prekursorów linii fagocytów jednojądrzastych, w szczególności makrofagów pochodzących ze szpiku kostnego9. Ich powstawanie stanowi złożony, wieloetapowy proces, który wymaga precyzyjnej koordynacji sygnałów zewnątrzkomórkowych, wewnątrzkomórkowych kaskad sygnalizacyjnych i programów transkrypcyjnych10. Do podstawowych cytokin regulujących osteoklastogenezę należą aktywator receptora ligandu czynnika jądrowego κB (RANKL) i czynnik stymulujący tworzenie kolonii makrofagów (M-CSF), które wiążą się z odpowiednimi receptorami RANK i c-Fms w celu zainicjowania programów różnicowania11. Interakcja RANKL-RANK wyzwala aktywację wielu dalszych szlaków sygnałowych, w tym kinaz białkowych aktywowanych mitogenem (MAPK), czynnika jądrowego κB (NF-κB), kinazy 3-fosfoinozytolu/kinazy białkowej B (PI3K/Akt) oraz szlaków wapń/kalcyneuryna, które zbiegają się w czynniku jądrowym aktywowanych limfocytów T cytoplazmatycznym 1 (NFATc1), głównym regulatorze transkrypcji osteoklastogenezy 10,11,12.
Wśród różnych mechanizmów regulacyjnych, które kontrolują biologię osteoklastów, sygnalizacja Notch stała się krytycznym modulatorem o złożonych i zależnych od kontekstu funkcjach13. Szlak Notch to ewolucyjnie konserwatywny system komunikacji komórka-komórka, który reguluje określanie, różnicowanie, proliferację i apoptozę komórek w różnych tkankach i stadiach rozwojowych14. U ssaków cztery receptory Notch (Notch1-4) oddziałują z pięcioma kanonicznymi ligandami (podobnymi do Delta 1, 3 i 4 oraz Jagged 1 i 2), aby pośredniczyć w sygnalizacji międzykomórkowej. Aktywacja szlaku obejmuje wiązanie ligandów, zmiany konformacyjne i sekwencyjne rozszczepienie proteolityczne przez metaloproteazy ADAM i kompleks γ-sekretazy, który ostatecznie uwalnia domenę wewnątrzkomórkową Notch (NICD) do translokacji jądrowej i regulacji transkrypcji genów docelowych, w tym rodzin Hes i Hey14,15. Rola sygnalizacji Notch w osteoklastogenezie pozostaje sporna i wydaje się być wysoce zależna od kontekstu, a badania wykazują zarówno efekty stymulujące, jak i hamujące w zależności od określonych podtypów receptorów, dostępności ligandów, mikrośrodowiska komórkowego i warunków eksperymentalnych 16,17,18.
Dominujące podejścia terapeutyczne w chorobach osteolitycznych koncentrują się przede wszystkim na strategiach antyresorpcyjnych, w tym bisfosfonianach, denosumabie (inhibitorze RANKL), selektywnych modulatorach receptora estrogenowego i kalcytoninie 7,8,19. Chociaż zabiegi te skutecznie zmniejszają resorpcję kości i ryzyko złamań, wiążą się ze znacznymi ograniczeniami, w tym toksycznością żołądkowo-jelitową, martwicą kości szczęki, nietypowymi złamaniami, zwiększonym ryzykiem infekcji i obawami o długoterminowe bezpieczeństwo. Ponadto środki te mogą nadmiernie hamować obrót kostny, potencjalnie pogarszając jakość kości i mechanizmy naprawcze. W związku z tym istnieje pilne zapotrzebowanie kliniczne na nowe środki terapeutyczne, które mogą selektywnie hamować patologiczną aktywność osteoklastów, jednocześnie minimalizując działania niepożądane i zachowując fizjologiczną zdolność koścido przebudowy 8,14.
Inhibitory γ-sekretazy stanowią obiecującą klasę związków o potencjalnych zastosowaniach w chorobach osteolitycznych poprzez modulację sygnalizacji Notch14,20. Środki te zostały szeroko przebadane w onkologii i badaniach nad chorobami neurodegeneracyjnymi, a kilka związków awansowało do badań klinicznych w chorobie Alzheimera i różnych nowotworach. LY900009, silny i selektywny inhibitor γ-sekretazy, wykazał korzystne właściwości farmakologiczne, w tym wysoką swoistość, biodostępność i łatwy do opanowania profil bezpieczeństwa we wstępnych badaniach21,22. Jednak jego specyficzny wpływ na osteoklastogenezę indukowaną przez RANKL i potencjalną przydatność terapeutyczną w chorobach osteolitycznych pozostaje niew pełni scharakteryzowany. Badanie to miało na celu ocenę, czy LY900009 może hamować osteoklastogenezę poprzez zakłócenie sygnalizacji Notch, potencjalnie oferując nowatorskie podejście terapeutyczne w chorobach osteolitycznych. Opracowaliśmy kompleksowe protokoły, aby ocenić ich wpływ na tworzenie osteoklastów, aktywność resorpcji kości, szlaki sygnałowe i skuteczność in vivo w modelach zapalnego ubytku kostnego.