Bu protokol, in vivo osteoklast aktivitesini kontrol eden kritik genleri anlamak için kurallı bir yöntemi açıklar. Bu yöntem, iskelet fenotipini analiz etmek için transgenik bir fare modeli ve bazı kurallı teknikler kullanır.
Transgenik fare modelleri, osteoklast farklılaşmasını ve aktivitesini kontrol eden kritik genleri anlamak ve osteoporozun mekanizmalarını ve farmasötik tedavilerini incelemek için güçlüdür. Cathepsin K (Ctsk)-Cre fareleri osteoklastların fonksiyonel çalışmaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Transkripsiyon 3’ün (STAT3) sinyal dönüştürücüsü ve aktivatörü kemik homeostazında geçerlidir, ancak in vivo osteoklastlardaki rolü zayıf tanımlanmıştır. STAT3’ün osteoklast farklılaşmasına ve kemik metabolizmasına katıldığına dair in vivo kanıtları sağlamak için osteoklast spesifik bir Stat3 silme fare modeli(Stat3 fl/fl; Ctsk-Cre) ve iskelet fenotipini analiz etti. Mikro-CT tarama ve 3D rekonstrüksiyon, koşullu nakavt farelerinde kemik kütlesinin arttığını ima etti. Kemik metabolizmasını tespit etmek için H&E lekelenmesi, kalsesin ve alizarin kırmızı çift boyama ve tarta dayanıklı asit fosfataz (TRAP) lekeleme yapıldı. Kısacası, bu protokol iskelet fenotipini analiz etmek ve in vivo osteoklast aktivitesini kontrol eden kritik genleri incelemek için bazı kurallı yöntem ve teknikleri açıklar.
İskelet kemiği insan vücudunun ana yük taşıyan organıdır ve yürüyüş ve egzersiz sırasında hem iç hem de dış ortamdan baskı altındadır1. Kişinin yaşamı boyunca, kemikler sürekli olarak osteoblastlar ve osteoklastlar tarafından dengelenen kendini yenilemeden geçer. Osteoklastların eski kemikleri temizleme ve osteoblastların yeni kemik oluşturma süreci, iskelet sisteminin homeostazını ve mekanik işlevini korur2. Dengedeki bozukluk osteoporoz gibi kemik metabolik hastalıklarına neden olabilir. Aşırı osteoklastik aktivitenin neden olduğu osteoporoz, küresel olarak yaygındır ve topluma önemli ekonomik kayıplara neden olur2,3,4. Osteoporoz tedavisi için mevcut sınırlı sayıda ilada ve yan etki risklerine göre4, osteoklast oluşumu ve aktivitesinin ayrıntılarını ortaya çıkarmak önemlidir.
Monosit/makrofaj hematopoetik soyundan elde edilen osteoklastlar birden fazla çekirdeğe sahiptir (2 ila 50 çekirdek olabilir) ve büyüktür (genellikle çapı 100 μm’den büyüktür)2. Mekanizmaların keşfi ve ilaçların osteoklastik bozukluklar için taranma in vitro osteoklast kültürü ile yaygın olarak geliştirilmiş olmasına rağmen, karmaşık organik reaksiyonlar in vivo kanıtları hedeflenen tedavi için vazgeçilmez kılmaktadır. Fareler ve insanlar arasındaki genetik ve patofizyolojik benzerlikler nedeniyle, genetik olarak tasarlanmış fare modelleri, insan hastalığının mekanizmalarını ve farmasötik tedavilerini incelemek için yaygın olarak kullanılmaktadır in vivo6. Cre-loxP sistemi fare gen düzenlemesi için yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir ve araştırmacıların gen fonksiyonlarını doku/hücreye özgü bir şekilde araştırmalarını sağlamıştır5. Cathepsin K (CSTK), kemik kollajen8’ibozabilen osteoklastlar tarafından salgılanan sistein proteazdır. CTSK’nın olgun osteoklastlarda seçici olarak ifade edildiği iyi kabul edilmektedir; Bu nedenle, Ctsk-Cre fareleri osteoklastların fonksiyonel çalışmaları için yararlı bir araç olarak kabul edilir ve6.
Transkripsiyon (STAT) ailesinin sinyal dönüştürücüsü ve aktivatörü klasiktir ve bağışıklık ve kanser ilerlemesi ve gelişiminde oldukça önemlidir7,8. Yedi STAT arasında, STAT3’ün kemik homeostazı9,10ile en alakalı olduğu bildirilmektedir. Çeşitli in vivo çalışmalar, OSTEOBLASTLARDA STAT3’ün spesifik inaktivasyonunun kemik oluşumunu azalttığını bildirmektedir9,10. Bununla birlikte, STAT3’ün osteoklast oluşumuna ve kemik metabolizmasına in vivo katılımına ilişkin sağlam kanıtlar hala sınırlıdır. Son zamanlarda, osteoklast spesifik Stat3 silme fare modeli (Stat3fl / fl; Ctsk-Cre, bundan sonra Stat3Ctskolarak adlandırılır) STAT3 osteoklast farklılaşmasına ve kemik metabolizması11‘e katılır. Bu çalışmada, osteoklast spesifik STAT3 delesyonunun kemik homeostazı üzerindeki etkisini incelemek için Stat3Ctsk farelerinin kemik kütlesi, kemik histoporfolojisi ve kemik anabolizması ve katabolizmasındaki değişiklikleri analiz etmek için kullandığımız yöntem ve protokolleri açıklıyoruz.
Genetik olarak tasarlanmış fare modelleri genellikle insan hastalığının mekanizmasını ve farmasötik tedavisini incelemek için kullanılır13. Ctsk-Cre fareler osteoklastların fonksiyonel çalışmaları için yaygın olarak kullanılmaktadır6. Bu çalışmada iskelet fenotipini analiz etmek ve in vivo osteoklast aktivitesini kontrol eden kritik genleri incelemek için yöntemlerin protokolleri açıklanmıştır.
Histolojik a…
The authors have nothing to disclose.
Prof. Weiguo Zou ve S. Kato’ya reaktifler ve fareler için ve Zou laboratuvarı üyelerine yararlı tartışmalar için teşekkür ederiz. Ayrıca Şanghay Dokuzuncu Halk Hastanesi Kraniyofasiyal Anomaliler Için Dijitalleştirilmiş Stomatoloji ve Araştırma Merkezi Laboratuvarı’na yardım için teşekkür ediyoruz. Bu çalışma kısmen Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı’nın (NSFC) hibeleriyle desteklendi [81570950,81870740,81800949], Şanghay Zirvesi & Plato Disiplinleri, Şanghay Hassas Tıp Enstitüsü’nden SHIPM-mu fonu, Şanghay Dokuzuncu Halk Hastanesi, Şanghay Jiao Tong Üniversitesi Tıp Fakültesi [JC201809], Şanghay Jiao Tong Üniversitesi Tıp Fakültesi için Üst Düzey İnovasyon Ekibinin Teşvik Projesi , Shanghai JiaoTong üniversitesi Tıp Fakültesi Şanghay Dokuzuncu Halk Hastanesi Disiplinler Arası Araştırma Fonu [JYJC201902]. Ve L.J. Üstün Gençlik Tıbbi Yetenekleri, Şanghay “Tıbbi Yeteneğin Yükselen Yıldızları” Gençlik Geliştirme Programı ve Şanghay Jiaotong Üniversitesi’nden “Chen Xing” projesinin bir bilginidir.
4% Paraformaldehyde solution | Sangon biotech Co., Ltd. | E672002 | |
Acetone | Shanghai Experimental Reagent Co., Ltd. | 80000360 | |
Alizarin | Sigma-Aldrich | A5533 | |
Ammonia solution | Shanghai Experimental Reagent Co., Ltd. | ||
Calcein | Sigma-Aldrich | C0875 | |
Ctsk-Cre mice | a gift from S. Kato, University of Tokyo, Tokyo, Japan | ||
DDSA | Electron Microscopy Sciences | 13710 | |
DeCa RapidlyDecalcifier | Pro-Cure | DX1100 | |
DMP-30 | Electron Microscopy Sciences | 13600 | |
EDTA | Shanghai Experimental Reagent Co., Ltd. | 60-00-4 | |
EMBED 812 RESIN | Electron Microscopy Sciences | 14900 | |
fluorescence microscope | Olympus | IX73 | |
Hematoxylin solution | Beyotime Biotechanology | C0107 | |
Micro-CT | Scanco Medical AG | μCT 80 | |
NaHCO3 | Shanghai Experimental Reagent Co., Ltd. | 10018918 | |
Neutral balsam | Sangon biotech Co., Ltd. | E675007 | |
NMA | Electron Microscopy Sciences | 19000 | |
Paraffin | Sangon biotech Co., Ltd. | A601889 | |
rotary microtome | Leica | RM2265 | |
Stat3fl/fl mice | GemPharmatech Co., Ltd | D000527 | |
TRAP staining kit | Sigma-Aldrich | 387A | |
xylene | Shanghai Experimental Reagent Co., Ltd. | 1330-20-7 |