뼈세포의 세포사멸이 뼈조직세포의 증식과 이동에미치는 영향
Effects of Osteocyte Apoptosis on Bone Cell Proliferation and Recruitment
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초록
뼈개조에서 뼈흡수 및 뼈형성을 조절하는 데는 세포간 상호 작용(cell to cell interaction)이 중요한 역할을 하고 있다. 뼈모세포(osteoblast) 및 뼈수기질세포(marrow stromal cell)가뼈파괴세포(osteoclast)의 형성에 결정적인 역할을 하는 것으로 알려져 왔으며, 뼈모세포에서 발현되는 RANK-ligand (RANKL)와 그 decoy receptor인osteoprotegerin (OPG)이 이러한 뼈파괴세포의 분화를 담당하고 있다1,2). 그러나 어떤 기전에 의하여 특정 부위에서 뼈파괴세포가 분화되어 뼈흡수가 시작되고 뼈개조(bone remodeling)가일어나는 지에 대해서는 아직 잘 알려져있지 않다. 뼈세포(osteocyte)는 뼈모세포로부터 분화된다. 뼈모세포는 bone lining cell 로 되거나 신생된 osteoid에 파묻힌 뼈전구세포(pre-osteocyte)가 되며, 뼈전구세포가 석회화된 뼈에 싸이게 되면뼈세포로 분화된다. 성숙한 뼈세포는 별모양의 세포로 많은 수의 가늘고 긴cytoplasmic process를 사방으로 내고있으며 뼈세관(canaliculi)라 불리는가는 관(canal)를 통해 뼈조직을 관통하여 다른 뼈세포와 또는 뼈표면의 뼈모세포, 뼈파괴세포와 연결되어 있다. Kamioka 등 (2001)에 의하면 뼈수에도뼈세포의 돌기(process)가 연결되어 있어뼈수에 존재하는 뼈파괴세포 전구세포에도 뼈세포가 신호를 전달 할 수 있을 것이라 생각되어진다3). 최근에 여러 연구에서 뼈세포가 뼈개조 조절을 담당 할 것이라는 가능성이제시되고 있다. 뼈개조의 큰 기능중 하나는 손상 입은 뼈조직을 새 뼈조직으로 대체하여 기계적 성질(mechanical property) 를 유지하는 것이다. 미세한 손상(microdamage)는 뼈조직에 계속 장력이가해져서 생긴 미세한 금(microcrack) 이 모인 것이라 정의 할 수 있으며 미세한 손상이 있는 뼈조직은 제거되고 새로운 뼈로 대체된다. 만일 뼈의 제거와대체에 불균형으로 미세한 손상이 축적되게 되면 뼈의 기계적 성질이 손상되어골절에 이르게 된다. 미세한 손상으로부터 회복하는 능력이 뼈세포의 생존과 관계가 있으며4) 미세한 금부위에 세포사멸(apoptosis) 상태의 뼈세포가 존재하고 이 부위가 연속적으로 뼈파괴세포에의해 제거됨이 보고되어5) 뼈조직이 미세한 손상에서 회복하는데 뼈세포가 관여할 것으로 여겨지며, 특히 미세한 손상에 의한 뼈세포의 세포사멸이 뼈흡수에 영향을 줄 것이라 생각된다. 또한 뼈세포 세포주인 MLO-Y4 세포가 뼈파괴세포의 형성과 활성을 유도할 수 있고, macrophage colony stimulating factor (M-CSF)와 RANK-ligand (RANKL)을 생성하며6), 사람과 생쥐뼈조직 표본에서 뼈세포에 새로운 bone morphogenetic protein(BMP) 길항제인 SOST가 강하게 발현됨이 보고되었다7). 뼈세포가 석회화 기질 내에 고르게 분포 된 점, 긴 process로 서로 연결된 모양, 여러 선행 연구들에서 보고된 뼈세포와 다른 뼈조직내의 세포들과의 상호작용들을 고려할 때, 뼈개조에서의 중심 조절 세포일 것이라 가정할 수있다. 그러므로 본 연구에서는 뼈세포가 뼈파괴세포 전구세포와 뼈모세포의 증식과이동에 미치는 영향을 조사하고 뼈세포의 세포사멸이 뼈개조에 미치는 영향을알아내어 뼈개조에서의 뼈세포의 역할을밝혀내고자 하였다.
Abstract
Osteocytes are the most abundant cells in bone and communicate with other bone surface cells like osteoblasts, osteoclasts, osteoclast precursors and bone lining cells through their networking in canaliculi. Osteocyte apoptosis by microcracks has been suggested the leading step in targeted bone remodeling. Therefore, to determine the role for osteocyte apoptosis in bone remodeling, we examined the effect of apoptotic osteocytes on osteoclast precursors and osteoblasts proliferation and recruitment. We used the MLO-Y4 cells as in vitro model for osteocytes, RAW264.7 cells as osteoclast precursors and 2T3 cells as osteoblasts. For induction of MLO-Y4 cell apoptosis, MLO-Y4 cells were treated with 100 μM etoposide for 6 hours and apoptosis was determined with increase of casapase-3 activity and ratio of trypan blue straining cells. MLO-Y4 cells conditioned medium (Y4-CM) was collected for 24h culture after apoptosis induction. For proliferation assay, RAW 264.7 cells and 2T3 cells were cultured with 0, 20, 50% healthy or apoptotic Y4 CM. Cultures were stopped after 3 days and cell number was counted. The migration of RAW 264.7 and 2T3 cells was assayed using transwells with healthy or apoptotic 20, 50% Y4 -CM. Healthy Y4-CM increased osteoclast precursor proliferation and migration. Healthy Y4-CM decreased 2T3 cell proliferation and migration. However apoptotic Y4-CM induced by etoposide increased the proliferation of 2T3 cells compared to control (healthy) Y4-CM. Apoptotic Y4 CM increased RAW 264.7 cell proliferation and had no effect on migration of RAW 264.7 cells and 2T3 cells. These results suggest that osteocyte apoptosis may play a role in bone remodeling by changes in signals linked to other bone cells.
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