Кость, как механочувствительная ткань, адаптируется к механическим раздражителям, которые необходимы для формирования и ремоделирования кости (1). Снижение механической стимуляции приводит к потере костной массы и повышенному риску переломов (2), в то время как усиленная механическая стимуляция, такая как физические упражнения, оказывает положительное воздействие на костную ткань даже после прекращения стимуляции (3,4).
Образующие коннексин (Cx) щелевые соединения и полуканалы на остеоцитах позволяют небольшим молекулам, таким как простагландин E 2 (PGE 2 ) и АТФ, проходить через клеточную мембрану(5). Cx43 является преобладающим подтипом, экспрессируемым в остеоцитах (6). Щелевые контакты Cx43 обеспечивают межклеточную связь между остеоцитами (7), а механические стимулы увеличивают связь между двумя соседними клетками через щелевые контакты (8).
В новом исследовании (9) ученые использовали две модели трансгенных мышей, чтобы определить роли остеоцитарных Cx43-щелевых соединительных каналов и гемиканалов в остеоцитах в реакции кости на механическую нагрузку.
Ученые обнаружили, что простагландин (PGE 2) вырабатывается как у обычных мышей, так и у мышей с нарушением щелевого контакта в ответ на механическое воздействие, и их кости становятся крепче. С другой стороны, этот ответ отсутствовал у мышей с нарушением гемиканала Cx43.
Когда команда дала типичным мышам антитело, которое блокирует активность гемиканалов Cx43, это останавливало животных от высвобождения PGE 2 и уменьшало укрепление костей в ответ на механический стресс. Но лечение тех же мышей с помощью PGE 2 восстанавливало укрепляющие кости эффекты механического стресса.
Проведенное исследование предполагает, что нацеливание на полуканалы Cx43 на остеоцитах может быть альтернативным вариантом лечения остеопороза, использующим собственную реакцию организма на механический стресс.
Литература.
-
Bonewald LF (2011) The amazing osteocyte Journal of Bone and Mineral Research 26:229–238.
-
Lang T, LeBlanc A, Evans H, Lu Y, Genant H, Yu A. Cortical and trabecular bone mineral loss from the spine and hip in long-duration spaceflight. J Bone Miner Res. 2004 Jun;19(6):1006-12. doi: 10.1359/JBMR.040307. Epub 2004 Mar 8. PMID: 15125798.
-
Erlandson MC, Kontulainen SA, Chilibeck PD, Arnold CM, Faulkner RA, Baxter-Jones AD. Higher premenarcheal bone mass in elite gymnasts is maintained into young adulthood after long-term retirement from sport: a 14-year follow-up. J Bone Miner Res. 2012 Jan;27(1):104-10. doi: 10.1002/jbmr.514. PMID: 21956460.
-
Warden SJ, Fuchs RK, Castillo AB, Nelson IR, Turner CH. Exercise when young provides lifelong benefits to bone structure and strength. J Bone Miner Res. 2007 Feb;22(2):251-9. doi: 10.1359/jbmr.061107. PMID: 17129172.
-
Loiselle AE, Jiang JX, Donahue HJ. Gap junction and hemichannel functions in osteocytes. Bone. 2013 Jun;54(2):205-12. doi: 10.1016/j.bone.2012.08.132. Epub 2012 Oct 13. PMID: 23069374.
-
Civitelli R. Cell-cell communication in the osteoblast/osteocyte lineage. Arch Biochem Biophys. 2008 May 15;473(2):188-92. doi: 10.1016/j.abb.2008.04.005. Epub 2008 Apr 11. PMID: 18424255; PMCID: PMC2441851.
-
Ishihara Y, Kamioka H, Honjo T, Ueda H, Takano-Yamamoto T, Yamashiro T. Hormonal, pH, and calcium regulation of connexin 43-mediated dye transfer in osteocytes in chick calvaria. J Bone Miner Res. 2008 Mar;23(3):350-60. doi: 10.1359/jbmr.071102. PMID: 17997713.
-
Cheng B, Zhao S, Luo J, Sprague E, Bonewald LF, Jiang JX. Expression of functional gap junctions and regulation by fluid flow in osteocyte-like MLO-Y4 cells. J Bone Miner Res. 2001 Feb;16(2):249-59. doi: 10.1359/jbmr.2001.16.2.249. PMID: 11204425.
-
Zhao D, Riquelme MA, Guda T, Tu C, Xu H, Gu S, Jiang JX. Connexin hemichannels with prostaglandin release in anabolic function of bone to mechanical loading. Elife. 2022 Feb 8;11:e74365. doi: 10.7554/eLife.74365. PMID: 35132953; PMCID: PMC8824479.