Баланс между формированием и резорбцией кости поддерживают везикулы, продуцируемые остеобластами

Перестройка костной ткани происходит в течение всей жизни. Она поддерживает не только правильную архитектуру костной ткани, но и системный гомеостаз минералов, ведь костная ткань — это важнейшее депо кальция. Авторы новой работы, опубликованной в Nature Communications, с помощью микроскопии высокого разрешения визуализировали внеклеточные везикулы, которые зрелые остеобласты продуцируют in vivo. Как оказалось, эти везикулы приостанавливают формирование костной ткани и способствуют дифференцировке остеокластов — клеток, обеспечивающих резорбцию костной ткани.

Ученые работали с ранее полученной линией мышей, которые экспрессируют в зрелых остеобластах голубой флуоресцентный белок ECFP. С помощью прижизненной мультифотонной визуализации с высоким пространственным разрешением исследователи показали, что вблизи зрелых остеобластов присутствует множество везикул с сигналом ECFP. Эти везикулы подразделили на малые везикулы остеобластов (диаметром менее 1 мкм) и крупные везикулы остеобластов (диаметром более 1 мкм). Временной промежуток от появления везикулы до ее захвата остеобластом составлял примерно 20 минут. Малые везикулы выделяют также и первичные остеобласты.

Чтобы изучить биологический эффект везикул, авторы работы добавляли малые везикулы к первичным остеобластам и через два дня изучали изменения в паттернах экспрессии генов. Оказалось, что малые везикулы диаметром примерно 400 нм подавляют дифференцировку остеобластов и, следовательно, рост костной ткани. Под действием малых везикул в остеобластах снижался уровень экспрессии ряда факторов дифференцировки остеобластов, таких как Runx2 и Osterix (также известного как Sp7). Результаты подтвердили на клеточной линии остеобластов MC3T3-E1.

Вместе с тем в обработанных везикулами остеобластах повышался уровень экспрессии ключевого фактора дифференцировки остеокластов — Rankl, также известного как Tnfsf11. Для того, чтобы подтвердить, что везикулы стимулируют дифференцировку остеокластов, ученые совместно культивировали продуцирующие везикулы зрелые остеобласты и макрофаги костного мозга (остеокласты являются специализированными макрофагами костной ткани). Спустя три дня в культуре появились дифференцированные остеокласты.

Дальнейший анализ показал, что малые везикулы, продуцируемые остеобластами, содержат микроРНК miR-143-3p, мишенью которой является мРНК Cbfb. Эта микроРНК подавляет дифференцировку остеобластов. Авторы получили мышей с нокаутом по гену, кодирующему miR-143/145, в остеобластах. У таких животных была повышена костная масса и усилена минерализация кости. Активность и число остеокластов у них были снижены.

Таким образом, везикулы ингибируют формирование костной ткани и стимулируют появление остеокластов. Центральную роль в этих процессах играет микроРНК miR-143.