파골세포에 의한 조골세포의 뼈 생성능 조절기작 연구 = The study of control mechanism for osteoblasts bone formation by osteoclasts

국문 초록 (Abstract)

I. 연구개발의 목적 및 필요성
연구 목적
: 골대사를 조절하는 파골세포와 조골세포사이의 상호간의 조절 기작을 규명
: 골다공증, 류마티스 관절염, 치주염 같은 골 질환 치료제 개발을 위한 분자적 기전 확립
연구 과제의 필요성
: 골대사는 파골세포와 조골세포의 상호작용에 의해 이루어짐.
: 조골세포의 파골세포 분화 및 활성에 대한 연구는 세계적으로 많이 진행 되었지만, 파골세포 에 의한 조골 세포의 분화 및 활성 (골생성)에 대한 연구는 아직 미비함.
: 파골세포와 조골세포의 상호 작용에 의한 골 생성능에 대한 분자 기전 규명이 요구됨.
: 골 질환 치료제 개발을 위한 새로운 분자적 조절 기전 확립이 필요함.
: 앞으로 고령화 사회로 접어들면서 골다공증과 같은 퇴행성 질환은 심각한 사회 문제로 대두 되리라 예상됨.
Ⅱ. 연구개발의 내용 및 범위
: 골대사 조절능을 보이는 Atp6v0d2 유전자 적중 마우스 파골세포 세포막 단백질 분리 및 그 역할 규명
: 마이크로 칩 분석을 통한 Atp6v0d2 유전자 적중 마우스 파골세포와 정상 파골세포에서 발현차이를 보이는 유전자 탐색 및 역할 규명
: 골경화증을 보이는 Atp6v0d2 유전자 적중 마우스의 난소적출 골다공증 마우스 모델을 이용한 in vivo 내 골대사 연구
: 파골세포와 조골세포의 상호 작용에 의한 골 생성능에 대한 분자 기전 규명
: 새로운 골대사 조절 기작을 규명
: 골 질환 치료제 개발을 위한 분자적 기전 확립
Ⅲ. 연구개발결과
: 2D 젤 전기영동과 MALDI-TOF 분석을 통해 정상대조군 파골세포와 Atp6v0d2 유전자 적중 마우스 파골세포 세포막 단백질을 탐색함.
: 마이크로 gene chip 분석을 통해 정상대조군 파골세포와 Atp6v0d2 유전자 적중 마우스 파골세포에서의 유전자 발현 양상을 조사함.
: 위 두 가지 탐색법에서 공통적으로 정상대조군 파골세포보다 Atp6v0d2 유전자 적중 마우스 파골세포에서 발현양이 증가됨을 보인 Tmem64를 선별함.
: Tmem64의 파골세포 에서의 역할을 조사한 결과 파골세포 분화에는 영향을 주지 않지만 세포 융합에 의한 다핵 파골세포의 생성을 억제하는 인자로 작용함.
: Atp6v0d2와 결합하고 파골세포의 분화 과정동안 발현양이 증가되는 MDH1을 분리하고 파골세포 분화에서의 영향을 조사함. MDH1는 TRAP+ 파골세포의 분화를 증가시켜 주는 인자로 작용함.
: 현재 파골세포의 분화와 생성에 있어서 Tmem64와 MDH1의 역할이 밝혀진 적이 없음. 따라서 골대사의 중요한 한 축을 담당하는 파골세포를 조절하는 새로운 인자를 발굴함.
: Atp6v0d2 유전자 적중 마우스의 난소적출 (OVX) 마우스를 제작하여 pathological 한 조건 (난소적출에 의한 골다공증)에서의 Atp6v0d2 역할을 조사함. Atp6v0d2는 일반적인 생리 조건에서만 골대사 조절에 결정적인 역할을 한다는 것을 밝힘. Pathological 한 조건과 일반적인 생리 조건에서의 골대사 작용기전이 다름을 제시함.
Ⅳ. 연구개발결과의 활용계획
: 파골세포와 조골세포는 골대사의 항상성을 유지하기 위하여 엄격한 균형을 유지하고 있음. 그러나 이러한 균형이 깨어지면 심각한 골질환 (골다공증, 류마티스 관절염, 치주염 등)을 유발함.
: 본 연구를 통해 탐색된 골대사 조절 인자들에 의한 새로운 골대사 기작을 규명함으로써 골질환 치료제 개발에 대한 기초 지식을 제공.
: 본 연구의 결과로 골질환 치료제 및 보조제 또는 골생성 유도제 등의 개발에 파급효과를 줄 것으로 예상.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

I. Purpose and necessity
Purpose of this study
: The identification of control mechanism of osteoclasts and osteoblasts communication regulating bone metabolism.
: The establishment of molecular mechanism for development of therapeutic agents for treatment of bone diseases like as an osteoporosis, rheumatoid arthritis, and periodontitis.
Necessity of this study
: The bone metabolism is maintained by a balance between osteoclast and osteoblast.
: Until now, many studies for the osteoclast differentiation and formation regulated by osteoblast have been accomplished. However, the studies for osteoblast activity induced by osteoclast are still insufficient.
: The identification of molecular control mechanism for ability of bone formation contributed by osteoclast and osteoblast interactions is required.
: The establishment of the new molecular regulator for development of therapeutic agents on bone diseases is needed.
: As it becomes the aging society, the degenerative diseases like the osteoporosis is expected to cause the serious social problem .
II. Contents of this study
: The isolation and identification of osteoclast membrane proteins having bone regulating activity derived from Atp6v0d2 KO mice.
: The screening and functional verification of genes which show different expression level between WT and Atp6v0d2 KO osteoclast by micro-gene chip analysis.
: The study of in vivo bone metabolism by using ovariectomy (OVX)-induced osteoporosis mouse model.
: The identification of molecular mechanism for bone formation by osteoclast and osteoblast interaction.
: The new control mechanism for bone metabolism
: The establishment of mechanism for development of therapeutic agents on bone diseases.
III. Results of this study
: The screening of osteoclast membrane proteins derived from WT and Atp6v0d2 KO mouse by 2D gel electrophoresis and MALDI-TOF MS analysis.
: The investigation of gene expression patterns of osteoclast derived from WT and Atp6v0d2 KO mouse by micro gene chip analysis.
: The isolation of Tmem64 which the expression is more increased in Atp6v0d2 KO osteoclast than WT osteoclast on both analyses.
: Tmem64 did not affect to osteoclast differentiation, but decreased the formation of TRAP+ multinuclear osteoclast as inhibitory factor.
: MDH1 was induced during osteoclastogensis by treatment of RANKL and increased osteoclast differentiation as stimulatory factor.
: There are no published reports about functions of Tmem64 and MDH1 on osteoclastogenesis. Tmem64 and MDH1 are new factors that control osteoclast differentiation and maturation.
: The effect of Atp6v0d2 deficiency under OVX condition was investigated. Atp6v0d2 has a critical role in bone metabolism under normal physiological condition, it does not appear to control bone loss induced by pathological conditions, such as OVX. It is suggested that bone metabolism under pathological conditions may be regulated by distinct mechanisms than those governing normal conditions.
IV. Expected Contribution
: Bone homeostasis is maintained through the balanced action of osteoclasts and osteoblasts. If this balance was broken, bone-related diseases, such as osteoporosis, rheumatoid arthritis and periodontitis, are induced.
: The results of this study may provide the basis knowledge about development of new therapeutic agents on bone disease through the investigation of newly isolated factors.
: The results of this study are expected to take effect for developing therapeutic agents and bone-forming inducer on treatment of bone diseases.