Ukr.Biochem.J. 2016; Том 88, № 6, листопад-грудень, c. 87-97

doi: https://doi.org/10.15407/ubj88.06.087

Створення оптимізованих препаратів морфогенних протеїнів кістки для регенерації кісткової тканини

10.01.2017   Без категорії   No comments

Х. В. Малишева1,2, И. М. Спасюк3, О. К. Павленко3,
Р. С. Стойка1, О. Г. Корчинський1,4

1Інститут біології клітини НАН України, Львів;
2Інститут біології тварин НААН України, Львів;
3Львівський національний університет імені Івана Франка, Україна;
4Центр інноваційних досліджень в галузі медицини та природничих наук,
медичний факультет, Жешувський університет, Польща;
e-mail: olexkor@hotmail.com

Корекція спадкових аномалій скелета, травми обширних ділянок кістки, переломи, що тривалий час не загоюються, вимагають ефективного відновлення кісткової тканини. Морфогенні протеїни кістки (МБК) – це сигнальні молекули, які відіграють важливу роль у формуванні та регенерації кісткової і хрящової тканин. Остеоіндуктивні властивості вже існуючих кістковопластичних матеріалів на основі гідроксіапатиту часто бувають непридатними для ефективної регенерації кісткової тканини, і тому зростають вимоги до нових матриксів, що містять МБК для високоефективної локальної регенерації кістки в дефектній ділянці. Метою цього дослідження була оптимізація in vitro остеоіндуктивних властивостей препаратів рекомбінантних МБК, які будуть використані на практиці для регенерації кісткової тканини. Рекомбінантні МБК були продуковані ембріональними клітинами нирок людини (НЕК293) після їх трансфекції або сумісної трансфекції плазмідами, що експресують МБК2 і МБК7 в різних співвідношеннях. Якість препаратів МБК підтверджена їхньою здатністю індукувати in vitro остеобластну диференціацію клітин лінії С2С12. Активність лужної фосфатази, що широко використовується як маркер остеобластної диференціації, вимірювали за допомогою спектрофотометра. Виявлено, що найефективнішим індуктором остеобластної диференціації був препарат рекомбінантного МБК, що утворюється за сумісної трансфекції плазмідами МБК2 і МБК7 у співвідношенні 85 до 15% відповідно. Цей результат, імовірно, пояснюється створенням найсприятливіших умов для формування МБК2/7 гетеродимерів. Під час зберігання заморожених препаратів МБК2/7 протягом 3 годин в ході експериментів або декількох тижнів в ході щоденної роботи вони практично не призводили до втрати їхніх остеоіндуктивних властивостей в порівнянні зі свіжовиділеними препаратами МБК2/7 і тому можуть успішно використовуватися у створенні високоефективних регенеративних кісткових матриксів.
Ключові слова: морфогенні протеїни кістки, регенерація кісткової тканини, остеогенез, мезенхімні стовбурові клітини миші, лужна фосфатаза.

Посилання:

  1. Chuva de Sousa Lopes SM, Feijen A, Korving J, Korchynskyi O, Larsson J, Karlsson S, ten Dijke P, Lyons KM, Goldschmeding R, Doevendans P, Mummery CL. Connective tissue growth factor expression and Smad signaling during mouse heart development and myocardial infarction. Dev Dyn. 2004 Nov;231(3):542-50. PubMed, CrossRef
  2. Urist MR. Bone: formation by autoinduction. Science. 1965 Nov 12;150(3698):893-9. PubMed, CrossRef
  3. Groeneveld EH, Burger EH. Bone morphogenetic proteins in human bone regeneration. Eur J Endocrinol. 2000 Jan;142(1):9-21. Review. PubMed, CrossRef
  4. Wang RN, Green J, Wang Z, Deng Y, Qiao M, Peabody M, Zhang Q, Ye J, Yan Z, Denduluri S, Idowu O, Li M, Shen C, Hu A, Haydon RC, Kang R, Mok J, Lee MJ, Luu HL, Shi LL. Bone Morphogenetic Protein (BMP) signaling in development and human diseases. Genes Dis. 2014 Sep;1(1):87-105. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Carreira AC, Alves GG, Zambuzzi WF, Sogayar MC, Granjeiro JM. Bone Morphogenetic Proteins: structure, biological function and therapeutic applications. Arch Biochem Biophys. 2014 Nov 1;561:64-73. Review. PubMed, CrossRef
  6. Harrison CA, Al-Musawi SL, Walton KL. Prodomains regulate the synthesis, extracellular localisation and activity of TGF-β superfamily ligands. Growth Factors. 2011 Oct;29(5):174-86. PubMed, CrossRef
  7. Heldin CH, Miyazono K, ten Dijke P. TGF-beta signalling from cell membrane to nucleus through SMAD proteins. Nature. 1997 Dec 4;390(6659):465-71. Review. PubMed, CrossRef
  8. de Caestecker M. The transforming growth factor-beta superfamily of receptors. Cytokine Growth Factor Rev. 2004 Feb;15(1):1-11. Review. PubMed, CrossRef
  9. Nohe A, Hassel S, Ehrlich M, Neubauer F, Sebald W, Henis YI, Knaus P. The mode of bone morphogenetic protein (BMP) receptor oligomerization determines different BMP-2 signaling pathways. J Biol Chem. 2002 Feb 15;277(7):5330-8. PubMed, CrossRef
  10. Horbelt D, Denkis A, Knaus P. A portrait of Transforming Growth Factor β superfamily signalling: Background matters. Int J Biochem Cell Biol. 2012 Mar;44(3):469-74. Review. PubMed, CrossRef
  11. Heldin CH, Moustakas A. Role of Smads in TGFβ signaling. Cell Tissue Res. 2012 Jan;347(1):21-36.  PubMed, CrossRef
  12. Aoki H, Fujii M, Imamura T, Yagi K, Takehara K, Kato M, Miyazono K. Synergistic effects of different bone morphogenetic protein type I receptors on alkaline phosphatase induction. J Cell Sci. 2001 Apr;114(Pt 8):1483-9. PubMed
  13. Bragdon B, Moseychuk O, Saldanha S, King D, Julian J, Nohe A. Bone morphogenetic proteins: a critical review. Cell Signal. 2011 Apr;23(4):609-20. Review. PubMed, CrossRef
  14. Gautschi OP, Frey SP, Zellweger R. Bone morphogenetic proteins in clinical applications. ANZ J Surg. 2007 Aug;77(8):626-31. Review. PubMed, CrossRef
  15. Bishop GB, Einhorn TA. Current and future clinical applications of bone morphogenetic proteins in orthopaedic trauma surgery. Int Orthop. 2007 Dec;31(6):721-7. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  16. Korchynskyi O, ten Dijke P. Identification and functional characterization of distinct critically important bone morphogenetic protein-specific response elements in the Id1 promoter. J Biol Chem. 2002 Feb 15;277(7):4883-91. PubMed, CrossRef
  17. van der Horst G, van Bezooijen RL, Deckers MM, Hoogendam J, Visser A, Löwik CW, Karperien M. Differentiation of murine preosteoblastic KS483 cells depends on autocrine bone morphogenetic protein signaling during all phases of osteoblast formation. Bone. 2002 Dec;31(6):661-9. PubMed, CrossRef
  18. Krause C, Korchynskyi O, de Rooij K, Weidauer SE, de Gorter DJ, van Bezooijen RL, Hatsell S, Economides AN, Mueller TD, Löwik CW, ten Dijke P. Distinct modes of inhibition by sclerostin on bone morphogenetic protein and Wnt signaling pathways. J Biol Chem. 2010 Dec 31;285(53):41614-26. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  19. Wrana JL, Attisano L, Wieser R, Ventura F, Massagué J. Mechanism of activation of the TGF-beta receptor. Nature. 1994 Aug 4;370(6488):341-7. PubMed, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.