골모세포에서 비타민 D3에 의해 유도되는 dickkopf-1의 역할

Abstract

배 경: 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25D3)는 비타민 D3의 활성 대사 산물로 골모세포를 활성화시킴으로써 뼈 형성과 유지 및 뼈 밀도를 증가시켜 골다공증 치료제로 가장 많이 사용되고 있다. 뼈 형성은 alkaline phosphatase (ALP) 증가, 콜라겐 생성, 그리고 무기질 침착 (mineralization)과 같은 순차적인 반응을 거쳐 이루어진다. 이러한 과정에서 Wnt/β-catenin 신호는 단계별 유지와 진행을 조절하는 역할을 하며, Wnt 신호의 길항제로 잘 알려진 dickkopf-1 (DKK1)과의 상호작용은 뼈 형성 과정에서 중요한 역할을 할 것으로 여겨진다. 나아가 1,25D3가 Wnt를 활성화시켜 골모세포 분화를 촉진할 가능성이 있다. 그러나 골모세포 분화 과정에서 Wnt/ β-catenin 신호의 길항제인 DKK1의 조절 기전과 그 역할에 관해서는 연구된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 골모세포에서 1,25D3에 의한 DKK1의 조절 기전과 골모세포 분화 과정에서 DKK1의 역할을 규명하고자 한다.

방 법: 무릎 수술을 통해 뼈 조직을 얻었고, 뼈 조직에서 인체유래 뼈형성전구세포 (primary osteoprogenitor cells)를 분리하여 실험에 사용하였다. 뼈형성전구세포에 ascorbic acid (AA), β-glycerophosphate (β) 및 dexamethasone (dex)과 함께 1,25D3를 처리하여 14 일 동안 골모세포로 분화하였다. 1,25D3에 의한 골모세포 분화능은 ALP 활성, alizarin red s (ARS)와 hydroxyapatite (HA) 염색, 면역블롯팅 (immunoblotting) 및 역전사-실시간중합효소연쇄반응 (reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction, RT-qPCR)으로 평가하였다. 또한 뼈형성전구세포에 AA를 3 일 동안 처리하여 골모세포로 분화시킨 후 1,25D3에 의해 조절되는 DKK1의 기전을 확인하였다. 루시퍼레이즈 분석, 면역 형광 염색, 면역블롯팅 및 역전사-실시간중합효소연쇄반응을 통해 분자 수준에서의 영향을 관찰하였다.

결 과: 골모세포 분화 과정에서 1,25D3의 자극은 골모세포 분화 지표인 ALP 활성, 칼슘 침착 및 HA 형성을 촉진하였고, 분화 7일에 CCAAT/enhancer-binding protein beta (C/EBPβ)와 DKK1의 발현이 유도되었다. 또한 뼈형성전구세포에서 AA 자극 후 1,25D3 처리에 의해 C/EBPβ와 DKK1의 발현이 현저하게 증가되었다. 두 유전자 사이의 관계를 증명하기 위해 C/EBPβ를 과발현하자 DKK1의 발현이 증가되었고, C/EBPβ의 발현 감소 (knockdown)를 유도하자 DKK1의 발현이 감소되었다. 또한 C/EBPβ가 1,25D3에 반응하여 DKK1의 발현을 조절한다는 것을 발견하였다. 나아가 골모세포 분화 과정에서 DKK1을 억제하자 ALP 활성 및 콜라겐 생성에는 영향을 미치지 않았으나 칼슘 및 무기질 침착은 감소되었다.

결 론: 골모세포에서 1,25D3 자극은 C/EBPβ의 증가에 이어 DKK1의 활성화를 통해 골모세포의 무기질 침착을 촉진하여 뼈 형성을 유도한다.