Dikkopf-1 promotes matrix mineralization of osteoblasts by regulating Ca+ -CAMK2A-CREB axis

Abstract

Dickkopf-1 (DKK1) is a secreted protein that acts as an antagonist of canonical WNT/β-catenin pathway. However, the role of DKK1 on osteoblast differentiation has not yet been fully clarify. Here, we aimed to investigate the functional role of DKK1 on osteoblast differentiation. Primary osteoprogenitor cells were isolated from human spinal bone tissues. To examine the role of DKK1 in osteoblast differentiation, we manipulated the expression of DKK1. The cells were differentiated into mature osteoblasts with osteogenic conditional medium. DKK1 overexpression in osteoprogenitor cells exhibited the promoting matrix mineralization of osteoblast differentiation but not in matrix maturation. DKK1 increased calcium (Ca+) influx and activated Ca+/calmodulin-dependent protein kinase II Alpha (CAMK2A)-cAMP response element-binding protein (CREB) resulted in the translocation of p-CREB into the nucleus was increased. In contrast, stable DKK1 knockdown in SaOS2 cell line showed that reduced nuclear translocation of p-CREB and matrix mineralization. Overall, we suggest that manipulating DKK1 regulates the matrix mineralization by Ca+-CAMK2A-CREB and DKK1 is a crucial gene for bone mineralization of osteoblast. |Dikkopf-1 (DKK1)은 표준 WNT/β-catenin 경로의 길항제로 역할을 한 다. 표준 WNT/β-catenin 경로는 골모세포의 분화 및 골 형성 과정에 있어서 이를 촉진하는 역할을 한다고 알려져 있기 때문에 DKK1은 골모세포의 분화 에 부정적인 역할을 한다고 여겨져 왔다. 하지만, 골모세포의 분화 과정에서 DKK1의 역할은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 때문에 본 연구에서는 골모세 포의 분화 과정에서 DKK1의 기능적 역할에 대해 밝히고자 한다. 인체유래 뼈형성전구세포 (primary osteoprogenitor cells)는 비 염증성 척추질환을 가진 환자의 검체에서 분리하여 본 실험에 사용되었다. 우리는 뼈 형성전구세포의 분화에 DKK1의 역할에 대해 알아보기 위해 DKK1의 발현을 조작하여 연구를 수행하였다. DKK1의 발현을 조작한 후 골 분화 자극을 통해 성숙한 골모세포로의 분화를 유도하였다. 사람 유래 골모세포에서 DKK1의 과발현은 기질의 성숙이 아닌 기질의 광물화 만을 촉진하였다. DKK1은 칼슘 (Ca+ )의 유입을 증가시켰고 CAMK2A- cAMP response element-binding protein (CREB)을 활성화시켰다. 그 결과, 핵 내에 존재하는 p-CREB이 증가 하였다. 반대로 SaOS2 cell line으로 안정적으로 DKK1의 발현을 억제하였다. 그 결과 DKK1의 발현이 억제되면 기질의 성숙에는 변화가 없지만 기질의 광 물화가 감소하였고 핵 내의 존재하는 p-CREB이 감소하였다. 종합하자면 DKK1의 발현을 조작하면 Ca +-CAMK2A-CREB에 의해 기질 의 광물화가 조절된다. 따라서, DKK1이 골모세포의 기질 광물화 과정에서 중 요한 역할을 하는 유전자임을 제안한다