Развитие скелета: Возрастная анатомия опорно-двигательного аппарата
Возрастная анатомия опорно-двигательного аппарата
Рис. 7. Развитие костей туловища.
Рис. 8. Развитие и аномалии развития позвонков.
Рис. 9. Расщелина дуг позвонков на протяжении всех грудных позвонков.
Кости туловища по развитию относятся к вторичным костям. Они окостеневают энхондрально (рис. 7).
Развитие позвонков:
У зародыша закладывается 38 позвонков: 7 шейных, 13 грудных, 5 поясничных, 12-13 крестцовых и копчиковых (рис. 8).
13-й грудной превращается в 1-й поясничный, последний поясничный – в 1-й крестцовый, Идет редукция большинства копчиковых позвонков.
Каждый позвонок имеет первоначально три ядра окостенения: в теле и по одному в каждой половинке дуги.
Вторичные центры появляются по верхнему и нижнему краям тела позвонка у девочек в 6-8 лет, у мальчиков – в 7-9 лет. Они прирастают к телу позвонка в 20-25 лет.
Самостоятельные ядра окостенения образуются в отростках позвонков.
Аномалии развития позвонков (рис. 8, 9):
— Врожденные расщелины позвонков:
— Spina bifida — расщелина только дуг.
— Рахишизис – полная расщелина (тело и дуга).
— Клиновидные позвонки и полупозвонки.
— Платиспондилия – расширение тела позвонка в поперечнике.
— Брахиспондилия – уменьшение тела позвонка по высоте, уплощение и укорочение.
— Аномалии суставных отростков: аномалии положения, аномалии величины, аномалии сочленения, отсутствие суставных отростков.
— Спондилолиз – дефект в межсуставной части дуги позвонка.
— Врожденные синостозы: полный и частичный.
— Os odontoideum – неслияние зуба с телом осевого позвонка.
— Ассимиляция (окципитализация) атланта – слияние атланта с затылочной костью.
— Шейные ребра.
— Сакрализация – полное или частичное слияние последнего поясничного позвонка с крестцом.
— Люмбализация – наличие шестого поясничного позвонка (за счет мобилизации первого крестцового).
Рост и развитие костей
Развитие скелета
Большинство костей скелета проходит 3 стадии развития:
- перепончатую,
- хрящевую,
- костную.
1.
Скелет развивается из мезенхимы. На ранних стадиях скелет зародыша представлен хордой. С середины 1-ого месяца утробной жизни вокруг хорды появляется сгущение
мезенхимы, которое позднее превращается в позвоночный столб, замещая хорду.
2. Примерно в середине 2-ого месяца мезенхима превращается в гиалиновый хрящ, а скелет называется хрящевым.
3. С конца 2-ого начала 3-ого месяца хрящевой скелет начинает окостеневать. Хрящ разрушается, а на его месте развивается костная ткань. В каждой кости первоначально появляется один или несколько участков костной ткани, которые называются точками окостенения. Они разрастаются и заменяют собой хрящ. В данных
С
этого времени рост костей в длину прекращается.
Рост костей в толщину происходит путем отложения со стороны надкостницы новых слоев костного вещества и заканчивается так же к 20-25 годам.
Кости крыши черепа и кости лица, в отличие от других костей скелета в своем развитии проходят только 2 стадии — перепончатую и костную.
Развитие кости
Образование любой кости происходит за счет молодых соединительнотканных клеток мезенхимного происхождения — остеобластов, вырабатывающих межклеточное костное вещество, играющее главную опорную роль.
Соответственно 3-м стадиям развития скелета кости могут развиваться на почве соединительной или хрящевой ткани. Поэтому различают следующие виды окостенения (остеогенеза):
1.
Эндесмальное (внутри
связки) — происходит в соединительной ткани первичных, покровных костей. На
участке соединительной ткани, благодаря делению остеобластов появляются
островки костного вещества (точка окостенения).
2. Перихондральное (вокруг хряща) — происходит на наружной поверхности хрящевых зачатков кости при участии надхрящницы. Благодаря делению остеобластов надхрящницы, покрывающей хрящ снаружи, на его поверхности под надхрящницей откладывается костная ткань, которая постепенно замещает хрящевую и образует компактное костное вещество.
3.
Эндохондральное (внутри
хряща)- совершается внутри хрящевых зачатков при участии надхрящницы. Проникая
внутрь хряща вместе с сосудами, костеобразовательная ткань разрушает хрящ и
образует в центре островок костной ткани (точку окостенения). Эндохондральное
окостенение распространяется из центра к периферии и приводит к образованию
губчатого костного вещества.
Происходит не прямое превращение хряща в кость, а
его разрушение и замещение костной тканью.
Как меняется скелет современного человека: самые необычные факты
https://ria.ru/20200211/1564516096.html
Как меняется скелет современного человека: самые необычные факты
Как меняется скелет современного человека: самые необычные факты — РИА Новости, 11.02.2020
Как меняется скелет современного человека: самые необычные факты
Кости современных людей за последние тысячелетия стали менее плотными, выяснили ученые. Уменьшилась нижняя челюсть, что позволило произносить больше сложных… РИА Новости, 11.02.2020
2020-02-11T08:00
2020-02-11T08:00
2020-02-11T08:00
наука
сша
лондон
риа новости
казанский (приволжский) федеральный университет
открытия — риа наука
здоровье
потсдам
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.
img.ria.ru/images/07e4/02/07/1564416581_0:0:1280:720_1920x0_80_0_0_6eefbf7ca1be522c8bc781f7c83e5ab3.jpg
МОСКВА, 11 фев — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Кости современных людей за последние тысячелетия стали менее плотными, выяснили ученые. Уменьшилась нижняя челюсть, что позволило произносить больше сложных звуков. Зато относительно недавно человеческий скелет пополнился новой костью. Теперь у многих их 208, а не 207.Подпорка для коленаМиллионы лет назад, на заре становления человеческого вида, из колена исчезла за ненадобностью маленькая косточка — флабелла. В последнее время ее снова начали находить.Флабелла — одна из сесамовидных костей, располагающихся в сухожилиях. У животных она сформировалась примерно двести миллионов лет назад, чтобы придать прочности суставам, защитить сухожилие от повреждения при сильных нагрузках. Считается, что у человека эта кость повышает механическое сопротивление икроножной мышцы. Но зачем это нужно?Ученые из Имперского колледжа Лондона (Великобритания) проанализировали 66 научных работ начиная с 1875 года, содержащих сведения о флабелле.
Выяснилось, что она встречается в 36,8 процента случаев чаще у азиатов, жителей Океании и Южной Америки, а если брать в расчет половой признак, то предпочтительнее у мужчин. В целом в 2018 году эта кость распространена в человеческой популяции в 3,5 раза чаще, чем век назад — в 1918-м.Рост флабеллы обусловлен генетически, но вот ее окостенение у всех происходит в разном возрасте и, возможно, зависит от механических причин. Чаще ее встречают у людей после 70 лет, но она может проявиться уже у 12-летних.Обычно флабелла появляется в обеих коленях и служит причиной осложнений после хирургических операций по замене суставов. В имплантате ее присутствие не учитывают, и это вызывает боль при ходьбе. В итоге «лишнюю» кость приходится удалять.Замечено также, что у людей с флабеллой нередко встречаются некоторые нейропатические заболевания, а риск остеоартрита колена увеличивается в два раза. Но что причина, а что следствие, пока неясно.Цена оседлостиСкелет современного человека более легкий по сравнению со скелетом предковых форм.
Это выяснили ученые из Великобритании, США, Германии и Южной Африки. На этот счет существует специальный термин — «грацилизация». Он подразумевает уменьшение силы и массы костей по отношению к массе тела.О том, что современные люди более «грацильные», чем древние гоминиды, известно давно. Антропологи считали это результатом смены образа жизни, где физической активности стало гораздо меньше из-за автоматизации труда. Но насколько именно полегчали наши кости?Ученые проанализировали губчатую ткань костей верхних и нижних конечностей у нескольких вымерших гоминид, начиная с австралопитека, шимпанзе и современного человека. Им удалось показать увеличение грацильности от более древних к поздним представителям рода, но не плавное: кости неандертальцев и современных им разумных людей были почти такие же плотные, как кости древних homo.А вот нынешние люди отличаются меньшей плотностью костей даже по сравнению с прямыми предками, жившими во времена последнего оледенения 20 тысяч лет назад. Причем кости нижних конечностей подверглись грацилизации в большей степени.
Это подкрепляет гипотезу авторов работы о том, что причина анатомических изменений — оседлый образ жизни. Расплата за стройную фигуру — остеопороз костей.Челюсть отвалиласьРаньше считалось, что разнообразие человеческих языков не связано с анатомией. Однако международный коллектив ученых, включая представителей Казанского федерального университета, доказал обратное. По их мнению, губно-зубные звуки «ф» и «в» появились в речи после неолитической революции, примерно шесть тысяч лет назад, благодаря тому, что нижняя челюсть уменьшилась.Возникновению человеческой речи предшествовала длительная эволюция скелета и тела, ряд ключевых усовершенствований, таких как опущенная гортань. Все это позволило изобрести тысячи звуков, которые вылились в тысячи существующих языков. Однако, как предположил американский лингвист Чарльз Хоккет, звуки «ф» и «в» тогда отсутствовали. Люди, жившие охотой и собирательством, постоянно пережевывающие сырую растительную пищу, не могли их произносить из-за слишком массивной нижней челюсти и прикуса «зубы к зубам».
Расчеты показали, что губно-зубные звуки требуют на 30 процентов меньше мускульных усилий, если прикус позволяет верхней губе касаться нижних зубов. Ученые построили модель и выяснили, что шесть-восемь тысяч лет назад губно-зубные звуки встречались с вероятностью три процента среди примитивных индоевропейских языков, а среди современных — с вероятностью 76 процентов.Авторы работы полагают, что «инновационный» прикус начал распространяться в обществах, которые перешли на приготовление пищи.ПолегчалиВ статье 2010 года антрополог Кристина Шаффлер из Института биохимии и биологии Потсдамского университета (Германия) обратила внимание на то, что скелет современных детей становится менее прочным. Генетические причины исследовательница отвергла, так же как и недостаток питания. Остается одно объяснение — низкая физическая активность.Спустя несколько лет Шаффлер с коллегами повторила исследование, взяв для сравнения данные о больших группах школьников из Германии и России возрастом шесть-десять лет с 2000-го по 2010 год.
Ученые проанализировали рост, индекс массы тела и высчитали внешнюю прочность скелета, исходя из соотношения ширины плечевой кости и роста.Они заметили, что индекс массы тела у немецких школьников продолжает повышаться последние два десятилетия, а прочность скелета — снижаться. У российских школьников, которые больше двигаются, чаще ходят пешком, больше занимаются спортом, эти параметры несколько лучше. Однако у мальчиков прочность костей имеет тенденцию к ухудшению.Ученые предполагают, что хрупкость скелета и уменьшение костей плеча — это адаптация к сидячему образу жизни и увеличению жировой ткани в теле.Бегом от стрессаЕще один интересный факт о скелете: оказывается, он играет важную роль во время стресса. Перед лицом опасности мозг дает команду реагировать: убегать или защищаться. При этом повышается температура тела, увеличивается расход энергии, учащается сердцебиение. Все это происходит с помощью различных гормонов.Как показали ученые из США и Индии, в этом процессе участвует и гормон остеокальцин, вырабатываемый костными клетками остеобластами.
Специалисты проводили эксперименты на мышах, вызывая у них острый стресс в ответ на вынужденное заключение и удар током и замеряя уровень этого гормона. В среднем у подопытных животных в стрессе показатель вырос на 50 и 150 процентов соответственно. Авторы причислили его к гормонам фитнеса и высказали идею разработать на его основе лекарства от старения.
https://ria.ru/20190310/1551633228.html
сша
лондон
потсдам
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2020
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
сша, лондон, риа новости, казанский (приволжский) федеральный университет, открытия — риа наука, здоровье, потсдам, биология, генетика
МОСКВА, 11 фев — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Кости современных людей за последние тысячелетия стали менее плотными, выяснили ученые. Уменьшилась нижняя челюсть, что позволило произносить больше сложных звуков. Зато относительно недавно человеческий скелет пополнился новой костью. Теперь у многих их 208, а не 207.
Подпорка для колена
Миллионы лет назад, на заре становления человеческого вида, из колена исчезла за ненадобностью маленькая косточка — флабелла.
В последнее время ее снова начали находить.
Флабелла — одна из сесамовидных костей, располагающихся в сухожилиях. У животных она сформировалась примерно двести миллионов лет назад, чтобы придать прочности суставам, защитить сухожилие от повреждения при сильных нагрузках. Считается, что у человека эта кость повышает механическое сопротивление икроножной мышцы. Но зачем это нужно?
Ученые из Имперского колледжа Лондона (Великобритания) проанализировали 66 научных работ начиная с 1875 года, содержащих сведения о флабелле. Выяснилось, что она встречается в 36,8 процента случаев чаще у азиатов, жителей Океании и Южной Америки, а если брать в расчет половой признак, то предпочтительнее у мужчин. В целом в 2018 году эта кость распространена в человеческой популяции в 3,5 раза чаще, чем век назад — в 1918-м.Рост флабеллы обусловлен генетически, но вот ее окостенение у всех происходит в разном возрасте и, возможно, зависит от механических причин. Чаще ее встречают у людей после 70 лет, но она может проявиться уже у 12-летних.
Обычно флабелла появляется в обеих коленях и служит причиной осложнений после хирургических операций по замене суставов. В имплантате ее присутствие не учитывают, и это вызывает боль при ходьбе. В итоге «лишнюю» кость приходится удалять.
Замечено также, что у людей с флабеллой нередко встречаются некоторые нейропатические заболевания, а риск остеоартрита колена увеличивается в два раза. Но что причина, а что следствие, пока неясно.
Цена оседлости
Скелет современного человека более легкий по сравнению со скелетом предковых форм. Это выяснили ученые из Великобритании, США, Германии и Южной Африки. На этот счет существует специальный термин — «грацилизация». Он подразумевает уменьшение силы и массы костей по отношению к массе тела.О том, что современные люди более «грацильные», чем древние гоминиды, известно давно. Антропологи считали это результатом смены образа жизни, где физической активности стало гораздо меньше из-за автоматизации труда. Но насколько именно полегчали наши кости?
Ученые проанализировали губчатую ткань костей верхних и нижних конечностей у нескольких вымерших гоминид, начиная с австралопитека, шимпанзе и современного человека.
Им удалось показать увеличение грацильности от более древних к поздним представителям рода, но не плавное: кости неандертальцев и современных им разумных людей были почти такие же плотные, как кости древних homo.
А вот нынешние люди отличаются меньшей плотностью костей даже по сравнению с прямыми предками, жившими во времена последнего оледенения 20 тысяч лет назад. Причем кости нижних конечностей подверглись грацилизации в большей степени. Это подкрепляет гипотезу авторов работы о том, что причина анатомических изменений — оседлый образ жизни. Расплата за стройную фигуру — остеопороз костей.
Челюсть отвалилась
Раньше считалось, что разнообразие человеческих языков не связано с анатомией. Однако международный коллектив ученых, включая представителей Казанского федерального университета, доказал обратное. По их мнению, губно-зубные звуки «ф» и «в» появились в речи после неолитической революции, примерно шесть тысяч лет назад, благодаря тому, что нижняя челюсть уменьшилась.
Возникновению человеческой речи предшествовала длительная эволюция скелета и тела, ряд ключевых усовершенствований, таких как опущенная гортань. Все это позволило изобрести тысячи звуков, которые вылились в тысячи существующих языков. Однако, как предположил американский лингвист Чарльз Хоккет, звуки «ф» и «в» тогда отсутствовали. Люди, жившие охотой и собирательством, постоянно пережевывающие сырую растительную пищу, не могли их произносить из-за слишком массивной нижней челюсти и прикуса «зубы к зубам».
Расчеты показали, что губно-зубные звуки требуют на 30 процентов меньше мускульных усилий, если прикус позволяет верхней губе касаться нижних зубов. Ученые построили модель и выяснили, что шесть-восемь тысяч лет назад губно-зубные звуки встречались с вероятностью три процента среди примитивных индоевропейских языков, а среди современных — с вероятностью 76 процентов.
Авторы работы полагают, что «инновационный» прикус начал распространяться в обществах, которые перешли на приготовление пищи.
Полегчали
В статье 2010 года антрополог Кристина Шаффлер из Института биохимии и биологии Потсдамского университета (Германия) обратила внимание на то, что скелет современных детей становится менее прочным. Генетические причины исследовательница отвергла, так же как и недостаток питания. Остается одно объяснение — низкая физическая активность.
Спустя несколько лет Шаффлер с коллегами повторила исследование, взяв для сравнения данные о больших группах школьников из Германии и России возрастом шесть-десять лет с 2000-го по 2010 год. Ученые проанализировали рост, индекс массы тела и высчитали внешнюю прочность скелета, исходя из соотношения ширины плечевой кости и роста.Они заметили, что индекс массы тела у немецких школьников продолжает повышаться последние два десятилетия, а прочность скелета — снижаться. У российских школьников, которые больше двигаются, чаще ходят пешком, больше занимаются спортом, эти параметры несколько лучше. Однако у мальчиков прочность костей имеет тенденцию к ухудшению.
Ученые предполагают, что хрупкость скелета и уменьшение костей плеча — это адаптация к сидячему образу жизни и увеличению жировой ткани в теле.
10 марта 2019, 08:00НаукаНапечатал, вставил, пошел. Создан прорывной метод лечения сложных переломовБегом от стресса
Еще один интересный факт о скелете: оказывается, он играет важную роль во время стресса. Перед лицом опасности мозг дает команду реагировать: убегать или защищаться. При этом повышается температура тела, увеличивается расход энергии, учащается сердцебиение. Все это происходит с помощью различных гормонов.
Как показали ученые из США и Индии, в этом процессе участвует и гормон остеокальцин, вырабатываемый костными клетками остеобластами. Специалисты проводили эксперименты на мышах, вызывая у них острый стресс в ответ на вынужденное заключение и удар током и замеряя уровень этого гормона. В среднем у подопытных животных в стрессе показатель вырос на 50 и 150 процентов соответственно. Авторы причислили его к гормонам фитнеса и высказали идею разработать на его основе лекарства от старения.
Признаки остеопороза – причины и симптомы заболевания скелета
Причины и факторы риска
Костная ткань обновляется постоянно на протяжении всей жизни человека. Интенсивность этих процессов закономерно снижается с возрастом. Общий механизм развития остеопороза представляет собой преобладание процессов разрушения костной ткани над процессами костеобразования.3
Основные причины возникновения остеопороза представлены рядом заболеваний, состояний и сопутствующих условий:
- предшествующие переломы и частые падения;
- возраст старше 65 лет;
- женский пол;
- европеоидная раса;
- избыточная масса тела;
- отягощенная наследственность по остеопорозу;
- курение;
- недостаточное потребление кальция и дефицит витамина D;
- эндокринные нарушения;
- длительный прием некоторых лекарственных средств (например, глюкокортикостероидов).1,2
Некоторые из перечисленных факторов являются немодифицируемыми (неконтролируемыми).
Например, возраст, пол, раса и наследственность – это те причины остеопороза, которые неподвластны контролю. Другие же, наоборот, легко устранимы. К ним относятся курение, ожирение и нехватка кальция в организме.
Клиническая картина
Ранние симптомы развития остеопороза суставов и костей отсутствуют. Первым и единственным проявлением этого системного заболевания являются патологические переломы различной локализации. Это могут быть компрессионные переломы тел позвонков, переломы шейки бедра и костей предплечья, других трубчатых костей и ребер.
Переломы при остеопорозе могут возникать даже после минимального травмирующего воздействия. Например, кость может сломаться при падении с высоты собственного роста или ниже. В ряде случаев переломы появляются без предшествующей травматизации.
Диагностика
Диагноз остеопороза выставляется несколькими способами. Первый из них – наличие у пациентов старше 50 лет спонтанно возникшего типичного перелома, например, лучевой кости в нижней трети или шейки бедра.
Методы профилактики и лечения
Терапия остеопороза влияет на различные звенья механизма развития заболевания и направлена на:
- подавление разрушения кости;
- стимуляцию образования костной массы;
- снижение риска переломов.
1. Значение физических упражнений для формирования скелета и мышц
Скелет человека отличается особой надёжностью и прочностью. Строение костей позволяет им выдерживать очень большие нагрузки.
Формирование костной и мышечной систем происходит у детей и подростков до \(14\)–\(17\) лет.
Для правильного формирования скелета нужно, чтобы организм получал достаточное количество минеральных веществ, а также витамина D (который вырабатывается в коже под воздействием ультрафиолета солнечного света). При нехватке этого вещества у детей развивается заболевание — рахит. Кости становятся мягкими и могут искривляться даже под тяжестью тела.
Рис. \(1\). Рахит
Увеличение нагрузки на суставы (из-за ожирения, когда масса тела значительно превышает физиологическую норму) приводит к заболеваниям суставов. Из-за лишнего веса повышается давление на суставные поверхности костей ног, ухудшается кровоснабжение конечностей.
Рис. \(2\). Ожирение
Занятия физкультурой, спортом, трудовая деятельность способствуют формированию скелета. Это связано с тем, что развитие скелета и мышц тела взаимосвязаны (чем лучше развиты мышцы, тем прочнее кости скелета).
В местах прикрепления сухожилий мышц кости утолщаются, на них образуются шероховатости, бугорки.
Мышцы нуждаются в систематической тренировке. При регулярной физической работе, занятиях спортом в них поступает больше питательных веществ и кислорода (с током крови), мышечные волокна растут быстрее, мышечная масса увеличивается, и человек становится сильнее.
Рис. \(3\). Значение физической нагрузки
Мышечная работа также сопровождается изменениями в деятельности многих органов и систем органов: сердечно-сосудистой, дыхательной (увеличивается поступление кислорода к тканям, ускоряются биохимические реакции в клетках, активнее протекает обмен веществ). Физические упражнения улучшают работу всего организма, повышают устойчивость человека к болезням и негативным факторам окружающей среды.
Гиподинамия — это снижение нагрузки на мышцы и ограничение общей двигательной активности организма.
Источники:
Рис. 1. Рахит: https://image.
shutterstock.com/image-vector/normal-bones-versus-rickets-osteomalacia-600w-1049310371.jpg
Рис. 2. Ожирение: https://image.shutterstock.com/image-illustration/heart-disease-obesity-conceptual-image-600w-766452241.jpg
Рис. 3. Значение физической нагрузки: © ЯКласс
Лошади
Молодняк
Жеребенку для оптимального развития необходимы высококачественные протеины, которые он получает вначале с молоком матери, а впоследствии они должны поступать в организм жеребенка в специально составленном стартерном корме с незаменимыми аминокислотами. Карнитин поддерживает обмен веществ в молодом организме и, играя особую роль в углеводном и жировом обменах, оказывает, кроме того, положительное воздействие на развитие скелета.
Пожилые лошади
Стареющие лошади зачастую не в состоянии удерживать свой вес.
Это связано, как правило, с изношенностью зубов и проистекающими отсюда трудностями с пережевыванием корма в полном объеме, а также со снижением усвояемости питательных веществ. Поэтому для этой категории лошадей требуется калорийный корм с хорошо усвояемыми протеинами или, иначе говоря, целенаправленная добавка в их корм необходимых аминокислот во избежание ненужного обременения обмена веществ животного. Как правило, для этой группы лошадей рекомендуется стабилизация пищеварительной системы с помощью добавок специальных растительных экстрактов и эфирных масел (Spicemaster GH).
В преклонном возрасте у лошадей нередко возникают нарушения в ходе линьки и проблемы с повышенной чувствительностью кожи. В таких случаях помогают добавки цинк-метионина и биотина. Применение растительных полифенолов помогает при наличии артроза у животного. Если у лошади возникают проблемы с органами дыхания, рекомендуется применение добавок со специальными эфирными маслами (Lovit Breeze) с тем, чтобы облегчить дыхание и снизить кашель.
Лошади с нарушенным обменом веществ
К корму лошадей с нарушенным обменом веществ, с такими заболеваниями как метаболический синдром лошадей (МСЛ) или синдром Кушинга, предъявляются особенно высокие требования: он должен быть сбалансирован таким образом, чтобы привести нарушенный обмен веществ снова в норму, сдерживать связанные с ним воспалительные процессы и, кроме того, в корме должна быть учтена резистентность таких лошадей к инсулину. Здесь чрезвычайно важное значение имеет применение карнитина и растительных полифенолов.
Остеохондрома (костно-хрящевой экзостоз) — доброкачественный дефект нарушения развития кости, обычно в области эпифизарной пластинки роста. В основном локализуется первоначально в метафизах длинных костей конечностей, однако по мере роста скелета смещается в сторону диафиза, но может располагаться также в костях таза, рёбрах, позвонках, лопатке, суставных концах ключицы.
Наиболее часто встречающееся доброкачественное заболевание скелета, составляет около 20% всех первичных опухолей скелета. В основном обнаруживается у детей и подростков (наиболее часто во втором десятилетии жизни), рост остеохондромы прекращается ко времени созревания скелета, но иногда продолжается и после закрытия зоны роста. В 70% случаев солитарные остеохондромы выявляют у больных в возрасте моложе 30 лет. Остеохондрома развивается из метафизарной кортикальной пластинки и её ось направлена в сторону от ближайшего сустава. Остеохондроматоз (множественная экзостозная хондродисплазия) — наследственное заболевание, наследуется по аутосомно-доминантному типу, чаще у больных моложе 20 лет.
Клиническая картина. Симптомы зависят от локализации и размера экзостоза.
Рентгенологически — контуры подлежащей кортикальной и губчатой кости переходят непосредственно в контуры остеохондромы; хрящевая шапочка обычно рентгенопрозрачна, но иногда содержит очаги кальцификации; граница кальцификации в хрящевом покрытии и в теле остеохондромы чётко различима.
Патоморфология.
Макроскопия. Остеохондрома представляет собой губчатую кость с тонким кортикальным слоем, поверхность которой покрыта хрящом (обычно толщиной менее 1 см), напоминающим суставной; размеры образования от 2 до 12 см и более; может быть на ножке или с широким основанием прикрепления; хрящевое покрытие не отделено от подлежащей кости субхондральной замыкательной пластинкой.
Микроскопия. Хрящевое покрытие в виде гиалинового хряща с беспорядочно расположенными хондроцитами неравномерной величины, но без ядерного атипизма и двуядерных клеток. Хрящевая шапочка ограничена хорошо определяемым перихондрием, отделяющим её от прилежащих мягких тканей. В зрелой остеохондроме пожилых пациентов может отсутствовать хрящевая шапочка. В большинстве остеохондром толщина шапочки — 0,5–1,5 см; при толщине хрящевого покрытия более 2 см можно заподозрить наличие вторичной хондросаркомы.
Дифференциальная диагностика.
Паростальная костно-хрящевая пролиферация, паростальная остеосаркома, хондросаркома на почве озлокачествления остеохондромы.
Лечение. В большинстве случаев осуществляется наблюдение за патологическим очагом. Если появляется болевой синдром или развиваются выраженные деформации скелета, производится иссечение экзостоза у его основания с полным удалением хрящевой шапочки.
Исход благоприятный, при оперативном лечении перихондриум, покрывающий экзостоз, должен быть удалён, иначе возможен рецидив. Озлокачествление: солитарных форм — менее чем в 1% случаев, превращается в хондросаркому, фибросаркому. Особенно увеличен риск озлокачествления у больных с множественными остеохондромами. Озлокачествление вероятно при внезапном усилении роста экзостоза, увеличении его диаметра более 5 см, толщины хрящевого покрытия более 1 см.
Развитие скелета — обзор
Остеопения
Максимальное развитие скелета наблюдается у здоровых людей в возрасте 25 лет у женщин и в возрасте 30–35 лет у мужчин.
Костные изменения происходят при нормальном старении как у мужчин, так и у женщин. Эти изменения включают изменения в динамике популяций костных клеток, разобщение костных образований и резорбции, изменения костной архитектуры, накопление микротрещин и изменения минерализации и белкового матрикса. Старение также вызывает уменьшение массы скелета.Остеопения определяется как клинически значимая потеря костной массы. Помимо потери костной массы, остеопороз сопровождается болью в костях, деформацией позвоночника, потерей роста и увеличением частоты переломов. У здоровых мужчин содержание минералов в лучевой кости (BMC) уменьшается на 1% в год в возрасте от 30 до 87 лет, тогда как BMC позвонков уменьшается на 2,3% в год. Лечение карбонатом кальция и холекальциферолом в течение 3 лет не предотвращает снижения у пациентов с высоким базальным потреблением кальция с пищей (> 1100 мг / день).Кроме того, в возрасте от 35 до 70 лет прочность кортикальной кости при изгибе снижается на 15–20%, а прочность губчатого вещества кости при сжатии снижается примерно на 50%.
Кость становится все более хрупкой и ломается с меньшим количеством энергии.
Восприимчивость к клинически значимой остеопении зависит от многих переменных, включая генетику, статус питания, массу тела, физические упражнения и пиковую массу костной ткани. Гормональный дефицит, такой как гормон роста, может способствовать снижению пиковой массы костной ткани по сравнению с нормой. Диабет может быть дополнительным фактором риска развития остеопении.У крыс как старение, так и диабет 1-го типа приводят к повышенной коллаген-связанной флуоресценции в костях, показателю неферментативных поперечных связей, что коррелирует со снижением плотности костей, снижением остеокальцина в сыворотке и повышенной хрупкостью костей. Частично можно предотвратить прогрессирование остеопении в остеопороз, поддерживая хороший пищевой статус (белок, кальций, витамин D) и адекватную физическую активность.
Воздействие гонадных стероидов на кости может зависеть от пола. Во время развития метаболическая реакция костей на гормоны гонад становится гендерной зависимостью от андрогенов у мужчин и от эстрогенов у женщин.
Дефицит андрогенов вызывает остеопению у стареющих самцов крыс. Это можно исправить обработкой T, 5 α -дигидротестостероном или E 2 .
У старых крыс с удаленными яичниками обработка E 2 предотвращает потерю минерального содержания костной ткани позвоночника. Кальцитонин менее эффективен. Однако N-концевой человеческий ПТГ отдельно или в комбинации с E 2 или кальцитонином увеличивает BMC до фиктивных уровней и увеличивает механическую прочность. Это представляет особый интерес, поскольку лечение E 2 у женщин с овариэктомией увеличивает всасывание кальция в кишечнике независимо от 1,25-дигидроксивитамина D, предотвращает потерю BMC и увеличивает уровни кальцитонина в сыворотке.По крайней мере, одно крупное исследование показало, что минеральная плотность костной ткани у женщин в постменопаузе может поддерживаться замещением эстрогена на протяжении девятого десятилетия жизни.
Также эффективно лечение пероральным приемом кальция и витамина D.
Лечение 800 МЕ / день витамина D снизило частоту переломов в группе пациентов французского дома престарелых. Другие исследования с использованием 1,25-дигидроксивитамина D показали улучшение абсорбции кальция и BMC со значительным снижением частоты переломов.
Лечение первичной линии как для мужчин, так и для женщин с первичным остеопорозом — это добавка кальция и витамина D и терапия алендролатом.Другие одобренные методы лечения включают гонадные стероиды, если они недостаточны, и рекомбинантный ПТГ или кальцитонин.
Механизмы развития и восстановления костей
Амбрози, Т. Х., Лонгакер, М. Т. и Чан, К. К. Ф. Пересмотренный взгляд на биологию скелетных стволовых клеток. Фронт. Cell Dev. Биол. 7 , 189 (2019).
PubMed PubMed Central Google ученый
Murphy, M. P. et al. Роль скелетных стволовых клеток в восстановлении костных дефектов. J. Craniofac. Surg. 28 , 1136–1141 (2017).
PubMed PubMed Central Google ученый
Лонг, F. Построение крепких костей: молекулярная регуляция происхождения остеобластов. Нат. Rev. Mol. Cell Biol. 13 , 27–38 (2012).
CAS Google ученый
Бьянко П. и Роби П. Г. Скелетные стволовые клетки. Разработка 142 , 1023–1027 (2015).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Garnero, P., Sornay-Rendu, E., Chapuy, M.C. & Delmas, P.D. Повышенный метаболизм костной ткани у женщин в позднем постменопаузе является основным фактором, определяющим остеопороз. J. Bone Miner. Res. 11 , 337–349 (2009).
Google ученый
Soltanoff, C. S., Yang, S., Chen, W. & Li, Y. P. Сигнальные сети, которые контролируют предопределение клонов и дифференцировку костных клеток.
Крит. Преподобный Эукариот. Gene Expr. 19 , 1–46 (2009).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Комптон, Дж. Т. и Ли, Ф. Ю. Обзор текущих концепций: обзор функции остеоцитов и возрастающее значение склеростина. Дж.Костный сустав хирург. Являюсь. 96 , 1659–1668 (2014).
PubMed PubMed Central Google ученый
Van Bezooijen, R. L. et al. Склеростин является экспрессируемым остеоцитами негативным регулятором костеобразования, но не классическим антагонистом BMP. J. Exp. Med. 199 , 805–814 (2004).
PubMed PubMed Central Google ученый
Роблинг, А. Г. и др. Механическая стимуляция кости in vivo снижает экспрессию Sost / склеростина в остеоцитах. J. Biol. Chem. 283 , 5866–5875 (2008).
CAS PubMed Google ученый
Tatsumi, S. et al. Прицельная абляция остеоцитов вызывает остеопороз с нарушенной механотрансдукцией. Cell Metab. 5 , 464–475 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Jacome-Galarza, C. E., Lee, S. K., Lorenzo, J. A. & Aguila, H. L. Идентификация, характеристика и выделение общего предшественника остеокластов, макрофагов и дендритных клеток из костного мозга и периферии мыши. J. Bone Miner. Res. 28 , 1203–1213 (2013).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Kong, Y. Y. et al. OPGL является ключевым регулятором остеокластогенеза, развития лимфоцитов и органогенеза лимфатических узлов. Nature 397 , 315–323 (1999).
CAS PubMed Google ученый
Dougall, W. C. et al. RANK важен для развития остеокластов и лимфатических узлов.
генов. Dev. 13 , 2412–2424 (1999).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Сюй, Ф. и Тейтельбаум, С. Л. Остеокласты: новые идеи. Bone Res. 1 , 11–26 (2013).
CAS PubMed Central Google ученый
Meyers, C. et al. Гетеротопическая оссификация: всесторонний обзор. JBMR Plus 3 , e10172 (2019).
PubMed PubMed Central Google ученый
Даллас, С. Л., Се, Ю., Шифлетт, Л. А., Уэки, Ю. Мышиные Cre-модели для изучения заболеваний костей. Curr. Остеопорос. Отчет 16 , 466–477 (2018).
PubMed PubMed Central Google ученый
Pittenger, M. F. et al. Многолинейный потенциал мезенхимальных стволовых клеток взрослого человека. Наука 284 , 143–147 (1999).
Эта работа устанавливает потенциал МСК дифференцироваться в кости, хрящи и жир .
CAS PubMed Google ученый
Chen, Q. et al. Судьба мезенхимальных стволовых клеток: адипоцитов или остеобластов? Cell Death Differ. 23 , 1128–1139 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Friedenstein, A. J., Chailakhjan, R. K. & Lalykina, K. S. Развитие колоний фибробластов в однослойных культурах клеток костного мозга и селезенки морских свинок. Cell Prolif. 3 , 393–403 (1970).
CAS Google ученый
Фриденштейн А.Дж., Чайлахян Р.К., Герасимов Ю.В. Остеогенные стволовые клетки костного мозга: культивирование in vitro и трансплантация в диффузионных камерах. Cell Prolif. 20 , 263–272 (1987).
CAS Google ученый
Friedenstein, A. J. Остеогенные стволовые клетки в костном мозге. Костяной шахтер.Res. https://doi.org/10.1016/b978-0-444-81371-8.50012-1 (1990).
Артикул Google ученый
Wei, J. et al. Поглощение глюкозы и Runx2 взаимодействуют друг с другом, чтобы управлять дифференцировкой остеобластов и формированием кости. Ячейка 161 , 1576–1591 (2015).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Ван Т., Чжан Х.И Бикл, Д. Д. Остеогенная дифференцировка периостальных клеток во время заживления переломов. J. Cell Physiol. 232 , 913–921 (2017).
CAS PubMed Google ученый
Ackema, K. B. & Charité, J. Мезенхимальные стволовые клетки из разных органов характеризуются различными топографическими Hox-кодами. Stem Cell Dev. 17 , 979–991 (2008).
CAS Google ученый
Rux, D. R. et al. Регионально ограниченная функция Hox в мультипотентных мезенхимальных стволовых / стромальных клетках костного мозга взрослых. Dev. Ячейка 39 , 653–666 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Нельсон, Л. Т., Ракшит, С., Сан, Х. и Веллик, Д. М. Генерация и экспрессия аллеля, нацеленного на Hoxa11eGFP, у мышей. Dev. Дин. 237 , 3410–3416 (2008).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Swinehart, I. T., Schlientz, A. J., Quintanilla, C. A., Mortlock, D. P. & Wellik, D. M. Гены Hox11 необходимы для формирования регионального паттерна и интеграции мышц, сухожилий и костей. Разработка 140 , 4574–4582 (2013).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Pineault, K. M., Song, J. Y., Kozloff, K. M., Lucas, D. & Wellik, D. M. Hox11, экспрессирующие региональные скелетные стволовые клетки, являются предшественниками остеобластов, хондроцитов и адипоцитов на протяжении всей жизни. Нат. Commun. 10 , 3168 (2019).
PubMed PubMed Central Google ученый
Рукс Д. Р. и Веллик Д. М. Hox-гены в скелете взрослого человека: новые функции, выходящие за рамки эмбрионального развития. Dev. Дин. 246 , 310–317 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Chan, C. K. F. et al. Идентификация и спецификация скелетных стволовых клеток мыши. Ячейка 160 , 285–298 (2015). Работа является первой по выделению SSC у мышей, способность дифференцировки которых ограничивается костью, хрящом и костной стромой .
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Chan, C. K. F. et al. Идентификация скелетных стволовых клеток человека. Ячейка 175 , 43–56 (2018).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Sacchetti, B. et al. Самообновляющиеся остеопрогениторы в синусоидах костного мозга могут организовывать кроветворную микросреду. Cell 131 , 324–336 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Кассем М. и Бьянко П. Скелетные стволовые клетки в пространстве и времени. Ячейка 160 , 17–19 (2015).
CAS PubMed Google ученый
Бьянко П. Стволовые клетки и кости: историческая перспектива. Кость 70 , 2–9 (2015).
PubMed Google ученый
Ueno, H. & Weissman, I. L. Клональный анализ развития мышей показывает поликлональное происхождение кровяных островков желточного мешка. Dev. Ячейка 11 , 519–533 (2006).
CAS PubMed Google ученый
Worthley, D. L. et al. Gremlin 1 идентифицирует скелетные стволовые клетки с костным, хрящевым и ретикулярным стромальным потенциалом. Ячейка 160 , 269–284 (2015).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Чан, К. К. Ф.и другие. Клональный предшественник стромальных клеток костей, хрящей и кроветворных ниш. Proc. Natl Acad. Sci. США 110 , 12643–12648 (2013).
CAS PubMed Google ученый
Берендсен А. Д. и Олсен Б. Р. Развитие костей. Кость 80 , 14–18 (2015).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Marecic, O. et al. Идентификация и характеристика скелетного предшественника, вызванного травмой. Proc. Natl Acad. Sci. США 112 , 9920–9925 (2015).
CAS PubMed Google ученый
Tevlin, R. et al. Фармакологическое спасение ниш диабетических скелетных стволовых клеток. Sci. Transl Med. 9 , eaag2809 (2017).
PubMed PubMed Central Google ученый
Ransom, R.C. et al. Механореактивные стволовые клетки приобретают судьбу нервного гребня при регенерации челюсти. Природа 563 , 514–521 (2018).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Mizuhashi, K. et al. Зона покоя пластинки роста содержит уникальный класс скелетных стволовых клеток. Природа 563 , 254–258 (2018).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Debnath, S. et al. Открытие периостальных стволовых клеток, опосредующих образование внутримембранозной кости. Природа 562 , 133–139 (2018).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Jia, G. et al. Анализ одноклеточной RNA-seq и ATAC-seq переходных состояний сердечных клеток-предшественников и урегулирования клонов. Нат. Commun. 9 , 4877 (2018).
PubMed PubMed Central Google ученый
Бейкер, С., Роджерсон, К., Хейс, А., Шаррокс, А. и Рэттрей, М. Классификация клеток с помощью Scasat, инструмента анализа отдельных клеток ATAC-seq. Nucleic Acids Res. 47 , e10 (2019).
PubMed Google ученый
Ле Дуарин, Н. М. и Смит, Дж. Развитие периферической нервной системы от нервного гребня. Annu. Rev. Cell Biol. 4 , 375–404 (1988).
PubMed Google ученый
Лонг, Ф. и Орниц, Д. М. Развитие эндохондрального скелета. Cold Spring Harb Perspect. Биол. 5 , а008334 (2013).
PubMed PubMed Central Google ученый
Кроненберг, Х. М. Регуляция развития пластинки роста. Природа. 423 , 332–336 (2003).
CAS PubMed Google ученый
Маес, К. и Кроненберг, Х. М. Послеродовой рост кости: биология пластинки роста, формирование и ремоделирование кости. педиатрический. Кость https://doi.org/10.1016/B978-0-12-382040-2.10004-8 (2012).
Артикул Google ученый
Лефевр, Э. В. и Двир-Гинзберг, М. SOX9 и многие аспекты его регуляции в линии хондроцитов. Connect. Tissue Res. 58 , 2–14 (2017).
Google ученый
Ловелл-Бэдж, Р. Ранняя история генов Sox. Внутр. J. Biochem. Cell Biol. 42 , 378–380 (2010).
CAS PubMed Google ученый
Bi, W., Deng, J. M., Zhang, Z., Behringer, R. R. & De Crombrugghe, B. Sox9 требуется для образования хряща. Нат. Genet. 22 , 85–89 (1999).
CAS PubMed Google ученый
Akiyama, H., Chaboissier, M. C., Martin, J. F., Schedl, A. & De Crombrugghe, B. Фактор транскрипции Sox9 играет важную роль в последовательных этапах пути дифференцировки хондроцитов и необходим для экспрессии Sox5 и Sox6. Genes Dev. 16 , 2813–2828 (2002).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Генри, С. П., Лян, С., Акдемир, К. К. и Де Кромбругге, Б.Послеродовая роль Sox9 в хрящах. J. Bone Miner. Res. 27 , 2511–2525 (2012).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Schafer, A.J. et al. Кампомелическая дисплазия с изменением пола XY: различные фенотипы, возникающие в результате мутаций в одном гене. Ann. Акад. Sci. 785 , 137–149 (1996).
CAS PubMed Google ученый
Gentilin, B. et al. Фенотип пяти случаев пренатально диагностированной кампомелической дисплазии, несущей новые мутации гена SOX9. Ультразвуковой акушер. Гинеколь. 36 , 315–323 (2010).
CAS PubMed Google ученый
Комори Т. Регуляция развития костей и генов белка внеклеточного матрикса с помощью RUNX2. Cell Tissue Res. 339 , 189–195 (2010).
CAS PubMed Google ученый
Ducy, P., Zhang, R., Geoffroy, V., Ridall, A. L., Karsenty, G. Osf2 / Cbfa1: транскрипционный активатор дифференцировки остеобластов. Cell 89 , 747–754 (1997).
CAS PubMed Google ученый
Harada, H. et al. Изоформы Cbfa1 проявляют функциональные различия в дифференцировке остеобластов. J. Biol. Chem. 274 , 6972–6978 (1999).
CAS PubMed Google ученый
Komori, T. et al. Целенаправленное разрушение Cbfa1 приводит к полному отсутствию костеобразования из-за остановки созревания остеобластов. Cell 89 , 755–764 (1997). Эта работа устанавливает RUNX2 как важный фактор транскрипции для дифференцировки остеобластов .
CAS PubMed Google ученый
Otto, F. et al. Cbfa1, ген-кандидат для синдрома кледокраниальной дисплазии, необходим для дифференцировки остеобластов и развития костей. Cell 89 , 765–771 (1997).
CAS PubMed Google ученый
Inada, M. et al. Нарушение созревания хондроцитов у мышей с дефицитом Cbfa1. Dev. Дин. 214 , 279–290 (1999).
CAS PubMed Google ученый
Takarada, T. et al. Анализ развития скелета у мышей с нокаутом по остеобластам и хондроцитам, связанным с рант-связанным фактором транскрипции-2 (Runx2). J. Bone Miner. Res. 28 , 2064–2069 (2013).
CAS PubMed Google ученый
Maruyama, Z. et al. Runx2 определяет зрелость костей и скорость обмена в постнатальном развитии костей и участвует в потере костной массы при дефиците эстрогена. Dev. Дин. 236 , 1876–1890 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Синха, К. М. и Чжоу, X. Генетический и молекулярный контроль остерикса в формировании скелета. J. Cell Biochem. 114 , 975–984 (2013).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Карсенти, Г. Миниобзор: транскрипционный контроль дифференцировки остеобластов. Эндокринология 142 , 2731–2733 (2001).
CAS PubMed Google ученый
Накашима, К. и Де Кромбругге, Б. Транскрипционные механизмы в дифференцировке остеобластов и формировании костей. Trends Genet. 19 , 458–466 (2003).
CAS PubMed Google ученый
Nakashima, K. et al. Новый фактор транскрипции, содержащий цинковые пальцы, остерикс необходим для дифференцировки остеобластов и образования костей. Cell 108 , 17–29 (2002). Эта работа устанавливает временную координацию между активацией OSX и RUNX2 для дифференцировки остеобластов .
CAS PubMed Google ученый
Янг, X. и Карсенти, Г. Факторы транскрипции в кости: аспекты развития и патологические аспекты. Trends Mol. Med. 8 , 340–345 (2002).
CAS PubMed Google ученый
Zhou, X. et al. Многочисленные функции остерикса необходимы для роста костей и гомеостаза у постнатальных мышей. Proc. Natl Acad. Sci. США 107 , 12919–12924 (2010).
CAS PubMed Google ученый
Лю Т. М. и Ли Э. Х. Транскрипционные регуляторные каскады в Runx2-зависимом развитии костей. Tissue Eng. Часть B Ред. 19 , 254–263 (2013).
PubMed Google ученый
St-Arnaud, R. & Hekmatnejad, B.Комбинаторный контроль транскрипции ATF4-зависимого гена в остеобластах. Ann. Акад. Sci. 1237 , 11–18 (2011).
CAS PubMed Google ученый
Yang, X. et al. ATF4 является субстратом RSK2 и важным регулятором биологии остеобластов: значение синдрома Коффина-Лоури. Cell 117 , 387–398 (2004).
CAS PubMed Google ученый
Jing, D. et al. Роль микроРНК в ремоделировании костей. Внутр. J. Oral. Sci. 7 , 131–143 (2015).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Xiao, G. et al. Кооперативные взаимодействия между активирующим фактором транскрипции 4 и Runx2 / Cbfa1 стимулируют специфичную для остеобластов экспрессию гена остеокальцина. J. Biol. Chem. 280 , 30689–30696 (2005).
CAS PubMed Google ученый
Вагнер, Э. Ф. Функции AP1 (Fos / Jun) в развитии костей. Ann. Реум. Дис. 61 , ii40 – ii42 (2002).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Kenner, L. et al. Мыши, лишенные JunB, страдают остеопенией из-за клеточно-автономных остеобластов и дефектов остеокластов. J. Cell Biol. 164 , 613–623 (2004).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Zambotti, A., Makhluf, H., Shen, J. & Ducy, P. Характеристика специфичного для остеобласта энхансерного элемента в CBFA1. Ген 277 , 41497–41506 (2002).
CAS Google ученый
Jochum, W. et al. Повышенное образование костей и остеосклероз у мышей, сверхэкспрессирующих фактор транскрипции Fra-1. Нат. Med. 6 , 980–984 (2000).
CAS PubMed Google ученый
Bozec, A. et al. Fra-2 / AP-1 контролирует образование костей, регулируя дифференцировку остеобластов и выработку коллагена. J. Cell Biol. 190 , 1093–1106 (2010).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Nüsslein-volhard, C. & Wieschaus, E. Мутации, влияющие на количество сегментов и полярность у дрозофилы. Природа. 287 , 795–801 (1980).
PubMed Google ученый
МакМахон, А. П., Ингхэм, П. В. и Табин, К. Дж. 1 Роль в развитии и клиническое значение передачи сигналов Hedgehog. Curr. Верхний. Dev. Биол. 53 , 1–114 (2003).
CAS PubMed Google ученый
Окбина, П. Дж. Р. и Андерсон, К. В. Внутрилагеллярный транспорт, реснички и передача сигналов hedgehog млекопитающих: анализ в эмбриональных фибробластах мыши. Dev. Дин. 237 , 2030–2038 (2008).
PubMed PubMed Central Google ученый
Риддл, Р. Д., Джонсон, Р. Л., Лауфер, Э. и Табин, С. Ежик Соника опосредует поляризующую активность ZPA. Cell 75 , 1401–1416 (1993).
CAS PubMed Google ученый
Rohatgi, R., Milenkovic, L. & Scott, M. P. Patched1 регулирует передачу сигналов hedgehog в первичных ресничках. Наука. 317 , 372–376 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Corbit, K. C. et al. Позвоночные Сглаженные функции первичной реснички. Природа. 437 , 1018–1021 (2005).
CAS PubMed Google ученый
Тауэрс, М., Мейхуд, Р., Инь, Ю. и Тикл, К. Интеграция роста и спецификации в формирование рисунка пальцев крыла цыпленка. Nature 452 , 882–886 (2008).
CAS PubMed Google ученый
Chinnaiya, K., Tickle, C. & Towers, M. Sonic hedgehog-экспрессирующие клетки в развивающейся конечности измеряют время по внутренним часам клеточного цикла. Нат. Commun. 5 , 4230 (2014).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Wang, B., Fallon, J. F. & Beachy, P. A. Hedgehog-регулируемый процессинг Gli3 продуцирует передний / задний градиент репрессора в развивающейся конечности позвоночных. Ячейка 100 , 423–434 (2000).
CAS PubMed Google ученый
Mo, R. et al. Специфические и повторяющиеся функции генов цинковых пальцев Gli2 и Gli3 в формировании паттерна и развитии скелета. Разработка 124 , 113–123 (1997).
CAS PubMed Google ученый
Park, H. et al. Мутанты Gli1 мыши жизнеспособны, но имеют дефекты передачи сигналов SHH в сочетании с мутацией Gli2. Разработка 127 , 1593–1605 (2000).
CAS PubMed Google ученый
Hojo, H. et al. Белок Gli1 участвует в опосредованной hedgehog спецификации клона остеобластов во время эндохондральной оссификации. J. Biol. Chem. 287 , 17860–17869 (2012).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Amano, K., Densmore, M., Nishimura, R. & Lanske, B. Передача сигналов Indian hedgehog регулирует транскрипцию и экспрессию коллагена типа X посредством взаимодействий Runx2 / Smads. J. Biol. Chem. 289 , 24898–24910 (2014).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Jemtland, R., Divieti, P., Lee, K. & Segre, G. V. Hedgehog способствует дифференцировке первичных остеобластов и увеличивает экспрессию мРНК PTHrP и секрецию iPTHrP. Кость 32 , 611–620 (2003).
CAS PubMed Google ученый
Long, F. & Linsenmayer, T. F. Регулирование пролиферации хряща в зоне роста и дифференцировка надхрящницы. Разработка 125 , 1067–1073 (1998).
CAS PubMed Google ученый
Мак, К. К., Чен, М. Х., Дэй, Т. Ф., Чуанг, П. Т. и Ян, Ю. Передача сигналов Wnt / β-катенина по-разному взаимодействует с передачей сигналов Ihh при контроле формирования эндохондральной кости и синовиального сустава. Разработка 133 , 3695–3707 (2006).
CAS PubMed Google ученый
День, Т.Ф. и Янг, Ю. Пути передачи сигналов Wnt и hedgehog в развитии костей. J. Bone Joint Surg. Сер. Являюсь. 90 , 19–24 (2008).
Google ученый
Hojo, H. et al. Активаторы Hedgehog-Gli направляют остео-хондрогенную функцию костного морфогенетического белка на остеогенез в надхрящнице. J. Biol. Chem. 288 , 9924–9932 (2013).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Schroeter, E.H., Kisslinger, J. A. & Kopan, R. Передача сигналов Notch-1 требует индуцированного лигандом протеолитического высвобождения внутриклеточного домена. Nature 393 , 382–386 (1998).
CAS PubMed Google ученый
Zanotti, S. & Canalis, E. Notch, сигнализация и скелет. Endocr. Ред. 37 , 223–253 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Tu, X. et al. Физиологическая передача сигналов Notch поддерживает гомеостаз кости через RBPjk и Hey перед NFATc1. PLoS Genet. 8 , e1002577 (2012).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Hilton, M. J. et al. Передача сигналов Notch поддерживает мезенхимальных предшественников костного мозга путем подавления дифференцировки остеобластов. Нат. Med. 14 , 306–314 (2008).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Engin, F. et al. Диморфные эффекты передачи сигналов Notch в гомеостазе кости. Нат. Med. 14 , 299–305 (2008).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Canalis, E., Parker, K., Feng, J. Q. & Zanotti, S. Эффекты активации вырезки в скелете, специфичные для клонов остеобластов. Эндокринология 154 , 623–634 (2013).
CAS PubMed Google ученый
Zanotti, S. & Canalis, E. Экспрессия Notch2 и Notch3 в предшественниках остеобластов регулирует микроархитектуру бедренной кости. Кость 62 , 22–28 (2014).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Kim, J. B. et al. Костная регенерация регулируется передачей сигналов Wnt. J. Bone Miner. Res. 22 , 1913–1923 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Huelsken, J. & Birchmeier, W. Новые аспекты сигнальных путей Wnt у высших позвоночных. Curr. Opin. Genet. Dev. 11 , 547–553 (2001).
CAS PubMed Google ученый
Williams, B.O. & Insogna, K. L. Куда пошел Wnts: взрывающееся поле передачи сигналов Lrp5 и Lrp6 в кости. J. Bone Miner. Res. 24 , 171–178 (2009).
CAS PubMed Google ученый
Джойнер, Д. М., Кэ, Дж., Чжун, З., Сюй, Х. Э. и Уильямс, Б. О. LRP5 и LRP6 в развитии и болезни. Trends Endocrinol. Метаб. 24 , 31–39 (2013).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Барон Р. и Кнейссель М. Передача сигналов WNT в костном гомеостазе и заболеваниях: от человеческих мутаций до лечения. Нат. Med. 19 , 179–192 (2013).
CAS PubMed Google ученый
Boyden, L.M. et al. Высокая плотность костной ткани из-за мутации белка, связанного с рецепторами ЛПНП 5. N. Engl. J. Med. 346 , 1513–1521 (2002).
CAS PubMed Google ученый
Little, R. D. et al. Мутация в гене белка 5, связанного с рецептором ЛПНП, приводит к аутосомно-доминантному признаку высокой костной массы. г. J. Hum. Genet. 70 , 11–19 (2002).
CAS PubMed Google ученый
Houschyar, K. S. et al. Путь Wnt в восстановлении и регенерации костей — что нам известно на данный момент. Фронт. Cell Dev. Биол. 6 , 170 (2019).
PubMed PubMed Central Google ученый
Minear, S. et al. Белки Wnt способствуют регенерации костей. Sci. Transl Med. 2 , 29ra30 (2010).
PubMed Google ученый
Poole, K. E. S. et al. Склеростин — это продукт замедленной секреции остеоцитов, который препятствует образованию кости. FASEB J. 19 , 1842–1844 (2005).
CAS PubMed Google ученый
Ai, M., Holmen, SL, Van Hul, W., Williams, BO & Warman, ML Пониженное сродство к DKK1 и его ингибирование образуют общий механизм, с помощью которого миссенс-мутации, связанные с высокой костной массой, в LRP5 влияют на каноническую передачу сигналов Wnt. Мол. Cell Biol. 25 , 4946–4955 (2005).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Brunkow, M. E. et al. Склеростеоз дисплазии костей возникает в результате потери продукта гена SOST, нового белка, содержащего цистиновый узел. г. J. Hum. Genet. 68 , 577–589 (2001).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Holmen, S. L. et al. Снижение МПК и деформаций конечностей у мышей, несущих мутации как в Lrp5, так и в Lrp6. J. Bone Miner. Res. 19 , 2033–2040 (2004).
CAS PubMed Google ученый
Kubota, T. et al. Гипоморфная мутация Lrp6 влияет на костную массу через резорбцию кости у мышей и ухудшает взаимодействие с Mesd. J. Bone Miner. Res. 23 , 1661–1671 (2008).
CAS PubMed Google ученый
Лин, Г. Л. и Ханкенсон, К. Д. Интеграция путей передачи сигналов BMP, Wnt и notch в дифференцировку остеобластов. J. Cell Biochem. 112 , 3491–3501 (2011).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Wu, M., Chen, G. & Li, Y. P. Передача сигналов TGF-β и BMP в остеобластах, развитии скелета и формировании костей, гомеостазе и заболеваниях. Bone Res. 4 , 16009 (2016).
PubMed PubMed Central Google ученый
Итасаки, Н. и Хопплер, С. Перекрестные помехи между Wnt и передачей сигналов костного морфогенного белка: турбулентная взаимосвязь. Dev. Дин. 239 , 16–33 (2010).
CAS PubMed Google ученый
Luo, Q. et al. Фактор роста соединительной ткани (CTGF) регулируется Wnt и сигнальными костными морфогенетическими белками при дифференцировке остеобластов мезенхимальных стволовых клеток. J. Biol. Chem. 279 , 55958–55968 (2004).
CAS PubMed Google ученый
Si, W. et al. CCN1 / Cyr61 регулируется каноническим сигналом Wnt и играет важную роль в индуцированной Wnt3A дифференцировке остеобластов мезенхимальных стволовых клеток. Мол. Cell Biol. 26 , 2955–2964 (2006).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Боланд, Г. М., Перкинс, Г., Холл, Д. Дж. И Туан, Р. С. Wnt 3a способствует пролиферации и подавляет остеогенную дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток взрослого человека. J. Cell Biochem. 93 , 1210–1230 (2004).
CAS PubMed Google ученый
Chen, Y. et al. Путь передачи сигналов β-Catenin важен для костного морфогенетического белка 2, чтобы индуцировать образование новой кости. J. Biol. Chem. 282 , 526–533 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Zhang, M. et al. BMP-2 модулирует передачу сигналов β-катенина за счет стимуляции экспрессии Lrp5 и ингибирования экспрессии β-TrCP в остеобластах. J. Cell Biochem. 108 , 896–905 (2009).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Wrana, J. L. et al. TGFβ передает сигналы через рецепторный комплекс гетеромерной протеинкиназы. Cell 71 , 1003–1014 (1992).
CAS PubMed Google ученый
Schmierer, B. & Hill, C. S. Передача сигнала TGFbeta-SMAD: молекулярная специфичность и функциональная гибкость. Нат. Rev. Mol. Cell Biol. 8 , 970–982 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Салазар, В. С., Геймер, Л. В. и Розен, В. Передача сигналов BMP в развитии, заболевании и восстановлении скелета. Нат. Rev. Endocrinol. 12 , 203–221 (2016).
CAS PubMed Google ученый
Катагири Т. и Ватабе Т. Морфогенетические белки костей. Cold Spring Harb Perspect. Биол. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a021899 (2016).
Артикул PubMed PubMed Central Google ученый
Salazar, V. S. et al. Реактивация онтогенетического сигнального центра Bmp2 необходима для терапевтического контроля надкостничной ниши мышей. eLife https://doi.org/10.7554/eLife.42386 (2019).
Артикул PubMed PubMed Central Google ученый
Bandyopadhyay, A. et al. Генетический анализ роли BMP2, BMP4 и BMP7 в формировании паттерна конечностей и скелетогенезе. PLoS Genet. 2 , 2116–2130 (2006).
CAS Google ученый
Tsuji, K. et al. Активность BMP2, хотя и незаменима для образования кости, необходима для начала заживления перелома. Нат. Genet. 38 , 1424–1429 (2006). Эта работа демонстрирует роль повторяющейся передачи сигналов BMP для развития конечностей и заживления переломов конечностей. .
CAS PubMed Google ученый
Lim, J. et al. Двойная функция передачи сигналов Bmpr1a в ограничении пролиферации преостеобластов и стимуляции активности остеобластов у мышей. Разработка 143 , 339–347 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Fujii, M. et al. Роль рецепторов костных морфогенетических белков I типа и белков Smad в дифференцировке остеобластов и хондробластов. Мол. Биол. Ячейка 10 , 3801–3813 (1999).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Singhatanadgit, W. & Olsen, I. Эндогенная передача сигналов BMPR-IB необходима для ранней дифференцировки остеобластов костных клеток человека. Vitr. Cell Dev. Биол. Anim. 47 , 251–259 (2011).
CAS Google ученый
Yoshida, Y. et al. Отрицательная регуляция передачи сигналов BMP / Smad с помощью Tob в остеобластах. Ячейка 103 , 1085–1097 (2000).
CAS PubMed Google ученый
Zhang, Y. et al. Потеря передачи сигналов BMP через BMPR1A в остеобластах ведет к большему созреванию поперечных сшивок коллагена и механическим свойствам на уровне материала в трабекулярных компартментах бедренной кости мыши. Кость 88 , 74–84 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Джонсон Д. Э. и Уильямс Л. Т. Структурное и функциональное разнообразие в мультигенном семействе рецепторов FGF. Adv. Cancer Res. 60 , 1–41 (1992).
Google ученый
Ornitz, D. M. et al. Рецепторная специфичность семейства факторов роста фибробластов. J. Biol. Chem. 271 , 15292–15297 (1996).
CAS PubMed Google ученый
Орниц, Д. М. Передача сигналов FGF в развивающемся эндохондральном скелете. Фактор роста цитокинов. Ред. 16 , 205–213 (2005).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Montero, A. et al. Нарушение гена фактора роста фибробластов-2 приводит к снижению костной массы и образованию костей. J. Clin. Инвестировать. 105 , 1085–1093 (2000).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Zhou, M. et al. Фактор роста фибробластов 2 — контроль тонуса сосудов. Нат. Med. 4 , 201–207 (1998).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Crossley, P. H., Minowada, G., MacArthur, C. A. & Martin, G. R. Роли FGF8 в индукции, инициации и поддержании развития конечностей цыплят. Cell 84 , 127–136 (1996).
CAS PubMed Google ученый
Lewandoski, M., Sun, X. & Martin, G.R. Передача сигналов Fgf8 от AER важна для нормального развития конечностей. Нат. Genet. 26 , 460–463 (2000).
CAS PubMed Google ученый
Мартин, Г. Р. Роль FGF в раннем развитии конечностей позвоночных. Genes Dev. 12 , 1571–1586 (1998).
CAS PubMed Google ученый
Min, H. et al. Fgf-10 необходим для развития как конечностей, так и легких и обнаруживает поразительное функциональное сходство с Drosophilaless. Genes Dev. 12 , 3156–3161 (1998).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Ohuchi, H. et al. Мезенхимальный фактор, FGF10, инициирует и поддерживает рост зачатка куриной конечности посредством взаимодействия с FGF8, апикальным эктодермальным фактором. Разработка 124 , 2235–2244 (1997).
CAS PubMed Google ученый
Mahmood, R. et al. Роль FGF-8 в инициации и поддержании роста зачатков конечностей позвоночных. Curr. Биол. 5 , 797–806 (1995).
CAS PubMed Google ученый
Heikinheimo, M., Lawshé, A., Shackleford, G.M., Wilson, D. B. & MacArthur, C. A. Экспрессия Fgf-8 у мышей после гаструляции предполагает их роль в развитии лица, конечностей и центральной нервной системы. мех. Dev. 48 , 129–138 (1994).
CAS PubMed Google ученый
Lin, J. M. et al. Действие фактора роста фибробластов-8 на костные клетки in vitro. г. J. Physiol. Эндокринол. Метаб. 297 , E142 – E150 (2009).
CAS PubMed Google ученый
Ямагути Т. П., Конлон Р. А. и Россант Дж. Экспрессия рецептора фактора роста фибробластов FGFR-1 / flg во время гаструляции и сегментации в эмбрионе мыши. Dev. Биол. 152 , 75–88 (1992).
CAS PubMed Google ученый
Deng, C. et al. Рецептор-1 фактора роста фибробластов (FGFR-1) необходим для нормального развития нервной трубки и конечностей. Dev. Биол. 185 , 42–54 (1997).
CAS PubMed Google ученый
Jacob, A. L., Smith, C., Partanen, J. & Ornitz, D. M. Передача сигналов рецептора 1 фактора роста фибробластов в линии остеохондрогенных клеток регулирует последовательные стадии созревания остеобластов. Dev. Биол. 296 , 315–328 (2006).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Verheyden, J. M., Lewandoski, M., Deng, C., Harfe, B. D. и Sun, X. Условная инактивация Fgfr1 у мышей определяет его роль в формировании зачатков конечностей, их росте и формировании паттерна пальцев. Разработка 132 , 4235–4245 (2005).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Orr-Urtreger, A. et al. Локализация в развитии альтернативных вариантов сплайсинга рецептора-2 фактора роста фибробластов (FGFR2). Dev. Биол. 158 , 475–486 (1993).
CAS PubMed Google ученый
Li, X. et al. Передача сигналов фактора роста фибробластов и сборка базальной мембраны связаны во время эпителиального морфогенеза эмбриоидного тела. J. Cell Biol. 153 , 811–822 (2001).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Arman, E., Haffner-Krausz, R., Chen, Y., Heath, J. K. & Lonai, P. Целевое нарушение рецептора 2 фактора роста фибробластов (FGF) предполагает роль передачи сигналов FGF в прегаструляционном развитии млекопитающих. Proc. Natl Acad. Sci. USA 95 , 5082–5087 (1998).
CAS PubMed Google ученый
Xu, X. et al. Опосредованная рецептором 2 фактора роста фибробластов (FGFR2) петля реципрокной регуляции между FGF8 и FGF10 важна для индукции конечностей. Разработка 125 , 753–765 (1998).
CAS PubMed Google ученый
Wang, Y. et al. Аномалии развития хрящей и костей у мышей с синдромом Аперта FGFR2 (+ / S252W). Разработка 132 , 3537–3548 (2005).
CAS PubMed Google ученый
Claes, L., Recknagel, S. & Ignatius, A.Заживление переломов в здоровых и воспалительных условиях. Нат. Rev. Rheumatol. 8 , 133–143 (2012).
CAS PubMed Google ученый
Глинн А.Дж., Эндрю С.М., Фримонт А.Дж. и Марш Д.Р. Воспалительные клетки при нормальном заживлении переломов у человека. Acta Orthop. 65 , 462–466 (1994).
Google ученый
Боландер М. Э. Регулирование заживления переломов факторами роста. Exp. Биол. Med. 200 , 165–170 (1992).
CAS Google ученый
Croes, M. et al. Провоспалительные медиаторы усиливают остеогенез мезенхимальных стволовых клеток человека после фиксации клонов. PLoS ONE 10 , e0132781 (2015).
PubMed PubMed Central Google ученый
Lu, L. Y. et al. Провоспалительные макрофаги M1 способствуют остеогенезу мезенхимальными стволовыми клетками через путь ЦОГ-2-простагландин E2. J. Orthop. Res. 35 , 2378–2385 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Бернхардссон, М. и Аспенберг, П. Предшественники остеобластов и воспалительные клетки прибывают одновременно в места повреждения губчатой кости. Acta Orthop. 89 , 457–461 (2018).
PubMed PubMed Central Google ученый
Ono, T. et al. Клетки γδT, продуцирующие IL-17, усиливают регенерацию костей. Нат. Commun. 7 , 10928 (2016). Эта работа показывает, что присутствие провоспалительного цитокина IL-17 из ниши способствует возобновлению роста кости после травмы. .
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Гёрке, С. М., Обермейер, Дж., Плаха, Дж., Старк, Г. Б. и Финкенцеллер, Г. Эндотелиальные клетки-предшественники периферической крови поддерживают регенерацию костей, провоцируя ангиогенный ответ. Microvasc. Res. 98 , 40–47 (2015).
CAS PubMed Google ученый
Langen, U.H. et al. Сигналы клеточного матрикса определяют эндотелиальные клетки костей во время остеогенеза в процессе развития. Нат. Cell Biol. 19 , 189–201 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Кусумбе, А. П., Рамасами, С. К. и Адамс, Р. Х. Связь ангиогенеза и остеогенеза с помощью определенного подтипа сосудов в кости. Природа. 507 , 323–328 (2014).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Ramasamy, S.K., Kusumbe, A.P., Wang, L. & Adams, R.H. Активность эндотелиальной выемки способствует ангиогенезу и остеогенезу в кости. Природа. 507 , 376–380 (2014).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Cao, J. et al. Чувствительные нервы влияют на регенерацию кости при дистракционном остеогенезе нижней челюсти кролика. Внутр. J. Med. Sci. 16 , 831–837 (2019).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Jones, R.E. et al. Схема скелетных стволовых клеток-шванновских клеток в восстановлении нижней челюсти. Cell Rep. 28 , 2757–2766.e5 (2019).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Парк, Б. В., Ким, Дж. Р., Ли, Дж. Х. и Бьюн, Дж. Х. Экспрессия фактора роста нервов и фактора роста эндотелия сосудов в нижнем альвеолярном нерве после дистракционного остеогенеза. Внутр. J. Oral Maxillofac. Surg. 35 , 624–630 (2006).
PubMed Google ученый
Wang, L. et al. Фактор роста нервов, применяемый местно, усиливает консолидацию костей на кроличьей модели дистракционного остеогенеза нижней челюсти. J. Orthop. Res. 24 , 2238–2245 (2006).
CAS PubMed Google ученый
Эмара, К. М., Диаб, Р. А. и Эмара, А. К. Последние биологические тенденции в управлении несращением переломов. Мир J. Orthop. 6 , 623–628 (2015).
PubMed PubMed Central Google ученый
Пантели, М., Пунтос, И., Джонс, Э. и Джаннудис, П. В. Биологический и молекулярный профиль несращенной ткани при переломах: текущие исследования. J. Cell Mol. Med. 19 , 685–713 (2015).
PubMed PubMed Central Google ученый
Jones, A. L. et al. Рекомбинантный человеческий BMP-2 и аллотрансплантат в сравнении с аутогенным костным трансплантатом для реконструкции диафизарных переломов большеберцовой кости с корковыми дефектами: рандомизированное контролируемое исследование. J. Bone Joint Surg. Сер. Являюсь. 88 , 1431–1441 (2006).
Google ученый
Кавагути, Х.и другие. Местное применение рекомбинантного человеческого фактора роста фибробластов-2 при восстановлении костей: проспективное исследование с увеличением дозы на пациентах с остеотомией. J. Orthop. Res. 25 , 480–487 (2007).
CAS PubMed Google ученый
Бэбкок, С. и Келлам, Дж. Ф. Несращение перелома бедра: диагностика, лечение и особенности у пожилых пациентов. Adv. Ортоп. https: // doi.org / 10.1155 / 2018/12 (2018).
Артикул PubMed PubMed Central Google ученый
Атанелов З. и Бентли Т. П. Перелом по Гринстику. StatPearls (2018).
Kraft, C. T. et al. Гетеротопическое образование кости, вызванное травмой, и роль иммунной системы: обзор. J. Trauma. Acute Care Surg. 80 , 156–165 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Huang, H. et al. Связь между гетеротопической оссификацией и черепно-мозговой травмой: почему тяжелая черепно-мозговая травма увеличивает риск гетеротопической оссификации. J. Orthop. Перл 12 , 16–25 (2018).
Google ученый
Соркин М. и др. Регулирование гетеротопической оссификации моноцитами на мышиной модели аберрантного заживления ран. Нац Коммуна . https://doi.org/10.1038 / s41467-019-14172-4 (2020). Эта работа определяет активацию CD47 как терапевтический подход к образованию гетеротопической оссификации во время заживления ран. .
Agarwal, S. et al. Нарушение внеклеточных ловушек нейтрофилов (NET) связывает механическое напряжение с посттравматическим воспалением. Фронт. Иммунол. 10 , 2148 (2019).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Torossian, F. et al. Онкостатин М, происходящий из макрофагов, вносит вклад в нейрогенные гетеротопические оссификации человека и мыши. JCI Insight 2 , e96034 (2017).
PubMed Central Google ученый
Hwang, C. et al. Мезенхимальный VEGFA вызывает аберрантную дифференцировку при гетеротопической оссификации. Bone Res. 7 , 36 (2019).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Hsieh, H. H. S. et al. Координация регенерации тканей посредством инактивации и реактивации киназы 1, активированной трансформирующим фактором роста-β. Стволовые клетки 37 , 766–778 (2019).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Raggatt, L.J. et al. Заживление перелома через образование костной мозоли требует макрофагов как для инициации, так и для прогрессирования ранней эндохондральной оссификации. г. J. Pathol. 184 , 3192–3204 (2014).
CAS PubMed Google ученый
Agarwal, S. et al. Ингибирование Hif1α предотвращает как вызванную травмой, так и генетическую гетеротопическую оссификацию. Proc. Natl Acad. Sci. США 113 , E338 – E347 (2016).
CAS PubMed Google ученый
Agarwal, S. et al.Клетки линии склераксиса способствуют формированию эктопической кости в мышцах и сухожилиях. Стволовые клетки 35 , 705–710 (2017).
CAS PubMed Google ученый
Loder, S.J. et al. Характеристика популяций циркулирующих клеток при травматической гетеротопической оссификации. г. J. Pathol. 188 , 2464–2473 (2018).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Dey, D. et al. Две резидентные в тканях линии предков управляют разными фенотипами гетеротопической оссификации. Sci. Transl Med. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aaf1090 (2016).
Артикул PubMed PubMed Central Google ученый
Kan, C. et al. Меченные Gli1 взрослые мезенхимальные стволовые / предшественники клетки и передача сигналов hedgehog вносят вклад в эндохондральную гетеротопическую оссификацию. Кость 109 , 71–79 (2018).
CAS PubMed Google ученый
Eisner, C. et al. Резидентные в мышиной ткани фибро-адипогенные предшественники PDGFRα + спонтанно приобретают остеогенный фенотип в измененной воспалительной среде. J. Bone Miner. Res . (2020).
Agarwal, S. et al. Анализ популяций предшественников костей, хрящей и стромы в индуцированных травмами и генетических моделях гетеротопической оссификации. Стволовые клетки 34 , 1692–1701 (2016).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Agarwal, S. et al. Стратегическое нацеливание на несколько рецепторов BMP предотвращает вызванную травмой гетеротопическую оссификацию. Мол. Ther. 25 , 1974–1987 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Huber, A. K. et al. Иммобилизация после травмы изменяет судьбу внеклеточного матрикса и стволовых клеток. J. Clin. Инвестировать. https://doi.org/10.1172/JCI136142 (2020).
Артикул PubMed PubMed Central Google ученый
Stepien, D. M. et al. Настройка фенотипа макрофагов для уменьшения фиброза скелетных мышц. J. Immunol. 204 , 2203–2215 (2020).
CAS PubMed Google ученый
Петерсон, Дж. Р.и другие. Влияние старения на остеогенный ответ и гетеротопическую оссификацию после ожоговой травмы у мышей. Stem Cell Dev. 24 , 205–213 (2015).
CAS Google ученый
Ranganathan, K. et al. Роль пола в индуцированной ожогом гетеротопической оссификации и остеогенной дифференцировке мезенхимальных клеток. Пласт. Реконстр. Surg. 135 , 1631–1641 (2015).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Akiyama, H. et al. Остео-хондропрогениторные клетки происходят из предшественников, экспрессирующих Sox9. Proc. Natl Acad. Sci. США 102 , 14665–14670 (2005).
CAS PubMed Google ученый
Maes, C. et al. Предшественники остеобластов, но не зрелые остеобласты, перемещаются в развивающиеся и сломанные кости вместе с поражающимися кровеносными сосудами. Dev. Ячейка 19 , 329–344 (2010).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Greenbaum, A. et al. CXCL12 у ранних мезенхимальных предшественников необходим для поддержания гемопоэтических стволовых клеток. Природа. 495 , 227–230 (2013).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Xiong, J. et al. Остеоциты, а не остеобласты или выстилающие клетки, являются основным источником RANKL, необходимого для образования остеокластов при ремоделировании кости. PLoS ONE https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0138189 (2015).
Pineault, K. M. et al. Гены Hox11 регулируют постнатальный продольный рост кости и пролиферацию пластинок роста. Biol. Открыть 4 , 1538–1548 (2015).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Yu, V. W. C. et al. FIAT подавляет транскрипцию, опосредованную ATF4, чтобы регулировать костную массу трансгенных мышей. J. Cell Biol. 169 , 591–601 (2005).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Ambrogini, E. et al. Опосредованная FoxO защита остеобластов от окислительного стресса необходима для гомеостаза скелета у мышей. Cell Metab. 11 , 136–146 (2010).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Shimoyama, A. et al. Передача сигналов Ihh / Gli2 способствует дифференцировке остеобластов путем регулирования экспрессии и функции Runx2. Мол. Биол. Ячейка 18 , 2411–2418 (2007).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Li, J. et al. Супрессор слитного ограничения уровня активности ежа имеет решающее значение для остеогенной пролиферации и дифференцировки во время развития костей свода черепа. Дж.Биол. Chem. 292 , 15814–15825 (2017).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Funato, N. et al. Hand2 контролирует дифференцировку остеобластов в жаберной дуге путем ингибирования связывания ДНК Runx2. Разработка 136 , 615–625 (2009).
CAS PubMed Google ученый
Канцлер, Б., Kuschert, S.J., Liu, Y.H. и Mallo, M. Hoxa-2 ограничивает хондрогенный домен и ингибирует образование кости во время развития жаберной области. Разработка 125 , 2587–2597 (1998).
CAS PubMed Google ученый
Komori, T. Регулирование дифференцировки остеобластов с помощью runx2. Adv. Exp. Med. Биол. 658 , 43–49 (2010).
CAS PubMed Google ученый
Hong, J.H. et al. ТАЗ, транскрипционный модулятор дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток. Наука 309 , 1074–1078 (2005).
CAS PubMed Google ученый
Bialek, P. et al. Код поворота определяет начало дифференцировки остеобластов. Dev. Ячейка 6 , 423–435 (2004).
CAS PubMed Google ученый
Cancela, L., Hsieh, C. L. и Francke, U. P. P. Молекулярная структура, распределение хромосом и организация промотора гена белка Gla матрикса человека. J. Biol. Chem. 265 , 15040–15048 (1990).
CAS PubMed Google ученый
Карсенти, Г. и Парк, Р. В. Регулирование экспрессии генов коллагена I типа. Внутр. Rev. Immunol. 12 , 177–185 (1995).
CAS PubMed Google ученый
Pinzone, J. J. et al. Роль Dickkopf-1 в развитии костей, гомеостазе и заболеваниях. Кровь 113 , 517–525 (2009).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Kim, J. B. et al. Согласование роли FAK в дифференцировке остеобластов, ремоделировании остеокластов и регенерации кости. Кость 41 , 39–51 (2007).
CAS PubMed PubMed Central Google ученый
Li, X. et al. Склеростин связывается с LRP5 / 6 и противодействует канонической передаче сигналов Wnt. J. Biol. Chem. 280 , 19883–19887 (2005).
CAS PubMed Google ученый
Spop способствует развитию скелета и гомеостазу, положительно регулируя передачу сигналов Ihh
Значимость
Болезни скелета ложатся огромным бременем на пациентов и общество, но их генетическая основа остается плохо изученной.В этой статье мы идентифицируем белок POZ типа Speckle (Spop) в качестве регулятора развития скелета, потеря которого приводит к более коротким костям пальцев и более низкой плотности костей. Мы также показываем, что в отличие от нынешней догмы, утверждающей, что Spop является негативным регулятором передачи сигналов Hedgehog (Hh), Spop регулирует развитие скелета, способствуя передаче сигналов Indian Hedgehog (Ihh). Таким образом, наша работа представляет собой важный концептуальный прогресс в понимании передачи сигналов Ihh и развития скелета и предоставляет потенциальную новую цель для диагностики и вмешательства при заболеваниях костей, таких как остеопороз.
Abstract
Indian Hedgehog (Ihh) регулирует дифференцировку хондроцитов и остеобластов посредством факторов транскрипции гомологов онкогенов (Gli), ассоциированных с глиомой. Предыдущие исследования in vitro показали, что белок POZ типа Speckle (Spop), часть комплекса убиквитин-лигазы Cullin-3 (Cul3), нацелен на деградацию Gli2 и Gli3 и негативно регулирует передачу сигналов Hedgehog (Hh). В этом исследовании мы обнаружили дефекты дифференцировки хондроцитов и остеобластов у мышей с нулевым мутантом Spop .Поразительно, что как полноразмерная, так и репрессорная формы Gli3, но не Gli2, были активированы в мутантах Spop и генах-мишенях Ihh Patched 1 ( Ptch2 ) и пептиде, подобном паратироидному гормону ( Pthlh ). ) были подавлены, что указывает на нарушение передачи сигналов Hh. В соответствии с этим открытием, уменьшение дозировки Gli3 в значительной степени спасло мутантные дефекты скелета Spop . Мы также показываем, что Spop непосредственно нацелен на репрессор Gli3 для убиквитинирования и деградации.Наконец, мы демонстрируем на условном мутанте, что потеря Spop приводит к брахидактилии и остеопении, которые можно устранить, уменьшив дозировку Gli3. Таким образом, Spop является важным позитивным регулятором передачи сигналов Ihh и развития скелета.
Человеческий скелет обеспечивает необходимую механическую поддержку, подвижность и хранение минералов, критически важных для здоровья (1). В процессе развития большинство костей формируется за счет эндохондральной оссификации, при которой хондроциты в пластинке роста пролиферируют, подвергаются гипертрофической дифференцировке и секретируют кальцийсодержащий внеклеточный матрикс (2).Остеобласты в надхрящнице, тонком слое ткани, окружающей хрящ, заменяют умирающие хондроциты и секретируют больше костного матрикса. С другой стороны, остеокласты, происходящие из белых кровяных телец, проникают в костный матрикс и переваривают его. Баланс между активностью остеобластов и остеокластов обеспечивает гомеостатический контроль кальция и здоровье костей. При остеопении и остеопорозе, от которых страдают более 10 миллионов американцев, аномальное снижение активности остеобластов или повышение активности остеокластов приводит к потере костной массы (1, 3).К сожалению, нашему пониманию этих заболеваний костей препятствует неполное знание молекулярных механизмов, лежащих в основе развития и ремоделирования эндохондральных костей.
Indian Hedgehog (Ihh), член семейства сигнальных белков Hedgehog (Hh), необходим для развития эндохондральных костей (4). Ihh регулирует экспрессию генов через семейство факторов транскрипции Gli, которые действуют как активаторы транскрипции, так и репрессоры (5). В отсутствие Hh эффективный протеолитический процессинг превращает Gli3 в репрессор транскрипции (Gli3R), тогда как процессинг Gli2 довольно неэффективен (6–8).Hh ингибирует процессинг Gli и превращает полноразмерные белки Gli в активаторы транскрипции. И Gli2, и Gli3 играют важную роль в регуляции образования кости ниже Ihh (9⇓⇓-12).
Ihh поддерживает экспрессию пептида, подобного паратироидному гормону (Pthlh) (Mouse Genome Informatics) в околосуставной надхрящнице (13), что затем стимулирует пролиферацию и задерживает гипертрофическую дифференцировку хондроцитов, частично через Gli3R (14, 15) . Ihh также способствует пролиферации хондроцитов (13, 16) и гипертрофической дифференцировке посредством Pthlh-независимых механизмов (17).Кроме того, передача сигналов Ihh необходима в надхрящнице для дифференцировки остеобластов и образования кости (4, 12).
POZ-белок спекл-типа (Spop) представляет собой субъединицу распознавания субстрата убиквитин-лигазы Cullin-Ring E3, которая нацелена на Gli2 млекопитающих и полноразмерную форму Gli3 (Gli3FL) для убиквитинирования и деградации in vitro (18⇓⇓– 21). Гомолог Spop в Drosophila , известный как hib или rdx , также опосредует деградацию Ci, единственного члена семейства Gli у мух, и ингибирует передачу сигналов Hh (22, 23).Сверхэкспрессия Spop в Xenopus сходным образом снижает активацию пути Hh (24). Штамм мутантных мышей Spop был проанализирован ранее, но сообщалось о дефектах только эндокринной поджелудочной железы (25). Другой белок POZ типа Speckle, Spop-подобный (Spopl), проявляет подобную субстратную специфичность и сходную, хотя и несколько более слабую, активность убиквитинирования, как Spop (26). Его биологическая функция in vivo не изучена.
Здесь мы сообщаем, что потеря Spop , но не Spopl , нарушает гипертрофию хондроцитов и дифференцировку остеобластов у мышей, указывая на необходимость Spop-опосредованной деградации белка в развитии скелета мышей.Удивительно, но потеря Spop приводит к увеличению уровня Gli3R и снижению передачи сигналов Ihh. В соответствии с этим наблюдением in vivo, мы обнаружили, что сверхэкспрессия Spop нацелена как на Gli3FL, так и на Gli3R для убиквитинирования и деградации. Подтверждая роль повышенного Gli3R в мутантном фенотипе Spop , снижение дозировки Gli3 восстанавливает нормальную передачу сигналов Ihh и эндохондральную оссификацию. Наконец, мы показываем, что специфическая для мезенхимы конечностей потеря Spop приводит к более коротким дистальным костям конечностей и более низкой плотности костей у взрослых, что может быть спасено за счет снижения дозировки Gli3.
Результаты
Spop, но не Spopl, необходим для нормального развития скелета.
Чтобы определить потребность в Spop в разработке, мы охарактеризовали две линии мутантных мышей Spop (рис. S1 A ). Первый штамм, Spop tm1a (KOMP) Mbp или Spop lacZKI , содержал репортер бактериальной β-галактозидазы ( lacZ ) в третьем интроне Spop , предсказано, что она завершит транскрипцию Spop после третьего экзона.Удаление четвертого и пятого экзонов Spop во втором штамме, Spop ∆Ex , аналогичным образом усекало белок Spop после экзона 3 из-за сдвига рамки (рис. S1 A ). Оба аллеля, вероятно, были нулевыми, поскольку в предсказанных белковых продуктах отсутствовали полные домены POZ (Cul3-связывающий) и MATH (субстрат-связывающий) (рис. S1 A ). Мы подтвердили отсутствие белка Spop у гомозигот обоих мутантных аллелей с помощью иммуноблоттинга с использованием Spop-специфических антител (рис.S1 B ). Гомозиготные мутантные детеныши обеих линий умерли вскоре после рождения, аналогично предыдущему сообщению, что согласуется с предсказанием, что они оба, вероятно, нулевые (25) (рис. S1 C и D и таблицы S1 – S3). Поэтому для краткости мы называем оба мутантных аллеля Spop — .
Рис. S1.Мутанты Spop меньше своих однопометников на постнатальный день (P) 1. ( A ) Мутантные аллели Spop и предсказанные белковые продукты.( B ) Иммуноблоттинг эмбрионов E10.5 с антителами к Spop и β-тубулину. Звездочки, неспецифические полосы. ( C ) Вид сбоку мутантов Spop и однопометников WT на P0 и P1. ( D ) Количественный анализ массы тела мутантов Spop и контрольных детенышей на P0 (контроль, n = 24; мутантов Spop , n = 5) и P1 (контроль, n = 12; мутантов Spop , n = 8). Диаграмма представляет собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего; ** P <0.01; нс, P > 0,05 ( t тест).
Таблица S1.Число эмбрионов или детенышей, доживших до данной стадии от скрещивания между гетерозиготами ( Spop lacZKI / + × Spop lacZKI / + )
Таблица S2.Число эмбрионов или детенышей, доживших до данной стадии от скрещивания между гетерозиготами ( Spop flox / + × Spop flox / + )
Таблица S3.Число эмбрионов или детенышей, доживших до данной стадии от скрещивания между гетерозиготами ( Spop ΔEx / + × Spop ΔEx / + )
Репортер lacZ Spop в репортере Spop Аллель lacZKI позволил с большой чувствительностью выявить паттерн экспрессии Spop . Мы обнаружили, что, начиная с эмбрионального дня (E) 12.5, Spop-lacZ экспрессировался на высоком уровне в развивающемся эндохондральном скелете, включая длинные кости, реберный хрящ, ребра и позвонки (рис.1 A и рис. S2). Более пристальный взгляд выявил экспрессию lacZ в хондроцитах и надхрящнице, а также в окружающих мезенхимальных клетках, которые, возможно, являются мышечными предшественниками. Устойчивая экспрессия Spop также присутствовала в зачатке дермальных костей (Fig. 1 B ).
Рис. 1.Spop регулирует развитие скелета. ( A и B ) Окрашенные Xgal срезы эмбриона E14.5 Spop lacZKI / + , демонстрирующего экспрессию Spop-lacZ (синий) в хряще и надхрящнице передней конечности ( A ) и в развивающемся черепе ( B ).( C ) Автоподы E17.5, окрашенные альциановым синим и ализариновым красным. Стрелки, центры окостенения, уменьшенные у мутантов Spop . ( D ) Длина кальцинированной области на 3-й пястной и 3-й плюсневых костях. n ≥ 3 эмбрионов на генотип и стадию. * P <0,05 ( t тест).
Рис. S2.Репортер lacZ указывает на экспрессию Spop в скелетных тканях. ( A ) Вид сбоку окрашенного Xgal E10.5 Spop lacZKI / + эмбрион. ( A ′) Вид сбоку окрашенного Xgal E11.5 Spop lacZKI / lacZKI эмбриона. FL — зачаток передних конечностей; HL, зачаток задних конечностей. ( B ) Эмбрион, окрашенный Xgal E13.5 Spop lacZKI / + . ( C ) Эмбрион, окрашенный Xgal E16.5 Spop lacZKI / + . Вид спереди грудины, реберного хряща и ребер показан на C ′.
Сильная экспрессия Spop в развивающемся хряще побудила нас изучить эндохондральную оссификацию у мутантов Spop . Действительно, мы обнаружили задержку кальцификации в ребрах, позвонках и длинных костях у мутантов Spop на нескольких стадиях (Fig. S3 A — D ). В частности, кальцификация пястных костей и плюсневых костей была серьезно нарушена у мутантов Spop с более серьезными дефектами задних конечностей (рис.1 C и D ). Увеличенные роднички и фенестрированные дермальные кости у мутантов Spop предполагают, что внутримембранная оссификация также затрагивается в отсутствие Spop (Fig. S3 E и F ).
Рис. S3.Мутанты Spop обнаруживают широко распространенные дефекты скелета. ( A ) Центры окостенения уже очевидны в ребрах WT (наконечники стрелок) на E14.5, но все еще выглядят слабыми у мутантов Spop . ( B ) Центры окостенения появляются у WT, но не у мутанта Spop , позвонки (стрелки) на E15.5. ( C ) Центры окостенения намного меньше у мутантной локтевой кости, лучевой кости и лопатки Spop (стрелки), чем у однопометников дикого типа на ст. E14.5. ( D ) На ст. E17.5 центры окостенения в грудины мутанта Spop и мечевидный отросток не могут сформироваться по сравнению с однопометниками WT. Стрелки указывают на то, что центры окостенения не сформированы или значительно уменьшены у мутантов Spop . ( E и F ) Вид сверху черепов на E17.5 и P0 показывает фенестрированные дермальные кости и расширение родничков у мутантов Spop .AF — передний родничок; ПФ, задний родничок. n ≥ 3 эмбриона / детеныша на генотип были проанализированы для всех экспериментов.
Spopl имеет 85% идентичность последовательности с Spop и проявляет сходную, но более слабую активность убиквитинлигазы E3, чем Spop (26). Чтобы выяснить, играют ли Spop и Spopl повторяющиеся роли в развитии мышей, мы охарактеризовали мутанты Spopl и двойные мутанты Spop; Spopl . Гомозиготные мутанты Spopl были жизнеспособными и фертильными без видимых морфологических и скелетных дефектов, а двойные мутанты Spop; Spopl демонстрировали аналогичные дефекты скелета с мутантами Spop (рис.S4), указывая на то, что Spopl не компенсировал потерю Spop при разработке мыши.
Рис. S4.Утеря Spopl не приводит к явным дефектам скелета. ( A ) Схематическое изображение стратегии нокаута Spopl . Вся кодирующая последовательность Spopl была заменена кассетой селекции экспрессии lacZ -неомицина. Результирующий аллель Spopl tm1 (KOMP) Vlcg является нулевым аллелем и сокращенно обозначается как Spopl — .( B ) Окрашивание альциановым синим и ализариновым красным аутоподами конечностей E18.5. ( C ) Измерение длины пястной кости 3 ( D ) Отношение окостеневшей пястной кости 3 рассчитывали как длину его кальцифицированной области, деленную на общую длину. Ns, P > 0,05 ( t тест, n = 3 эмбриона на генотип).
Spop регулирует гипертрофическую дифференцировку хондроцитов.
Затем мы исследовали, являются ли дефекты окостенения у мутантов Spop результатом нарушения дифференцировки хондроцитов.Как мы и ожидали, первичный центр окостенения, фланкированный гипертрофическими хондроцитами, был намного уже в плечевой кости мутанта E15.5 Spop по сравнению с таковым у WT (Fig. 2 A и A ‘). Подобные, но более серьезные дефекты наблюдались в плюсневых костей E18.5 (Рис. 2 B и B ′). Чтобы лучше оценить гипертрофическую дифференцировку хондроцитов у мутантов Spop , мы исследовали экспрессию генов, специфичных для хондроцитов на различных стадиях дифференцировки в E13.5 плечевая кость. При переходе от пролиферации к гипертрофической дифференцировке хондроциты переключались с экспрессии Col2a1 на экспрессию Col10a1 (рис. 2 C и D ). Интересно, что домен Col2a1 — / Col10a1 + был значительно сокращен у мутантов Spop , что свидетельствует о дефектной гипертрофической дифференцировке (рис. 2 C ‘и D ‘). .Кроме того, два узких домена экспрессии Pth2r и Ihh в прегипертрофных хондроцитах, разделенных гипертрофическими зонами, были намного ближе друг к другу у мутантов Spop , что подтверждает дефекты гипертрофической дифференцировки (рис. 2 E — F ′).
Рис. 2.Потеря Spop нарушает гипертрофическую дифференцировку хондроцитов. ( A — B ′) Продольные срезы плечевой и плюсневой костей, окрашенные H и E 3.H — гипертрофическая зона; ОК, первичный центр окостенения; P — зона пролиферации. Стрелки, костяной воротник. ( C — G ‘) Гибридизация РНК in situ (фиолетовый) на продольных срезах плечевой кости E13.5. ( C — D ′) Гипертрофические хондроциты (скобка) экспрессируют Col10a1 , но не Col2a1 . ( E — F ′) Pth2r и Ihh экспрессируются в прегипертрофных хондроцитах (скобка). ( G и G ′) Pthlh экспрессируется в околосуставной надхрящнице.Ху, плечевая кость; Ul, ulna. Во всех экспериментах было проанализировано n ≥ 3 эмбрионов на генотип.
Spop способствует образованию костей и дифференцировке остеобластов.
Экспрессия Spop в надхрящнице, откуда происходят остеобласты (Fig. 1 A ), предполагает, что Spop может быть важным для образования кости и дифференцировки остеобластов. В самом деле, костная шейка, присутствующая в E18.5 WT плюсневой кости 3, отсутствовала у Spop мутантов (Fig. 2 B и B ‘).Анализ фон Косса подтвердил, что костная шейка аналогичным образом отсутствовала в области рядом с прегипертрофными хондроцитами плечевой кости мутанта Spop на E15.5 (Рис. 3 A и A ‘). Мы также обнаружили, что внутренний слой надхрящницы у мутантов Spop не смог должным образом дифференцироваться в кубовидные остеобласты и что надхрящница была толще, чем у контрольных однопометников (рис. 3 B и B ‘). Кроме того, маркеры Runx2 и Bmp2, для предшественников и зрелых остеобластов соответственно подавлялись в мутантных пястных костей Spop (рис.3 C — D ′). Следует отметить, что хондроциты в пястных костей не подвергались гипертрофической дифференцировке до E15.5, указывая тем самым, что отсутствие экспрессии Runx2 не было вторичным по отношению к дефектам гипертрофии хондроцитов. Точно так же экспрессия Bglap , также известного как Osteocalcin , маркера терминально дифференцированных остеобластов, была снижена у мутантов Spop (фиг. 3 E и E ‘). Наконец, мы использовали количественную ПЦР с обратной транскрипцией (qRT-PCR) для измерения уровней экспрессии Col1a1, , основного белка внеклеточного матрикса, продуцируемого остеобластами, и Sp7 / osterix , фактора транскрипции, необходимого для созревания остеобластов, и обнаружили, что оба гена были значительно подавлены на E13.5 в передних конечностях мутанта Spop (рис. 3 F ). Эти результаты предполагают, что Spop способствует формированию костей, вероятно, за счет клеточно-автономной дифференцировки остеобластов.
Рис. 3.Потеря Spop нарушает формирование кости и дифференциацию остеобластов. ( A и A ‘) Продольные срезы плечевой кости E15.5, окрашенные по Фон Коссе. ( Вложения ) Надхрящница (скобки) по предгипертрофной зоне. Ортотропный костный воротник (наконечники стрел) отсутствует у мутанта Spop .( B и B ‘) Окрашенные H и E срезы, показывающие перихондрий (между зелеными пунктирными линиями) рядом с прегипертрофной зоной проксимального отдела плечевой кости E15.5. Остеобласты кубовидной формы. H — гипертрофическая зона; P — зона пролиферации. ( C — E ‘) РНК гибридизация in situ Runx2 , Bmp2 и Bglap . ( F — H ) qRT-PCR анализы Col1a1, Sp7, Acp5 и Ctsk в Spop -null ( F и G ), Spop cKO ( H ) и контрольные образцы.* P <0,05; нс, P > 0,05 ( t тест). Во всех экспериментах было проанализировано n ≥ 3 эмбрионов на генотип.
Снижение передачи сигналов Ihh и накопления Gli3R у мутантов Spop.
Предыдущие исследования in vitro показали, что Spop ингибирует передачу сигналов Hh путем нацеливания на Gli2 и Gli3FL для деградации (18-21, 23). Чтобы проверить, влияет ли на передачу сигналов Ihh потеря Spop , мы исследовали экспрессию Patched 1 ( Ptch2 ), прямой транскрипционной мишени Ihh, в E13.5 передних конечностей. Интересно, что мы обнаружили значительное снижение экспрессии Ptch2 в мутантных передних конечностях E13.5 Spop посредством qRT-PCR, указывая на неожиданную положительную роль Spop в передаче сигналов Ihh (Fig. 4 A ). Более того, гибридизация РНК in situ с зондом Ptch2 (рис. 4 B ) и репортером Ptch2-lacZ (рис. S5 A — B ‘) показала снижение экспрессии Ptch2 в хондроцитах и надхрящнице мутантов Spop , это указывает на то, что Spop регулирует образование кости, способствуя передаче сигналов Ihh.Напротив, экспрессия Ptch2-lacZ в задней части зачатков конечностей мутанта E12.5 Spop была неотличима от таковой у однопометников (рис. S5, C и C ‘), что указывает на потерю Spop. не оказывает очевидного влияния на передачу сигналов Sonic Hedgehog из зоны поляризующей активности. В соответствии со снижением передачи сигналов Ihh, qRT-PCR выявила, что экспрессия Pthlh , другого гена-мишени передачи сигналов Ihh, также была значительно снижена (рис.4 A ), хотя это умеренное снижение не было очевидным при гибридизации РНК in situ (рис. 2 G и G ‘). Эти результаты подтверждают, что Spop способствует эндохондральному окостенению за счет позитивной регуляции передачи сигналов Ihh.
Рис. 4.Увеличение репрессора Gli3 и нарушение передачи сигналов Ihh у мутантов Spop . ( A ) QRT-PCR анализ Ptch2 и Pthlh в передних конечностях E13.5. ( B ) РНК гибридизация in situ Ptch2 на E13.5 отделов передних конечностей. ( C ) Иммуноблоты передних конечностей E13.5 с антителами к Gli2, Gli3 и β-тубулину. * P <0,05; нс, P > 0,05 ( t тест). ( D ) Иммуноблоты Spop, Gli3 и Gli3 1-700 с Myc-GFP в качестве контроля трансфекции. *, неспецифическая полоса. ( E ) Анализ убиквитинирования in vivo Gli3 и Gli3 1-700 . Клетки HEK 293T обрабатывали MG132 в течение 8 часов перед иммунопреципитацией (IP) и иммуноблоттингом.*, неспецифическая полоса. ( A — C ) Было проанализировано n = 3 эмбриона на каждый генотип. ( D и E ) n = 3 независимых эксперимента.
Рис. S5.Потеря Spop нарушает экспрессию Ptch2 в скелете. ( A и A ‘) Окрашенные Xgal передние конечности E14.5, демонстрирующие экспрессию Ptch2 в костях и хрящах. ( B и B ′) Срезы окрашенного Xgal E14.5 задних конечностей, демонстрирующие экспрессию Ptch2 в плюсневых костей. ( C и C ‘) Xgal-окрашенные эмбрионы E12.5, демонстрирующие экспрессию Ptch2 в задней части зачатков конечностей. Стрелки указывают переднюю границу домена экспрессии lacZ в зачатках конечностей. FL, передняя конечность; HL, задние конечности.
Чтобы понять молекулярную основу этой положительной роли Spop в передаче сигналов Ihh, мы исследовали уровни Gli2 и Gli3 в E13.5 передних конечностях с помощью анализа иммуноблоттинга.Несмотря на предыдущие данные in vitro, указывающие на важную роль Spop в деградации Gli2 (18⇓⇓-21, 23), уровень Gli2 существенно не изменялся у мутантов Spop (Fig. 4 C ). Напротив, уровни как Gli3FL, так и Gli3R в передних конечностях мутанта Spop были более чем в два раза выше, чем у WT (Fig. 4 C ). Поскольку известно, что Gli3R противодействует передаче сигналов Ihh при эндохондральной оссификации (10), мы заключаем, что Spop способствует передаче сигналов Ihh в развитии скелета путем подавления Gli3R.
Поскольку уровни как Gli3FL, так и Gli3R были выше у мутантов Spop , возможно, что Spop нацелился исключительно на Gli3FL, который, в свою очередь, генерировал Gli3R посредством протеолитического процессинга. Альтернативно, поскольку предыдущие исследования показали взаимодействие между Spop и N концом Gli3 (19, 20), Spop может взаимодействовать и напрямую нацеливаться на Gli3R для деградации. Чтобы проверить последнюю возможность, мы сначала исследовали физическое взаимодействие между Spop и Gli3 1-700 , усеченной формой, имитирующей Gli3R, путем коэкспрессии FLAG-Spop с GFP-тегированным Gli3, Gli3 1-700 и Gli2, соответственно. и иммунопреципитирующий FLAG-Spop.Мы обнаружили, что, подобно Gli3 и Gli2, Gli3 1-700 соосаждался со Spop (рис. S6 B ). В качестве отрицательного контроля Gli2 5m , вариант Gli2 с мутантными мотивами связывания Spop, не соосаждался со Spop (19) (рис. S6 B ). Обратная иммунопреципитация подтвердила, что GFP-Spop соосаждался с помеченными FLAG Gli3 и Gli3 1-700 (фиг. S6 C ). Впоследствии мы проверили способность Spop снижать уровень Gli3R в культивируемых клетках.Мы обнаружили, что совместная экспрессия Spop в клетках HEK 293T снижает уровни как Gli3, так и Gli3 1-700 (фиг. 4 D и фиг. S6 A ). Наконец, мы обнаружили, что сверхэкспрессия Spop способствует убиквитинированию как Gli3, так и Gli3 1-700 в клетках HEK 293T (фиг. 4 E и фиг. S6 D ). Эти результаты показали, что Gli3R был прямой мишенью для Spop и что увеличение Gli3R у мутантов Spop было, по меньшей мере, частично результатом отсутствия Spop-опосредованной деградации.
Рис. S6.Spop вызывает убиквитинирование и деградацию Gli3 1-700 . ( A ) Клетки HEK 293T трансфицировали указанными конструкциями, голодали по сыворотке в течение 48 часов и подвергали иммуноблоттингу. Myc-GFP использовали в качестве контроля трансфекции. Показана количественная оценка уровня Gli3 (среднее значение ± стандартная ошибка среднего, n = 3 независимых эксперимента, нормализованные по Myc-GFP). Сверхэкспрессия одного только Spop запускает деградацию Gli3, вероятно, за счет взаимодействия с эндогенным Cul3.( B ) Клетки HEK 293T, трансфицированные указанными конструкциями, подвергали иммунопреципитации Spop антителом FLAG и последующим иммуноблот-анализам. Загрузка дорожки 4 составляла половину других дорожек во всех трех иммуноблотах, чтобы гарантировать справедливое сравнение дорожек 3 и 4. ( C ) Как и в случае B , но Gli3 или Gli3 с меткой FLAG 1-700 был иммунопреципитирован. ( D ) Клетки HEK 293T трансфицировали указанными конструкциями и обрабатывали MG132 в течение 8 часов перед сбором.Затем FLAG-Gli3 и Gli3 1-700 подвергали иммунопреципитации и проводили иммуноблот-анализ. Показаны репрезентативные результаты из n ≥ 3 независимых экспериментов.
Увеличение количества Gli3R лежит в основе дефектов окостенения у
мутантов Spop .Чтобы проверить гипотезу о том, что повышение уровня Gli3R и снижение передачи сигналов Ihh лежат в основе дефектов скелета у нулевых мутантов Spop , мы генерировали Spop — / — ; Gli3 + / — двойных мутантов, у которых Gli3FL и Gli3R были восстановлены до уровня, близкого к WT (рис.5 А ). Важно отметить, что как эндохондральная оссификация, так и гипертрофия хондроцитов были восстановлены в пястных и плюсневых костях в Spop — / — ; Gli3 +/− двойных мутантов (Рис.5 B и ).
Рис. 5.Повышенный репрессор Gli3 лежит в основе дефектов окостенения мутантов Spop . ( A ) Иммуноблоттинг Gli3 и β-тубулина на пястных костей E17.5. ( B ) Автоподы постнатального дня 0 (P0), окрашенные альциановым синим и ализариновым красным.Стрелки — центры окостенения. ( C ) H & E-окрашенные E17.5 пястные кости 3. Брекеты, гипертрофическая зона. Было проанализировано n = 3 эмбриона на каждый генотип.
В соответствии с нашим наблюдением, что уровни Gli3, но не Gli2, были изменены в конечностях мутанта Spop , двойные гомозиготные мутанты Spop; Gli2 демонстрировали дефекты оссификации (рис. S7, A ), нарушение отложения костного матрикса. (Рис. S7 B ), так и гипертрофическая дифференциация (Рис.S7 C ) в костях пальцев на E17.5, аналогично одиночным мутантам Spop . Напротив, потеря Spop не повлияла ни на формирование пальцев, ни на окостенение пястных и плюсневых костей в отсутствие Gli3 (Рис. S7 D ). Кальцификация (рис. S7 E ) и гипертрофическая дифференцировка (рис. S7 F ) также были сопоставимы у двойных гомозиготных мутантов Spop; Gli3 и Gli3 мутантов. Эти результаты подтверждают, что Spop регулирует развитие эндохондральных костей главным образом посредством Gli3, но не Gli2.
Рис. S7.Spop регулирует развитие скелета через Gli3, но не через Gli2. ( A и D ) Автоподы E17.5, окрашенные альциановым синим и ализариновым красным. Стрелки — центры окостенения. ( B и E ) Пятна 3, окрашенные по Фон Коссе (E17.5). ( C и F ), окрашенные H и E, E17.5 плюсневые кости 3. Брекеты, гипертрофическая зона. Было проанализировано n = 4 эмбриона на каждый генотип.
Дефектная гипертрофия хондроцитов приводит к брахидактилии у
мутантов Spop .Поскольку неонатальная летальность нулевых мутантов по Spop помешала нам оценить дефекты скелета у взрослых, мы сгенерировали специфичный для конечностей мутантный аллель Spop ( Spop cKO ), удалив Spop из . Prx1 — экспрессирующие мезенхимальные клетки конечностей. Мы обнаружили, что пястные кости, плюсны и фаланги, но не длинные кости в более проксимальных частях конечностей, были значительно короче у взрослых мутантов Spop cKO , чем у их однопометников (рис.6 A и B ). Следовательно, Spop cKO может служить моделью брахидактилии, распространенной, но плохо изученной врожденной аномалии (27).
Рис. 6.Тканеспецифическая абляция Spop приводит к брахидактилии и остеопении. ( A ) 5-месячные автоподы задних конечностей, окрашенные альциановым синим и ализариновым красным. Стрелки, 3 плюсневая кость ( B ) Количественная оценка 5-недельной длины кости конечности. * P <0,05; ** P <0.01; нс, P > 0,05 ( t тест). ( C ) Окрашенные H и E срезы дистального отдела бедренной кости возрастом 5 недель. 1 ° — первичный очаг окостенения; области внутри прямоугольников показаны крупным планом. 2 °, вторичный центр окостенения. ( D ) Трехмерная реконструкция изображений μCT трабекулярной кости 10-недельного дистального метафиза бедренной кости. Размер вокселя 15 мкм. n = 3 мужчины и 3 женщины на каждый генотип.
Мы стремились определить, вносят ли изменения в пролиферацию клеток и / или апоптоз вклад в короткие пальцы у мутантов Spop на E17.5, когда мутантные плюсневые кости Spop были явно короче WT (Fig. S8 A ). Интересно, что количество клеток в Spop мутантных плюсневых костей было сходным с таковым у однопометников WT (Fig. S8 B ), предполагая, что более короткие плюсневые кости не были результатом уменьшения количества клеток. В соответствии с этим наблюдением, количество пролиферирующих (Ki67 + ) и апоптотических (расщепленная каспаза 3 + ) клеток также было сопоставимым между мутантом Spop и плюсневыми костей WT (рис.S8 D и E ). С другой стороны, хотя большие гипертрофические хондроциты присутствовали в центре плюсневых костей WT, клетки были более плотно упакованы по всей мутантной плюсне Spop (Рис. S8 B и C ). Эти результаты предполагают, что нарушенная гипертрофическая дифференцировка хондроцитов лежит в основе брахидактилии у мутантов Spop .
Рис. S8.Дефектная гипертрофическая дифференцировка приводит к более коротким костям пальцев.( A ) Измерение длины 3 плюсневой кости ( n ≥ 3 мышей в группе). * P <0,05. ( B ) H & E-окрашенная плюсневая кость 3 на E17.5. Общее количество клеток в прямоугольниках (все 100 мкм шириной) было подсчитано и помечено на изображении ( n = 3 эмбриона на генотип). H — гипертрофическая зона; P — зона пролиферации; R, зона отдыха. a – c, вид крупным планом гипертрофической зоны, пролиферирующей зоны и зоны покоя WT; d, вид крупным планом мутантного хряща Spop .( C ) Размеры ячеек получены из площади прямоугольников, разделенной на количество ячеек (среднее значение ± SEM). ( D и E ) Процент Ki67 и расщепленных каспазой 3 положительных клеток в E16.5 плюсневой кости 3. Срезы иммуноокрашивали и подсчитывали клетки, заключенные в прямоугольник через зоны покоя, пролиферации и гипертрофии.
Дефект дифференцировки остеобластов приводит к остеопении у
мутантов Spop .Хотя кости стилопода и зевгопода не были короче у мутантов Spop cKO , эти кости, тем не менее, обнаруживают структурные дефекты.Наш гистологический анализ бедренных костей показал очевидное снижение плотности костного матрикса как в первичных, так и в вторичных центрах окостенения, а также более тонкие костные спикулы у взрослых мутантов Spop cKO (рис.6 C ). ). Для дальнейшего исследования структурных дефектов костей мутантов Spop cKO мы оценили бедренные кости с помощью рентгеновской микрокомпьютерной томографии (μCT). Трехмерная реконструкция дистального метафиза показала очевидное снижение плотности губчатой кости у мутантов Spop cKO (рис.6 D ), что было подтверждено количественным анализом данных μCT, который показал значительное уменьшение объемной доли кости, числа трабекул, толщины трабекул и плотности соединения, а также значительное увеличение удельной поверхности кости и разделения трабекул. в мутантах Spop cKO (рис. S9).
Рис. S9.Конечнозависимые мутанты Spop демонстрируют потерю объема кости. Микро-КТ анализ губчатой кости в 10-недельном дистальном метафизе бедренной кости.( A ) Отношение объема кости к общему объему. ( B ) Удельная поверхность кости: то есть отношение поверхности кости к объему кости. ( C ) Трабекулярное число на единицу длины. ( D ) Толщина трабекул. ( E ) Разделение трабекул: то есть расстояние между трабекулами. ( F ) Плотность подключения. Данные представляют собой среднее значение ± SEM для трех мужчин и трех женщин на каждый генотип. * P <0,05; ** P <0,01 (двусторонний дисперсионный анализ).
В процессе развития и во взрослом возрасте кости подвергаются постоянному ремоделированию с остеобластами, продуцирующими костный матрикс, и остеокластами, резорбирующими его (28). Чтобы определить механизм, лежащий в основе потери костной массы у мутантов Spop cKO , мы проанализировали экспрессию маркеров остеобластов и остеокластов с помощью qRT-PCR. Как и на более ранних стадиях, экспрессия Col1a1 и Sp7 была нарушена в бедренной кости мутанта Spop E17.5, что свидетельствует о сохраняющихся дефектах дифференцировки остеобластов (рис.3 G ). Напротив, экспрессия Acp5 и Ctsk , оба кодирующих ферменты, секретируемые остеокластами для ремоделирования костного матрикса, не претерпела значительных изменений у мутантов E17.5 и постнатальных дней 10 (P10) Spop (рис. 3 ). G и H ), предполагая, что потеря костной массы не была результатом слишком высокой активности остеокластов. Следовательно, остеопения у мутантов Spop cKO , вероятно, была результатом нарушения функции остеобластов.
Снижение дозировки Gli3R спасает брахидактилию и остеопению.
Поскольку увеличение Gli3R лежит в основе дефектов дифференцировки хондроцитов и остеобластов у нулевых мутантов Spop , мы предположили, что это также объясняет остеопению и брахидактилию у мышей с мутантами Spop cKO . Чтобы проверить эту гипотезу, мы уменьшили дозировку Gli3R, создав двойные мутанты Spop cKO ; Gli3 +/- .Мы обнаружили, что длина пястных костей, фаланг и плюсневых костей у детенышей Spop cKO ; Gli3 +/− была сопоставима с таковой у Spop flox / flox. однопометников и значительно длиннее, чем у Spop cKO мутантных однопометников (рис. S10 A ). Кроме того, плотность костной ткани и толщина костных спикул увеличились у мутантной бедренной кости Spop cKO ; Gli3 +/− (рис.S10 B ). Таким образом, мы заключаем, что нарушение регуляции Gli3R лежит в основе как брахидактилии, так и остеопении у мутантных мышей Spop cKO .
Рис. S10.Дефекты костей у конечностей специфичных мутантов Spop являются результатом увеличения репрессора Gli3. ( A ) Автоподы задних конечностей P14, окрашенные альциановым синим и ализариновым красным, и количественная оценка длины кости в цифре 3; Анализировали по 4 мыши на каждый генотип. * P <0,05; нс, P > 0.05 ( т тест). Стрелки, 3 плюсневая кость ( B ) Дистальный метафиз бедренной кости, окрашенный H & E. Стрелки, ряд костных спикул. ( C ) Spop способствует передаче сигналов Ihh путем деградации Gli3FL и Gli3R, что приводит к понижающей регуляции уровня Gli3R, тем самым активируя гены, важные для дифференцировки хондроцитов и остеобластов. ( D ) Дефекты гипертрофической дифференцировки приводят к более коротким пальцам у мутантов Spop , а нарушение дифференцировки остеобластов приводит к остеопении.
Обсуждение
В настоящем исследовании мы охарактеризовали два нулевых аллеля и специфический для конечностей условный мутантный аллель Spop и обнаружили критическую роль Spop в развитии и ремоделировании скелета. Мы показываем, что дифференцировка хондроцитов и остеобластов нарушена в отсутствие Spop. Gli3R, но не Gli2, увеличивается у мутантов Spop , и в результате нарушается передача сигналов Ihh. Наконец, мы показываем, что потеря Spop , специфическая для конечностей, приводит к брахидактилии и остеопении, которые можно устранить, уменьшив дозировку Gli3R, что позволяет предположить, что Spop может быть новой мишенью для вмешательства при этих болезненных состояниях человека (рис.S10 C и D ).
Наше открытие, что Spop играет положительную роль в передаче сигналов Ihh, резко контрастирует с предыдущими исследованиями, предполагающими отрицательную роль Spop в передаче сигналов Hh. У Drosophila потеря hib / rdx приводит к накоплению Ci и избыточной активации передачи сигналов Hh (22, 23). Интересно, что экспрессия hib / rdx была обнаружена только в клетках с высокими уровнями активации пути Hh, в которых протеолитический процессинг Ci был ингибирован.Следовательно, избыточная активация передачи сигналов Hh у мутантов hib / rdx , вероятно, является результатом накопления полноразмерных активированных Ci. Напротив, наши данные и предыдущее исследование предполагают, что экспрессия Spop млекопитающих не ограничивается клетками с активной передачей сигналов Hh (18). Следовательно, накопление Gli3R в клетках с умеренными уровнями передачи сигналов Hh, вероятно, объясняет уникальное снижение активации пути Hh у мутантных мышей Spop . В соответствии с этой гипотезой сверхэкспрессия hib / rdx в областях крылового диска Drosophila с умеренной активацией пути Hh приводит к снижению как полноразмерных, так и процессированных Ci (22).
Недавние исследования с использованием культивированных клеток млекопитающих или инъекции мРНК в яиц Xenopus также подтвердили отрицательную роль Spop в передаче сигналов Hh (18⇓⇓ – 21, 24). Стоит отметить, что ключевое различие между этими исследованиями и нашими данными in vivo заключается в роли Spop в регуляции Gli2, первичного активатора пути Hh у млекопитающих. В этих исследованиях увеличения функции сверхэкспрессированный Spop взаимодействует с Gli2 и нацеливается на его деградацию, наблюдение, которое мы подтвердили в нашем собственном анализе in vitro (рис.S6 B ). Напротив, мы не обнаружили значительного изменения уровня белка Gli2 у мутантов Spop -null. Хотя и Gli3FL, и Gli3R накапливаются в мутантах Spop , увеличение Gli3R явно оказывает большее влияние на выходной сигнал Ihh, что согласуется с предыдущим исследованием, указывающим на важную роль Gli3R в передаче сигналов Ihh и эндохондральной оссификации (10).
Непонятно, почему уровень Gli2 не изменяется при потере Spop in vivo.Одно из возможных объяснений состоит в том, что Spop специфически нацелен на активированную, лабильную форму Gli2, которая существует только в небольшом количестве клеток с наивысшим уровнем активации пути Hh, как предполагалось в предыдущих исследованиях in vitro (18, 20, 21). Другая возможность состоит в том, что Spop не нацелен на деградацию Gli2 в физиологических условиях. Открытие, что Spop взаимодействует как с N-, так и с C-концевыми областями Gli3, но только с C-концевыми областями Gli2, указывает на то, что Gli3 может быть лучшим субстратом Spop, чем Gli2 (19, 20).
Предыдущие исследования показали, что Sufu препятствует взаимодействию Spop / Gli и Spop-опосредованной деградации Gli (18, 20, 21), предполагая, что Spop может специфически воздействовать на активированные белки Gli, которые не связаны с Sufu. Однако, поскольку Sufu необходим для протеолитического процессинга белка Gli3 (20), увеличение как Gli3FL, так и Gli3R у нулевых мутантов Spop , по-видимому, указывает на то, что Spop также может нацеливаться на неактивированный Sufu-связанный Gli3 для деградации. Этот результат также может объяснить разницу между нашими результатами и недавним исследованием, предполагающим, что уменьшение Spop не влияет на уровень Gli3R в культивируемых клетках, обработанных Shh (21).Фактически, цифра 4G исх. 21, по-видимому, демонстрирует небольшое и незначительное увеличение уровней как Gli3FL, так и Gli3R с уменьшением Spop в отсутствие Shh, что согласуется с нашими находками.
Наши находки, что Spop взаимодействует с Gli3R и регулирует его убиквитинирование и деградацию, согласуются с предыдущими сообщениями о прямом взаимодействии между N концом Gli3 и Spop (19, 20). Недавнее исследование дополнительно выявило множественные сайты убиквитинирования на N конце Gli3, которые достаточны для Spop-катализируемого убиквитинирования (29).Однако наши данные, по-видимому, расходятся с недавним исследованием, показывающим отсутствие эффекта сверхэкспрессии Spop на стабильность Gli3 1-700 в клетках C3h20T1 / 2 (20). Это различие могло быть результатом использования разных антител для иммуноблоттинга. В исх. 20 антитело Gli3 использовали для обнаружения как эндогенного Gli3R, так и сверхэкспрессированного Gli3 1-700 . Поскольку на эндогенный Gli3R почти не влияет избыточная экспрессия Spop из-за низкой эффективности трансфекции, умеренное снижение Gli3 1-700 , которое сочетается с эндогенным Gli3R, может быть трудно обнаружить.Также возможно, что уровни экспрессии Spop в клетках C3h20T1 / 2 и HEK 293T лежат в основе различных эффектов на деградацию Gli3 1-700 , потому что нам не удалось экспрессировать Spop на достаточном уровне в клетках C3h20T1 / 2 в попытке повторить эксперимент, описанный в исх. 20.
Помимо белков Gli, Spop опосредует убиквитинирование по крайней мере еще 20 белков через дегроны, богатые серином / треонином (19, 30). Следовательно, теоретически возможно, что изменения активности других субстратов Spop также могут вносить вклад в дефекты скелета, наблюдаемые у мутантов Spop .Однако почти полное восстановление развития костей и хрящей в Spop — / — ; Gli3 +/− и Spop cKO ; Gli3 / — двойные мутанты предполагают, что Spop-опосредованное убиквитинирование других субстратов в лучшем случае играет минимальную роль в этом процессе. Тем не менее, нам не удалось восстановить Spop — / — ; Gli3 +/− двойных мутантов при отъеме, что позволяет предположить, что увеличение уровня Gli3 не объясняет летальность Spop. -нульные мутанты.
В заключение мы приводим здесь твердые доказательства важной роли Spop-опосредованного убиквитинирования в дифференцировке хондроцитов и остеобластов во время развития скелета, а также нормального размера и плотности костей у взрослых. Важно отметить, что мы обнаруживаем неожиданно положительную функцию Spop в передаче сигналов Ihh посредством специфической подавляющей регуляции Gli3, особенно его репрессорной формы. Клинически эти знания позволяют нам лучше понять патологию и возможное вмешательство в такие заболевания скелета, как брахидактилия и остеопороз.
Материалы и методы
Животноводство.
Spop tm1a (KOMP) Mbp и Spopl tm1 (KOMP) Мыши Vlcg были приобретены у Knockout Mouse Project (KOMP) и были генотипированы в соответствии с инструкциями KOMP: // www. .komp.org /). Другие линии мышей, использованные в этом исследовании: Gli2 tm2.1Alj (31), Gli3 Xt-J (32), Tg (EIIa-Cre) C5379Lmgd / J (33) , Tg (Prrx1-cre) 1Cjt (34) и Ptch2 tm2Mps (35).Использование животных в этом исследовании было одобрено Комитетом по уходу и использованию животных в Университете штата Пенсильвания.
Культура клеток, трансфекция и биохимические анализы.
КлеткиHEK 293T культивировали в среде DMEM (Cellgro) с добавлением 10% (об. / Об.) FBS (Thermo Fisher) и трансфицировали полиэтиленимином (PEI) (Polysciences). Иммуноблот-анализ проводили с вторичными антителами, конъюгированными с IRDye-680RD и 800CW, в соответствии с инструкциями производителя и количественно определяли с помощью Image Studio (LI-COR).Иммунопреципитация выполнялась с помощью набора FLAG-IP (Sigma-Aldrich) в соответствии с инструкциями производителя. Для анализа убиквитинирования клетки голодали по сыворотке в течение 40 часов, обрабатывали 50 мкМ MG132 (Sigma-Aldrich) в течение 8 часов перед сбором, лизировали, как описано ранее (23), обработкой ультразвуком и подвергали иммунопреципитации FLAG. Антитела, используемые в этих анализах, перечислены в SI Materials and Methods .
Количественная ПЦР с обратной транскриптазой в реальном времени.
Ткани рассекали, послеродовые кости освобождали от мышц и костного мозга и измельчали в жидком азоте.Выделение РНК проводили с использованием набора NucleoSpin RNA (Macherey-Nagel). Затем 1 мкг РНК использовали для обратной транскрипции с помощью qScript cDNA SuperMix (Quanta Biosciences). ПЦР выполняли в системе для ПЦР в реальном времени StepOne Plus (Applied Biosystems) с зеленым SYBR (Quanta Biosciences). Последовательности праймеров для qRT-PCR перечислены в SI Materials and Methods .
Гибридизация РНК in situ.
Гибридизацию РНКin situ проводили на криосрезов с меченными дигоксигенином (DIG) антисмысловыми зондами и BM purple (Sigma Aldrich) в качестве субстрата и контрастировали с помощью Nuclear Fast Red (Sigma-Aldrich) в соответствии с ранее опубликованным протоколом (36).
Гистология и иммуногистохимия.
Костные ткани декальцинировали в PBS / 14% (вес / объем) EDTA (pH 7) перед заливкой в парафин. Окрашивание гематоксилином и эозином выполняли с помощью автоматического окрашивания для слайдов Gemini ES (Thermo), загруженного системой окрашивания гематоксилином SelecTech и эозином (Leica). Для анализа фон Коссы некальцифицированные срезы окрашивали 1% нитратом серебра и контрастировали гематоксилином.
Для иммуногистохимии парафиновые срезы депарафинизировали и регидратировали.Извлечение антигена осуществляли путем нагревания срезов в 10 мМ цитратном буфере (pH 6,0) при 95 ° C в течение 10 минут. Затем срезы блокировали 1% козьей сывороткой и подвергали инкубации с первичными и конъюгированными с HRP вторичными антителами. Наконец, окраска была проявлена 3,3′-диаминобензидином (DAB) (Ni) и перекисью водорода, а срезы были слегка окрашены гематоксилином. Антитела, используемые в этих анализах, перечислены в SI Materials and Methods .
Микрокомпьютерная томография.
Для трехмерного анализа костей бедренные кости мышей в возрасте 10 недель сканировали в настольном сканере MicroCT Scanco μCT40 (SCANCO Medical AG) с воздухом в качестве среды. Изображения были получены с настройками времени интегрирования 55 кВп, 145 мкА и 200 мс. Изображения были реконструированы и сохранены в трехмерных массивах с изотропным размером вокселя 15 мкм. Затем 100 срезов на дистальном метафизе были отобраны на расстоянии 750 мкм от проксимального конца дистальной пластинки роста для трабекулярного анализа. Программное обеспечение, предоставленное компанией, и пользовательские скрипты использовались для просмотра изображений, создания трехмерных моделей костей и определения объема кости и других параметров.
SI Материалы и методы
Конструкции и антитела.
Кодирующая последовательность Spop была клонирована в pFLAG-CMV2 (Sigma Aldrich) и pEGFP-C1 (Clontech) с использованием следующих праймеров: 5′-GAATTCCTCGAGTCAAGGGTTCCAAGTCCTCCATTTCCAT-3 ‘900TCAGTC и 0GGAT’ Кодирующая последовательность hGli3 была клонирована в pcDNA3.2-3xFLAG (подарок от Yingwei Mao, Государственный университет Пенсильвании, Юниверсити-Парк, Пенсильвания) с использованием следующих праймеров: 5′-GATTAAGCGGCCGCTGAGGCCCAGTCCCACAG-3 ‘900TTCAGATCATCTAGACT и 5′-CATTAGATCTAGACTGA 3 ′ .Myc-Cul3 был щедро предоставлен Паотиен Чуанг из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (5, 6). HA-убиквитин был подарком Эдварда Йе из Онкологического центра им. М. Д. Андерсона Техасского университета, Хьюстон (плазмида Addgene № 18712) (7).
Антитела, используемые для иммуноблоттинга: Spop (C-14, 1: 200; Santa Cruz), Gli2 (AF3635, 1: 500; R&D Systems), Gli3 (AF3690, 1: 200; R&D Systems), GFP (A11122, 1 : 2,500; Life Technologies), FLAG (F1804, 1: 2,500; Sigma-Aldrich), HA (MMS-101R, 1: 2,000; Covance), Myc (9E10, 1: 2,500; подарок Бернарда Люшера, Университет штата Пенсильвания, Юниверсити Парк, Пенсильвания), Cul3 (C-18, 1: 200; Санта-Крус), β-тубулин (T5201, 1: 10 000; Sigma-Aldrich) и убиквитин (P4D1, 1: 200; Санта-Крус).Антитела, используемые для иммуногистохимии, представляли собой Ki67 (ab15580, 1: 250; Abcam) и расщепленную каспазу 3 (9661, 1: 300; Cell Signaling).
Праймеры для qRT-PCR.
Праймерыбыли следующими: Pthlh , прямой 5′-TTCAGCAGTGGAGTGTCCTG-3 ‘, обратный 5′-TTGCCCTTGTCATGCAGTAG-3’; Ptch2 , прямой 5′-CTCCAAGTGTCGTCCGGTTT-3 ‘, обратный 5′-ACCCATTGTTCGTGTGACCA-3’; Col1a1 , прямой 5′-CACCCTCAAGAGCCTGAGTC-3 ‘, обратный 5′-GTTCGGGCTGATGTACCAGT-3’; SP7 / Osterix , прямой 5′-CCAGCCTCTGGCTATGCAAA-3 ‘, обратный 5′-AGGAAATGAGTGAGGGAAGGGT-3’; Acp5 , прямой 5′-CAGGAGACCTTTGAGGACGTG-3 ‘, обратный 5′-GTGGAATTTTGAAGCGCAAAC-3’; Катепсин К , прямой 5′-TGGCTCGGAATAAGAACAACG-3 ‘, обратный 5′-GCACCAACGAGAGGAGAAATG-3’; Gapdh , прямой 5′-GTCGGTGTGAACGGATTTGG-3 ‘, обратный 5′-GACTCCACGACATACTCAGC-3’.
Благодарности
Мы благодарим докторов наук. Андреа Мастро, Филиппа Рино и Инвэй Мао за критическое чтение этой рукописи; Доктора Ли Нисвандер (Университет Колорадо), Мэтью Хилтон (Университет Дьюка), Генри Кроненберг (Гарвардская медицинская школа), Патрисия Дьюси (Колумбийский университет), Джин Цзян (Юго-западный медицинский центр Техасского университета), Мэтт Скотт (Институт Карнеги), Алекс Джойнер (Институт Слоана-Кеттеринга), Пао-тянь Чуанг (Калифорнийский университет, Сан-Франциско), Эдварду Йе (Онкологический центр им. М.Д. Андерсона Техасского университета) и Бернарду Люшеру и Инвэй Мао (Университет штата Пенсильвания) за совместное использование реагентов; ДокторНил Шарки и Нориаки Окита за большую помощь в сборе и анализе данных μCT; и Центру микроскопии и цитометрии и Основному центру геномики Университета штата Пенсильвания за техническую поддержку. Эта работа была поддержана грантом NIH HD083625, стартовым фондом Университета штата Пенсильвания (для A.L.) и грантом на диссертационное исследование Дж. Ллойда Хака (для H.C.).
Развитие скелета позвоночных, том 133
Бьорн Р. Олсен
Доктор Бьорн Р. Олсен, профессор клеточной биологии Гарвардской медицинской школы и профессор биологии развития Гарвардской школы стоматологической медицины, получил степени доктора медицины и доктора философии. в 1967 году из Университета Осло, Норвегия.В 1971 году он переехал в Соединенные Штаты и поступил на факультет в Медицинскую школу Рутгерса, ныне Медицинскую школу Рутгерса Роберта Вуда Джонсона, где он был профессором биохимии с 1976 года, пока не перешел в Гарвардскую медицинскую школу в 1985 году в качестве профессора анатомии и клетки Херси. Биология. Исследования в его лаборатории выявили фундаментальные роли коллагенов, факторов транскрипции и рецепторов, которые влияют на развитие скелета и гомеостаз, ангиогенез и морфогенез кровеносных сосудов. Работа над ролью внеклеточных белков в развитии тканей привела к открытию нескольких новых семейств нефибриллярных коллагенов и раскрытию механизмов заболевания при многих остеохондродисплазиях на основе коллагена и других заболеваниях.Другие исследования выявили мутации в факторах транскрипции HOXD13 и RUNX2 при полисиндактилии и клейдокраниальной дисплазии. Картирование генов черепно-лицевых заболеваний, таких как херувизм и краниометафизарная дисплазия, привело к идентификации причинных мутаций в регуляторе сиганлинга Sh4BP2 и переносчике пирофосфата ANK. В ходе исследования патогенетических механизмов сосудистых аномалий лаборатория Олсена обнаружила, что активирующие мутации в рецепторной тирозинкиназе TIE2 вызывают венозные мальформации, и определила мутации / полиморфизмы и сигнальные механизмы, связанные с быстрым ростом детской гемангиомы, наиболее распространенной опухоли младенчества.Обращаясь к вопросам, связанным с развитием скелета и сосудистыми заболеваниями, лаборатория Олсена смогла охарактеризовать сложные механизмы развития и болезни на пересечении биологии скелета и сосудов. Это недавно привело к новому пониманию неожиданных внутриклеточных механизмов, с помощью которых фактор роста эндотелия сосудов А контролирует дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток в остеобласты и адипоциты во время развития костей и постнатального восстановления. Доктор Олсен получил множество наград и наград, в том числе почетного доктора наук Университета медицины и стоматологии Нью-Джерси, Университета Осло, Норвегия, Университета Окаяма, Япония, и Университета Оулу, Финляндия; Призы за исследования и награды Американской ассоциации анатомов, Американского общества матричной биологии, Международной ассоциации стоматологических исследований, Международного общества матричной биологии и Британского общества матричной биологии.Он является членом Американской ассоциации анатомов и Американской ассоциации содействия развитию науки, а также был избранным организатором и председателем трех различных исследовательских конференций Гордона.
Членство и экспертиза
Гарвардская медицинская школа, Департамент клеточной биологии, Бостон, Массачусетс, США
Развитие скелета новорожденных собак малых размеров: рентгенологические, морфометрические и гистологические данные, полученные от спонтанно погибших животных | BMC Veterinary Research
Животные
Двадцать семь щенков, принадлежащих к породам, отнесенным к породам, отнесенным к мелким по стандартной породе с массой тела взрослой особи <7 кг [18], спонтанно умерших в возрасте до 28 дней, были зачислены в нашу ветеринарную школу. Больница образовательного назначения.Они были предоставлены владельцами (заводчиками) с предварительного письменного информированного согласия в соответствии с действующим итальянским законодательством.
Все щенки родились доношенными от здоровых сук, регулярно вакцинированных и дегельминтизированных перед спариванием, с нормальными сроками беременности, родов и послеродового периода. Во второй половине беременности все суки получали коммерческий корм для беременных. После смерти щенков хранили при 4 ° C менее 12 ч и охлаждали во время передачи в Università degli Studi di Milano.Порода, пол, возраст (дни после рождения) и масса тела регистрировались для каждого трупа перед хранением путем замораживания при -80 ° C. По породе 27 щенков распределились следующим образом: чихуахуа ( n = 12), мальтийский ( n = 7), миниатюрный пинчер ( n = 2), ши-тцу ( n = 3). ), игрушечный пудель ( n = 3). По полу 12 щенков были суками и 15 кобелями, а по возрасту на момент смерти было выделено четыре группы: группа I (щенки, умершие от рождения до 7-дневного возраста, n = 19), группа II (щенки, умершие в возрасте от 8 до 14 дней, n = 4), группа III (щенки, умершие в возрасте от 15 до 21 дня, n = 2) и группа IV (щенки, умершие между 22 и 28 днями возраст, n = 2).
Затем трупы разморозили при комнатной температуре и отправили на дальнейшие исследования. Все трупы отправлены на рентгенологическое исследование. Тринадцать субъектов, включая 5/19 щенков, принадлежащих к первой возрастной группе, выбранных случайным образом, и всех щенков, принадлежащих к трем другим возрастным группам, были отобраны для дальнейших денситометрических, анатомических и гистологических анализов.
Рентгенологическое исследование и оценка минеральной плотности кости
Рентгенографические изображения были получены с помощью системы FCR Capsula X (Fujifilm Italy S.p.A.) в сборе с радиологической установкой (Simply — Arcom S.r.l. Италия) с фокусным пятном 0,6 мм. Расстояние фокусное пятно — пленка составляло 100 см. Для каждого щенка центры окостенения передних и задних конечностей (ОК) оценивали на медиолатеральном (ML) и кранио-каудальном (Cr-Cd) виде. Бедро оценивалось в вентро-дорсальной проекции. Для морфометрических измерений были получены правая боковая (RL) и дорсо-вентральная (DV) виды головы. Обнаружение ОК было идентифицировано как рентгеноконтрастная зона на рентгенограммах на уровне будущей соответствующей кости [19].
Минеральная плотность кости (BMD) (г / см 2 ) была впоследствии оценена. Медиолатеральное сканирование левой лучевой кости выполняли с помощью устройства двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DXA) (Hologic QDR-1000 Plus, Hologic, Waltham, MA, USA). Радиальный стержень был разделен на три области равного размера, и область интереса (ROI) была выбрана в центральной части для каждого стержня, включая полный контур кости.
Перед каждым сканированием костный денситометр регулярно подвергался процедурам контроля качества с помощью специального фантома (Hologica Calibration Phantom, Hologic).
Морфометрия
Морфометрия оценивалась с помощью рентгенографических и анатомических измерений; каждое измерение проводилось трижды одним оператором для повышения точности. Следующие рентгенографические измерения выполнены с помощью 64-битного сертифицированного программного обеспечения OsiriX PRO (Aycan Medical Systems, LLC, Рочестер, Нью-Йорк): длина черепа (SL) — от внешнего затылочного выступа до переднего конца межрезцевого шва; длина черепа (CL) — от стыка срединной плоскости правого и левого носо-лобных швов до наружного затылочного бугорка; ширина нейрокраниума (NW) — от самой боковой точки черепа до одной из другой стороны; ширина скуловой дуги (ZW) — от самой боковой точки одной скуловой дуги до самой боковой точки другой [20, 21]. Плечевая кость (HL), радиус (RL) и локтевая кость (UL), os femoris (FL) , большеберцовая кость (TL) — проводилась линия, параллельная самой длинной оси кости, и по этой линии измеряли максимальную длину окостеневшей кости. Так как при рождении только диафиз рентгеноконтрастен [22], длина длинных костей на рентгенограммах соответствует длине самого диафиза [23].
Тринадцать трупов были подвергнуты грубым анатомическим измерениям, выполненным традиционным штангенциркулем (точность 5 мм).Плечевая кость , радиус и локтевая кость , os femoris и большеберцовая кость Длина измерялась как расстояние между наиболее проксимальной и дистальной точками кости [24]. Последний измерялся с помощью пальпируемых скелетных ориентиров [25]. Также измеряли длину черепа и NW [26].
Чтобы свести к минимуму возможное влияние окружающих мягких тканей, последующее измерение длины длинных костей было также выполнено после скелетирования конечностей.
Используемая терминология была выбрана в соответствии с Nomina Anatomica Veterinaria (2012).
Гистологическое исследование
Гистологические исследования были выполнены на тех же 13 отобранных трупах. Эпифизы плечевой кости и лучевой кости-локтевой кости, os femoris и большеберцовой кости-малоберцовой кости фиксировали в забуференном 10% формалине (Bio-Optica, Милан, Италия), декальцинированном 45% муравьиной кислотой (Sigma Chemical Company, Сент-Луис, США. ), на 2–3 дня, а затем с 15% 0.5 М раствор EDTA (pH 8,0 — Sigma Chemical Company) в течение 7–10 дней [27] с небольшими изменениями. Тарсус, запястье и таз были зафиксированы в toto . Образцы обезвоживали и заливали парафином. Серийные срезы помещали на предметные стекла, предварительно обработанные Vectabond (Vector Laboratories, Burlingame, CA, USA) и окрашенные гематоксилин-эозином и окрашиванием трихромом Массона (Bio-Optica). Хронологический вид и морфологические характеристики центров окостенения (ОК) оценивали по Ривасу и Шапиро [28].По своей структурной организации ОК были классифицированы как ОК типа 1 (ОКТ-1), 2 (ОКТ-2) и 3 (ОКТ-3) (таблица 1). Центры окостенения 1-го типа характеризовались наличием гипертрофированных хондроцитов и ранним образованием трабекул, окруженных пластинкой роста; в ОКТ-2 наблюдалось увеличение на трабекул, между гипертрофированными хондроцитами и появление клеток костного мозга; в конечном итоге OCT-3 показал сеть из первичных и вторичных трабекул, , окружающих увеличенные и нерегулярные пространства, содержащих большое количество клеток костного мозга и новообразованной костной ткани, что продемонстрировано окрашиванием трихромом.Признаки пре-окостенения / преждевременного окостенения, сравнимые с OCT-1, но не обнаруженные с помощью рентгеновских лучей, были классифицированы как OCT-0 (рис. 1).
Таблица 1 Сроки появления ОК передних и задних конечностей по данным гистологического исследования Рис. 1Репрезентативные гистологические изображения OCT-0 ( a ), OCT-1 ( b ), OCT-2 ( c ) и OCT-3 ( d ). В соответствии с возрастом увеличение лакун ( a , b , c , верхняя стрелка), а также утолщение и кальциноз внеклеточного матрикса ( a , b , c , стрелки) указывают на появление очага окостенения.В OCT-2 первичные трабекул ограничивают лакун , содержащих клетки костного мозга ( c , d , звездочка). На ОКТ-3 появляется новообразованная костная ткань, лежащая на трабекулах ( d , стрелка). a , b , c , окрашенные гематоксилин-эозином; D окрашен трихромом по Массону. Пруток 0,01 мм
Статистический анализ
Статистический анализ выполнялся с помощью IBM SPSS Statistics 22.0 (IBM SPSS Inc., Армонк, США). Нормальное распределение данных по всем параметрам подтверждено тестом Шапиро-Уилка. Поскольку данные не были нормально распределены, повторяемость трехкратного измерения оценивалась непараметрическим тестом Фридмана, а медианное значение всех параметров использовалось для оценки корреляции с помощью двумерного теста Спирмена. Были оценены следующие корреляции: 1) между всеми рентгенографическими измерениями и всеми другими рентгенографическими измерениями увеличение возраста и веса субъектов; 2) между анатомическими длинами плечевой кости , радиуса , большеберцовой кости и os femoris , измеренных до и после скелетирования конечностей; 3) между всеми анатомическими измерениями и всеми другими измерениями увеличение возраста и веса испытуемых; 4) между рентгенографическими HL, RL, UL, FL, TL, SL и NW и соответствующими общими анатомическими измерениями; 5) между МПК и рентгенографической и анатомической длиной радиуса , а также увеличение возраста и массы тела испытуемых.Значимость была установлена на уровне p <0,05.
Обзор — Лаборатория исследований развития и регенерации скелета
-
Проверка новых целей лечения
Работа в нашей лаборатории позволяет по-новому взглянуть на многочисленные заболевания опорно-двигательного аппарата с целью расширения знаний, которые приводят к рациональной разработке методов лечения остеоартрита, остеопороза и рака костей.
-
Ускорение открытий благодаря совместной работе
Dr.Стремление Вестендорфа к командной работе, разнообразию и вовлеченности объединяет сотрудников лаборатории для достижения общей цели — ускорения разработки новых вариантов лечения.
Обзор
Лаборатория исследований развития и регенерации скелета доктора философии Дженнифер Вестендорф изучает молекулярные основы заболеваний опорно-двигательного аппарата, чтобы помочь в разработке рациональных схем лечения.
Миллионы людей ежегодно обращаются к врачам с заболеваниями опорно-двигательного аппарата.Остеопороз, остеоартрит и боли в спине — распространенные заболевания костей и суставов, которые представляют собой огромное экономическое и социальное бремя для общества. Генетические, экологические и биомеханические факторы влияют на развитие и прогрессирование этих заболеваний.
Наша лаборатория занимается изучением молекулярных и эпигенетических основ формирования скелета, регенерации костей и хрящей, а также первичных и метастатических опухолей костей. Наше исследование раскрывает новые взгляды на многочисленные заболевания опорно-двигательного аппарата и помогает утверждать новые молекулы в качестве целей лечения.Наша конечная цель — расширить знания, которые приведут к рациональной разработке новых методов лечения таких заболеваний, как остеоартрит, остеопороз, краниосиностоз, гетеротопическая оссификация, артрогрипоз и рак костей.
Направления деятельности
Наши основные исследовательские проекты:
- Протеинфосфатаза Phlpp1 в развитии хряща и прогрессировании остеоартрита. Подробнее.
- Гистоновые деацетилазы в развитии костей и заболеваниях костей. Подробнее.
- Каноническая и неканоническая передача сигналов Wnt в функции остеобластов и остеокластов. Подробнее.
- Хромосомные транслокации и рак. Подробнее.
Принадлежности
Наша лаборатория связана с несколькими исследовательскими группами клиники Мэйо, в том числе:
О докторе Вестендорфе
Помимо работы в качестве главного исследователя лаборатории, доктор Вестендорф является профессором биохимии и молекулярной биологии и профессором ортопедии в Медицинском и научном колледже Mayo Clinic в Рочестере, штат Миннесота.Она — профессор Маргарет Амини по исследованиям в области ортопедической регенеративной медицины в клинике Мэйо и заведующая кафедрой биохимии и молекулярной биологии.
Выдающаяся карьера доктора Вестендорфа включает многочисленные руководящие должности, награды и должности в совете директоров. Она работала на факультете Миннесотского университета с 2000 по 2007 год, а затем вернулась в 2007 году в клинику Мэйо, где получила степень доктора философии. Она была стипендиатом V в 2002 году и получила премию ASMBR Фуллера Олбрайта в 2009 году, награду декана Высшей школы биомедицинских наук клиники Мэйо в 2016 году и премию Форума женского лидерства Общества ортопедических исследований.Доктор Вестендорф работал в редакционных советах нескольких журналов и был членом консультативного совета Национального института артрита, опорно-двигательного аппарата и кожных заболеваний (NIAMS) при Национальном институте здоровья (NIH).
Доктор Вестендорф считает, что разнообразие приносит большую ценность и продуктивность командам, и понимает, что существует множество аспектов разнообразия и пересечения. Она стремится продвигать инклюзивную и равноправную культуру, чтобы все могли преуспеть в клинике Мэйо.Она является первым директором отдела исследований справедливости, инклюзивности и разнообразия клиники Мэйо.
.
Инструменты исследования белков развития скелета — Creative BioMart
Скелет — это твердая ткань на теле человека или животного или на нем. Скелеты людей и высших животных в теле состоят из множества скелетов, называемых эндоскелетами; членистоногие, твердые раковины за пределами моллюсков, а также чешуя и раковины на поверхности некоторых позвоночных (таких как рыбы и черепахи) называются экзоскелетами.Скелет обычно называют внутренним скелетом. Скелеты — это твердые органы, из которых состоят внутренние скелеты позвоночных. Их функции — двигаться, поддерживать и защищать тело; вырабатывать красные и белые кровяные тельца; и хранить полезные ископаемые. Каркасы состоят из множества различных форм и имеют сложную внутреннюю и внешнюю структуру, которая сохраняет их жесткость и снижает вес. Одна из составляющих скелета — минерализованная скелетная ткань с твердой сотовой трехмерной структурой внутри; другие ткани включают костный мозг, надкостницу, нервы, кровеносные сосуды и хрящи.Скелет человека играет важную роль в поддержке тела и является частью двигательной системы человека. У взрослых 206 скелетов. Скелет к скелету обычно соединяется суставами и связками.
Рисунок 1. Скелет человека.Химические компоненты
С точки зрения химического состава можно различить кости с неорганическими минералами в качестве основного компонента и кости с органическим веществом в качестве основного компонента. Большинство костей беспозвоночных содержат карбонат кальция (кальцит, арагонит) в качестве основного компонента, а хитиновый экзоскелет встречается у высших беспозвоночных, таких как членистоногие.Хитин — это органическое вещество полисахаридов. Экзоскелет членистоногих в основном состоит из хитина и минерализованных коллагеновых волокон. Поддерживающая основа наземных растений — лигнин, полиароматическое соединение. В порядке эволюции кости с преобладанием карбоната кальция, фосфата кальция и кремнистых неорганических компонентов появились раньше, за ними следовали хитиновые кости, а затем кальцифицированные кости типа коллагеновых волокон. Одревеснение растений происходит позже.
Скелет человека
Скелетизация — это основа сложности биологических структур, а скелетная система является ограничивающим фактором для эволюции биологических форм.Кости — это твердые органы, из которых состоят внутренние кости позвоночных. Их функции — двигаться, поддерживать и защищать тело; вырабатывать красные и белые кровяные тельца; и хранить полезные ископаемые. Кости состоят из множества различных форм и имеют сложную внутреннюю и внешнюю структуру, которая сохраняет их жесткость и снижает вес. Один из компонентов кости — минерализованная скелетная ткань с твердой сотовой трехмерной структурой внутри; другие ткани включают костный мозг, надкостницу, нервы, кровеносные сосуды и хрящи.
Развитие скелета
Развитие костей — это непрерывный и динамичный сложный процесс, который постоянно меняется, и на каждой стадии роста есть определенная специфика. Развитие эмбриональной кости проходит через множество процессов: формирование раннего костного рисунка; дифференцировка мезенхимальных клеток на остеобластные и хондрогенные клеточные линии; дифференцировка стволовых клеток крови в линии остеокластов; и терминальная дифференцировка клеток-предшественников в хрящ. Клетки, остеобласты и остеокласты в фетальной фазе формирования кости включают внутримембранозный остеогенез (или остеогенез кортикальной кости) и внутрихондральный остеогенез, оба из которых подвергаются двум основным процессам образования костной ткани и резорбции костной ткани.К тому же развитие разных костей имеет определенный порядок. Кости костей плода в период внутриутробного развития развиваются раньше, чем кости конечностей хрящевых костей, что имеет преимущественный потенциал развития. Метаболический баланс костей достигается за счет трансформации скелета, которая включает образование кости остеобластами и резорбцию кости остеокластами. В нормальных условиях два механизма преобразования кости связаны друг с другом.При совместной координации остеобластов и остеокластов костная ткань на поверхности губчатой кости и костная ткань гаверсовской системы постоянно обновляются.
Рисунок 2. Иллюстрация, изображающая стадии развития скелета.Факторы, влияющие на рост и реконструкцию костей человека
Девочки созревают раньше мальчиков, становятся короче и в конечном итоге сокращают общую длину костей примерно на 7%. В целом у девочек-подростков ноги короче, чем у мальчиков-подростков; эта разница в пропорциях отражается также на костях рук и ног.В результате ноги у женщин короче, чем у мальчиков, даже если они одного размера. Кроме того, кости девочек мягче (уже), чем кости мальчиков, и поэтому больше страдают от потери костной массы у взрослых.