تعهد استخوانی وابسته به Wnt سلولهای استرومایی مغز استخوان با استفاده از یک مهار کننده جدید GSK3β

سلولهای استرومایی مغز استخوان ( BMSCs که همچنین به عنوان سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان استخوان شناخته می شوند) می توانند به رده های مختلف از جمله سلول های استخوانی و چربی تمایز یابند. مسیر پیام رسان Wnt کنترل سرنوشت سلولهای استرومایی مغز استخوان را به عهده دارد، اما مکانیسم آن نامشخص بوده و ظاهرا اطلاعات ضد و نقیضی وجود دارد. در اینجا ما با استفاده از مطالعات انتقال β -catenin و آزمایشات  گزارشگرTCF در in vitro نشان می دهیم که مهارکننده جدید ( AR28 ) گلیکوژن سنتاز کیناز 3β یک فعال کننده قوی مسیر پیام رسان متعارف Wnt است . در in vivo ، AR28 مشخصه های مضاعف شدن محورها و مناطق ثانویه بیان chordin را درجنین Xenopus laevis القاء می کند. با استفاده از سلولهای استرومایی مغز استخوان انسان که در محیط چربی زایی رشد کرده اند، ما تایید کردیم که مسیر Wnt  به واسطه AR28 موجب کاهش وابسته به دوز معنی دار ( p <0.05) مارکرهای چربی زایی می شود. در محیط های استخوان زایی، از جمله دگزامتازون ، AR28 باعث کاهش معنی دار ( p <0.05) فعالیت آلکالین فسفاتازی (ALP) نسبت به گروه کنترل شده که نشان دهنده کاهش پاسخ استخوانی است. با این حال، هنگامی که دگزامتازون از محیط های استخوان زایی حذف شد ، افزایشی در هر دو ALP و معدنی شدن پس از تیمار با AR28 ، که با میتومایسین C متوقف شده بود، مشاهده شد. تیمار اولیه BMSCs با AR28  به مدت7 روز قبل از القاء استخوان زایی نیز سبب افزایش فعالیت ALP و معدنی شدن شد. علاوه براین، تمایز استخوانی تحت القای BMP2 با افزودن AR28 طی 3 روز، بدون تغییرات همزمان در تعداد سلول، به شدت افزایش یافته بود ،که نشان دهنده مکانیسم های استخوان زایی وابسته و غیر وابسته به BMP تحت القای Wnt است.

Stem Cell Res. 2013 Oct 16;12(2):415-427. doi: 10.1016/j.scr.2013.10.002. [Epub ahead of print]

Wnt-dependent osteogenic commitment of bone marrow stromal cells using a novel GSK3β inhibitor.

Cook DA¹, Fellgett SW¹, Pownall ME¹, O'Shea PJ², Genever PG³.

Author information

• ¹Department of Biology, University of York, York YO10 5DD, UK.
• ²New Opportunities, AstraZeneca R&D, Alderley Park, Cheshire, UK.
• ³Department of Biology, University of York, York YO10 5DD, UK. Electronic address: paul.genever@york.ac.uk.

Abstract

Bone marrow stromal cells (BMSCs, also known as bone marrow-derived mesenchymal stem cells) can differentiate into multiple lineages including osteogenic and adipogenic cells. Wnt signalling has been implicated in controlling BMSC fate, but the mechanisms are unclear and apparently conflicting data exist. Here we show that a novel glycogen synthase kinase 3β inhibitor, AR28, is a potent activator of canonical Wnt signalling using in vitro β-catenin translocation studies and TCF-reporter assays. In vivo, AR28 induced characteristic axis duplication and secondary regions of chordin expression in Xenopus laevis embryos. Using human BMSCs grown in adipogenic medium, we confirmed that AR28-mediated Wnt signalling caused a significant (p<0.05) dose-dependent reduction of adipogenic markers. In osteogenic media, including dexamethasone, AR28 caused significant (p<0.05) decreases in alkaline phosphatase (ALP) activity compared to vehicle controls, indicative of a reduced osteogenic response. However, when excluding dexamethasone from the osteogenic media, increases in both ALP and mineralisation were identified following AR28 treatment, which was blocked by mitomycin C. Pre-treatment of BMSCs with AR28 for 7days before osteogenic induction also increased ALP activity and mineralisation. Furthermore, BMP2-induced osteogenic differentiation was strongly enhanced by AR28 addition within 3days, but without concomitant changes in cell number, therefore revealing BMP-dependent and independent mechanisms for Wnt-induced osteogenesis.

PMID: 24382458