미토콘드리아 기능 장애가 인간 골세포 대사 및 리모델링에 미치는 영향
세포 및 마우스 연구는 미토콘드리아 기능 장애가 뼈 구조 변경을 유발할 수 있음을 시사합니다.
가설: 감소된 미토콘드리아 에너지 생산은 뼈 세포 발달과 활동에 부정적인 영향을 미칩니다.
미토콘드리아 DNA 변이체 m.3243A>G, POLG 또는 TWNK 유전자의 병원성 변이체를 건강한 대조군과 비교하여 목표는 미토콘드리아 기능 장애가 다음에 미치는 영향을 평가하는 것입니다. 1: 골수 줄기에서 골세포 발달 및 활성 세포와 혈액.
2: 포도당 소모를 포함한 골세포 대사. 3: 전자 현미경 및 뼈 생검의 μCT 스캔에 의해 평가된 뼈 구조.
연구 개요
상세 설명
적절한 에너지 공급을 포함한 온전한 미토콘드리아 활동은 골격근, 심장 및 뇌와 같은 대사 활성 조직에 필수적입니다. 인간 골격은 추가로 고도로 신진대사가 활발한 조직을 나타냅니다. 그럼에도 불구하고 인간 골격 건강에서 미토콘드리아 역할의 중요성은 더 조사될 수 있습니다.
뼈 리모델링은 뼈 재흡수 세포 파골세포(OC)에 의한 뼈 분해의 결합되고 연속적인 재생 과정을 구성하고, 이어서 뼈 형성 조골세포(OB)에 의한 뼈 기질의 형성을 구성합니다. 재흡수와 형성 사이의 양적 불균형은 골다공증을 포함한 낮은 골질량을 가진 골격 장애와 취약성 골절의 위험 증가를 초래합니다.
미토콘드리아는 호흡 사슬(RC)에서 산화적 인산화 과정(OXPHOS)을 통해 세포 에너지 아데노신 삼인산(ATP)을 생성하며 유해한 부산물인 자유 라디칼, 즉 반응성 산소 종(ROS)을 2차 생산합니다. 특히, 미토콘드리아는 자체 DNA(m.DNA)를 보유하고 RC 소단위는 각각 m.DNA 및 핵 DNA(n.DNA) 유전자에 의해 암호화됩니다. 노화와 함께 유해한 체세포 m.DNA 돌연변이가 골격근과 심장에 축적되고 체세포 m.DNA 돌연변이뿐만 아니라 유전된 m.DNA 또는 n.DNA 돌연변이는 ATP 생산 장애 및 ROS 축적과 함께 미토콘드리아 기능 장애를 유발할 수 있습니다. m.DNA 돌연변이는 뇌, 골격 및 심장 근육 기능을 손상시킬 수 있지만 인간의 뼈 세포 대사 및 리모델링에 미치는 영향은 알려져 있지 않습니다. 젊은 사람들의 코호트에 대한 최근 연구에 따르면 미토콘드리아 질병이 뼈 취약성 골절의 위험이 있음을 나타냅니다.
전임상 연구는 ATP와 ROS가 골 대사를 조절한다고 제안합니다. m.DNA 수와 미토콘드리아 활성이 증가하여 인간 골격(중간엽) 줄기 세포(hMSC)에서 성숙한 뼈 형성 OB로의 분화를 지원합니다. 미토콘드리아 활동의 억제 또는 ROS 수준의 증가는 OB 분화를 억제합니다. 마찬가지로 OC는 미토콘드리아가 풍부합니다. 인간 OC 배양은 OC 재흡수 활동이 해당 작용에 의존하는 반면 전구 세포와의 OC 분화를 위한 에너지 공급이 OXPHOS를 기반으로 한다는 것을 보여줍니다.
또한 신진 대사 가소성, 즉 해당 작용, OXPHOS 및 피루 베이트 수준의 조절이 OB 및 OC 분화 조절에 기여한다는 새로운 증거가 있습니다.
OB가 분비하는 RANKL(nuclear factor kappa-Beta ligand)의 수용체 활성제는 OC 재흡수를 활성화합니다. 생쥐에서 골수 OC 전구체의 RANKL 자극은 시험관 내에서 OC 분화 및 골 재흡수를 자극하는 ROS의 세포내 수준을 증가시킵니다. 또한, ROS는 골아세포 형성을 약화시키고 뼈 형성을 감소시켜 날개 없는 유형(Wnt) 신호 전달 경로를 억제합니다.
또한, m.DNA 중합효소 POLG(PolgA-/-)의 n.DNA 인코딩된 증명 판독 도메인에 돌연변이가 있는 마우스는 m.DNA 돌연변이를 축적하고 낮은 골량을 포함하는 조기 노화 표현형을 나타냅니다. 또한 n.DNA로 암호화된 미토콘드리아 전사 인자(TFAM)의 결핍은 ATP 고갈을 유발하고 TFAM 결핍 OC가 있는 마우스는 OC 활성이 증가하고 뼈 흡수가 증가합니다. 반대로, RC 복합체 1의 서브유닛인 NADH(nicotinamide-adenine dinucleotide) ubiquinone oxidoreductase Fe-S protein 4(NDUFS4)의 전반적인 손실은 골 흡수를 손상시키고, (ndufs4-/-) 마우스는 증가된 골밀도(BMD) 및 명백한 osteopetrosis 뼈 표현형.
목표는 MT-TL1 m.3243A>G(MIM: 590050)의 희귀한 미토콘드리아 질병 운반체를 가진 환자의 뼈 세포 표현형을 연구하는 것입니다. 유전자는 전사 인자 tRNALeu(UUA/UUG)를 인코딩하고 m.3243A>G는 이차 손상된 ATP 생산으로 RC 복합체의 조립. 표현형은 부분적으로 m.3243A>G 돌연변이 부담, 즉 이종질 수준(m.3243A>G/야생형 m.DNA의 백분율)과 관련이 있습니다. 연구 그룹은 또한 핵 암호화된 POLG(MIM: 174763) 및 TWNK(MIM: 606075)의 돌연변이 보인자를 포함합니다.
가설: 손상된 미토콘드리아 기능은 인간의 뼈 세포 분화, 대사 및 활동에 영향을 미쳐 뼈 형성 장애 및 뼈 취약성을 유발합니다.
목표: 유전성 미토콘드리아 돌연변이(예: 미토콘드리아 기능 장애, ATP 고갈 및 ROS의 이차적 증가)의 보균자가 다음을 변화시키는지 확인합니다.
- 체외 OB 분화율, OB 활동 및 뼈 형성.
- 체외 OC 분화, OC 활성 및 전반적인 골 흡수 증가.
- 장골 능선 뼈 생검에서 조사된 바와 같이 뼈 형성 및 흡수의 조직 수준 역학의 생체 내 변화.
설계, 참여자 및 방법: 다음 돌연변이 중 하나를 보유하는 피험자(>18세)를 포함하는 횡단면 케이스 컨트롤 연구:
- MT-TL1 m.3243A>G
- POLG 돌연변이
- 트윙클
성별, 연령 및 BMI에 일치하는 각 병원성 유전 변이 및 동일한 수의 대조군(n=30)이 있는 N=10 사례.
연구 유형
등록 (추정된)
단계
- 해당 없음
연락처 및 위치
연구 장소
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-
-
Aalborg, 덴마크
- Dept. of Clinical Genetics
-
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참여기준
자격 기준
공부할 수 있는 나이
건강한 자원 봉사자를 받아들입니다
설명
포함 기준 - 사례:
- 유전자 진단: MT-TL1 m.3243A>G, 또는 POLG 변형, het 또는 TWNK 변형, het, > 18년
- 서명된 동의서
포함 기준 - 대조군:
- 나이와 성별이 일치하는 건강한 피험자 > 18세
- 서명된 동의서
제외 기준:
- 신장(크레아티닌 > 90µmol/l)
- 간 기능 장애(AST > 상한치의 3배)
- 골대사에 영향을 미치는 의학적 치료(경구 코르티코스테로이드 <12주, 항골다공증 치료, 성 스테로이드, 항경련제)
- 임신
- 알코올의 과도한 소비
- 항응고제로 치료
- 기존 응고병증
- 리도카인, 모르핀 또는 디아제팜에 대한 알레르기.
공부 계획
연구는 어떻게 설계됩니까?
디자인 세부사항
- 주 목적: 기초 과학
- 할당: 해당 없음
- 중재 모델: 단일 그룹 할당
- 마스킹: 없음(오픈 라벨)
무기와 개입
참가자 그룹 / 팔 |
개입 / 치료 |
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다른: 케이스 및 컨트롤
임상 평가, 혈액 샘플, 이중 에너지 X선 흡광계(DXA) 스캔, 골수 평가, 테트라사이클린 표지 뼈 생검
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혈액 샘플, 골수 및 골 생검 평가
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연구는 무엇을 측정합니까?
주요 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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세포외 산성화율(ECAR)(mpH/min)
기간: 최대 12주
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인간 골수 골격(중간엽) 줄기 세포(hBM-MSC), 조골 세포(OB) 및 파골 세포(OC)에서 ECAR 측정
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최대 12주
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산소 소비율(OCR)(mpMol/min)
기간: 최대 12주
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HBM-MSC, OB 및 OC에서 OCR 측정
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최대 12주
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성장률(세포수)
기간: 최대 12주
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OB 및 OC의 성장률
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최대 12주
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2차 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
|---|---|---|
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뼈 성장률(µm/일)
기간: 최대 4주
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테트라사이클린으로 표지된 뼈 생검에서 뼈 성장의 조직측정학적 측정
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최대 4주
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조직 형태 측정
기간: 최대 4주
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뼈 생검의 조직측정학적 연구
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최대 4주
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공동 작업자 및 조사자
수사관
- 수석 연구원: Anja L Frederiksen, MD, Aalborg University Hospital
간행물 및 유용한 링크
일반 간행물
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