Джавед, преподаватель в Школе UAB Отдела Стоматологии Устной и Челюстно-лицевой Хирургии, говорит, что результаты будут способствовать персонализированной медицине будущего. В этом месяце Джавед представил эту работу постоянной комнате только аудитория в Международной ассоциации для Зубного Годового собрания Исследования в Бостоне. Работа была недавно издана в двух статьях в Журнале Кости и Минерального Исследования.
Это было известно, что удаление обеих копий runx2 гена смертельно, и организм не может сформировать кость, зубы или хрящ.Чтобы узнать о функции runx2 в определенных типах клеток, Джавед и его коллеги развивали мышей, у которых обе копии runx2 гена были удалены в только одной из двух ключевых клеток для костной ткани – или chondrocytes или остеобласты.
«Наша цель состояла в том, чтобы анализировать и чесать, какая клетка действительно вносит то, что в развитии кости», сказал Джавед. «Runx2 жизненно важен. Но когда мы хвалим персонализированную медицину, мы должны определить, который специализировал клетки, чтобы предназначаться в костной ткани».Изучение этих мышей (технически известный как условный нокаут следующего поколения runx2 модель) показывает, что у chondrocytes и остеобластов есть удивительно различные функции в формировании кости во время беременности или после рождения:• Chondrocytes вовлечены в минерализацию кости во время эмбрионального развития.• Остеобласты вовлечены в рост кости во время послеродового развития.
Это – важный шаг вперед в понимании биологии костей – динамические, сложные органы, которые активно реконструированы в течение жизни. У костей есть производящие хрящ клетки (chondrocytes), создающие кость клетки (остеобласты), едящие кость клетки (остеокласты), нейронные клетки и формирование крови (hematopoietic) клетки. Соединительная ткань и мышца окружают кости.
ChondrocytesМодель Джаведа началась с производящих хрящ клеток. «Мы сначала удалили runx2 ген в chondrocytes, клетки, которые фундаментальны для каждой ткани хряща в теле», сказал Джавед. «Наше первое удивление было смертностью при рождении».Череп новорожденных мыши был нормален (кости черепа сформированы посредством различного процесса создания кости); но хрящ всех других костей в теле не назрел и был заменен минерализованной костью, процесс, известный как эндохрящевая косность. Так runx2, который, как ранее думали, функционировал только в развитии неизлечимо, назревают chondrocyte, теперь, кажется, действует ранее.
Без runx2 гена chondrocytes неспособны распространиться и дифференцироваться в колонку клеток, необходимых для формирования кости и удлинения. Мутант удаления показал, что runx2 непосредственно регулирует уникальный набор четырех генов клеточного цикла, чтобы контролировать пролиферативную способность chondrocytes. runx2 мыши мутанта также болели карликовостью из-за близкого отсутствия пролиферативной зоны в пластинах роста костей.ОстеобластыКогда группа Джаведа удалила runx2 в клетках остеобласта, результаты были снова удивительны. «Здесь мы ожидали смертность», сказал Джавед. «К нашему удивлению они родились живые.
Когда мы видели, что, думали, что это была ошибка. Мы начали подвергать сомнению, ‘Что произошло?’»Считалось, что runx2 мутация будет препятствовать тому, чтобы остеобласты дифференцировались в их заключительную стадию развития зрелых остеобластов, и таким образом оставлять мышей без костей.
Но результаты показали, что runx2 ген не важен после того, как клетки уже приняли на себя обязательство становиться зрелыми остеобластами. Таким образом большинство костей мышей обычно развивалось, хотя у них было плохое отвердение.Исключением был череп, который сформирован посредством различного процесса создания кости (внутриперепончатая косность).
У черепов runx2 мышей мутанта были открытый fontanelles и швы – мягкие пятна головы между шестью пластинами черепа, пятна, которые, как предполагается, соединяются в кость после рождения. Открытые fontanelles – один из признаков, замеченных в человеческом наследственном врожденном беспорядке cleidocranial нарушение роста (CCD), вызванный мутацией heterozygous runx2; но мыши не показали другой признак человеческого CCD, недостающей ключицы.
Испытывая недостаток в ключице, пациенты CCD в состоянии коснуться плеч вместе перед грудью.«Затем у нас было дополнительное удивление», сказал Джавед относительно мышей с runx2 удалением в остеобластах. «Это – послеродовой скелетный рост, который затронут. Мышь обычно начинает, но на три месяца возраста – который эквивалентен 18-21 году в людях – у мышей было на 30 процентов меньше веса, чем мыши дикого типа».runx2 мутация в остеобластах вызвала плохое выравнивание лесов коллагена, которые предоставляют структурную силу минерализованной кости.
Это оставило кости хрупкими, менее жесткими и подверженными переломам. Как дополнительное удивление, runx2 мутация в остеобластах вызвала значительное сокращение остеокластов (едящие кость клетки, которые сотрудничают с остеобластами в модернизации кости).runx семейный Runx2 – а также два связанных гена, названные runx1 и runx3 – является основным транскрипционным фактором, который управляет по крайней мере тысячей других генов.
Воздействие развития этих runx генов (объявленный или «runks» или «пробег – исключая») долго было известно, делая мутантов удаления каждого гена. Эти мутанты удаления смертельны во время гестационного развития, но каждый основной транскрипционный фактор управляет совсем другой тканью.В то время как runx2 управляет костью, зубами и хрящом, организмы с потерей runx1 гена переносят проблемы в hematopoiesis.
Удаление runx3 гена приводит к гиперплазии желудочно-кишечного тракта.