Ilmuwan menjelaskan peran protein tertentu dalam pembentukan sel yang penting untuk pemeliharaan tulang
Penyakit tulang dan sendi kronis, seperti osteoporosis dan rheumatoid arthritis, menyerang jutaan orang di seluruh dunia, khususnya para lansia, sehingga menurunkan kualitas hidup mereka. Faktor penting dalam kedua penyakit ini adalah aktivitas berlebihan dari sel-sel penghancur tulang yang disebut osteoklas. Osteoklas dibentuk melalui diferensiasi dari jenis sel kekebalan tertentu yang disebut makrofag, setelah itu mereka memperoleh peran barunya dalam pemeliharaan tulang dan sendi: menghancurkan jaringan tulang untuk memungkinkan osteoblas — jenis sel lain — untuk memperbaiki dan merombak sistem kerangka .
Secara umum, dua proses intraseluler terlibat dalam diferensiasi ini: pertama, transkripsi — di mana messenger RNA (mRNA) dibuat dari informasi genetik dalam DNA — dan kemudian, translasi — di mana informasi dalam mRNA didekodekan untuk menghasilkan protein yang melakukan fungsi tertentu di dalam sel. Sejak penemuan peran protein tertentu yang disebut RANKL dalam pembentukan osteoklas, para ilmuwan telah memecahkan sebagian besar teka-teki di mana jalur pensinyalan sel dan jaringan transkripsi mengatur pembentukan osteoklas. Namun, proses seluler pasca-transkripsi yang terlibat masih harus dipahami.
Sekarang, dalam sebuah studi baru yang diterbitkan dalam Biochemical and Biophysical Research Communications, para ilmuwan di Tokyo University of Science, Jepang, mengungkap peran protein yang disebut Cpeb4 dalam proses kompleks ini. Cpeb4 adalah bagian dari keluarga protein "cytoplasmic polyadenylation element binding (CPEB)", yang mengikat RNA dan mengatur aktivasi dan represi translasi, serta mekanisme "penyambungan alternatif" yang menghasilkan varian protein. Dr Tadayoshi Hayata, yang memimpin penelitian tersebut, menjelaskan: “Protein CPEB terlibat dalam berbagai proses dan penyakit biologis, seperti autisme, kanker, dan diferensiasi sel darah merah. Namun, fungsinya dalam diferensiasi osteoklas tidak diketahui dengan jelas. Oleh karena itu, kami melakukan serangkaian eksperimen untuk mengkarakterisasi protein dari famili ini, Cpeb4, menggunakan kultur sel makrofag tikus. "
Dalam berbagai percobaan kultur sel yang dilakukan, makrofag tikus distimulasi dengan RANKL untuk memicu diferensiasi osteoklas dan evolusi kultur dipantau. Pertama, para ilmuwan menemukan bahwa ekspresi gen Cpeb4, dan akibatnya jumlah protein Cpeb4, meningkat selama diferensiasi osteoklas. Kemudian, melalui mikroskop imunofluoresensi, mereka memvisualisasikan perubahan lokasi Cpeb4 di dalam sel. Mereka menemukan bahwa Cpeb4 bergerak dari sitoplasma ke dalam inti, sambil menampilkan bentuk tertentu (osteoklas cenderung menyatu dan membentuk sel dengan banyak inti). Ini menunjukkan bahwa fungsi Cpeb4 yang terkait dengan diferensiasi osteoklas kemungkinan besar dilakukan di dalam nukleus.
Untuk memahami bagaimana stimulasi RANKL menyebabkan relokalisasi Cpeb4 ini, para ilmuwan secara selektif "menghambat" atau menekan beberapa protein yang terlibat "hilir" dalam jalur pensinyalan intraseluler yang dipicu oleh stimulasi tersebut. Mereka mengidentifikasi dua jalur yang diperlukan untuk proses tersebut. Meskipun demikian, eksperimen lebih lanjut akan diperlukan untuk mempelajari sepenuhnya urutan peristiwa yang terjadi dan semua protein yang terlibat.
Akhirnya, Dr Hayata dan timnya mendemonstrasikan bahwa Cpeb4 mutlak diperlukan untuk pembentukan osteoklas menggunakan kultur makrofag di mana Cpeb4 secara aktif dihilangkan. Sel-sel dalam kultur ini tidak mengalami diferensiasi lebih lanjut untuk menjadi osteoklas.
Secara keseluruhan, hasil ini merupakan batu loncatan untuk memahami mekanisme seluler yang terlibat dalam pembentukan osteoklas. Dr Hayata berkomentar: “Studi kami menyoroti peran penting protein pengikat RNA Cpeb4 sebagai“ influencer ”positif dari diferensiasi osteoklas. Ini memberi kami pemahaman yang lebih baik tentang kondisi patologis penyakit tulang dan sendi dan dapat berkontribusi pada pengembangan strategi terapeutik untuk penyakit utama seperti osteoporosis dan rheumatoid arthritis. ” Diharapkan, pemahaman yang lebih dalam tentang generasi osteoklas yang difasilitasi oleh penelitian ini pada akhirnya akan diterjemahkan ke dalam peningkatan kualitas hidup bagi orang yang hidup dengan penyakit tulang dan sendi yang menyakitkan.
Tentang Universitas Sains Tokyo
Tokyo University of Science (TUS) adalah universitas terkenal dan dihormati, dan universitas riset swasta khusus sains terbesar di Jepang, dengan empat kampus di pusat Tokyo dan pinggiran kota dan di Hokkaido. Didirikan pada tahun 1881, universitas ini terus memberikan kontribusi bagi perkembangan sains Jepang dengan menanamkan kecintaan pada sains pada peneliti, teknisi, dan pendidik.
Dengan misi “Menciptakan iptek untuk harmonisasi perkembangan alam, manusia, dan masyarakat”, TUS telah melakukan berbagai penelitian mulai dari ilmu dasar hingga ilmu terapan. TUS telah menerapkan pendekatan multidisiplin untuk penelitian dan melakukan studi intensif di beberapa bidang paling vital saat ini. TUS adalah meritokrasi di mana yang terbaik dalam sains diakui dan dipelihara. Ini adalah satu-satunya universitas swasta di Jepang yang telah menghasilkan pemenang Hadiah Nobel dan satu-satunya universitas swasta di Asia yang menghasilkan pemenang Hadiah Nobel dalam bidang ilmu pengetahuan alam.
Tentang Associate Professor Tadayoshi Hayata dari Tokyo University of Science
Sejak 2018, Dr Tadayoshi Hayata telah menjadi Associate Professor dan Principal Investigator di Departemen Farmakologi Molekuler, Fakultas Ilmu Farmasi, di Tokyo University of Science. Laboratoriumnya berfokus pada metabolisme tulang, diferensiasi sel, farmakologi molekuler, dan bidang serupa untuk memahami sifat penyakit tulang dan sendi serta menemukan target terapeutik. Dr Hayata berafiliasi dengan beberapa Masyarakat Jepang dan American Society for Bone and Mineral Research. Dia telah menerbitkan lebih dari 50 artikel asli dan memberikan lebih dari 150 presentasi di konferensi akademik. Selain itu, penelitiannya tentang osteoporosis telah beberapa kali dimuat di surat kabar Jepang.
Informasi pendanaan
Studi ini didukung oleh JSPS KAKENHI [nomor hibah 18K09053]; Nanken-Kyoten, TMDU (2019); Yayasan Nakatomi; Dukungan Riset Astellas; Kontribusi Akademik Pfizer; Kontribusi Akademik Daiichi-Sankyo; Kontribusi Akademik Teijin Pharma; Kontribusi Akademik Eli Lilly Jepang; Kontribusi Akademik Farmasi Otsuka; Kontribusi Akademik Shionogi; Kontribusi Akademik Farmasi Chugai.
