섬유모세포성장인자-23이 D1 간엽줄기세포에서 조골세포로의 분화 및 기질 광화에 미치는 영향

Abstract

섬유모세포성장인자-23(fibroblast growth factor 23, FGF23)은 뼈를 형성하는 세포에서 주로 생성되지만 그 작용은 신장에서 이루어진다. FGF23은 신장의 나트륨-인산염 공동수송체(Na-phosphate cotransporter)를 억제하여 인산염 재흡수를 감소시킨다. 이렇게 함으로써 인산염 항상성을 조절하는 작용과는 별개로 이것은 in vivo에서 뼈 형성을 억제하는 것으로 알려져 있다. 두개골 조골세포를 이용한 연구에서도 FGF23은 조골세포의 발달, 즉 분화 및 기질의 광화(mineralization)에 악영향을 미쳤다. 본 연구는 FGF23이 골수 유래 간엽줄기세포에서 조골세포로의 발달에 있어서도 유사한 영향을 줄 것인지를 조사한 것이다. 간엽줄기세포주인 D1 세포를 β-glycerophosphate, ascorbic acid, dexamethazone이 포함된 조골배(osteogenic medium)에 배양하여 alkaline phosphatase (Alp) 염색으로 분화를, Alizarin red 염색과 기질의 칼슘 함량의 분석을 통해 광화를 평가하였다. 분화 촉진 유전자인 Runx2, osteocalcin, Alp와 광화 억제 유전자인 Enpp1, Ank의 발현은 RT-PCR로 분석하였다. D1 세포의 증식과 조골세포로의 분화는 생리학적 농도를 훨씬 초과하는 FGF23의 농도에 의해서도 달라지지 않았다. FGF23 처치 1주, 2주, 3주 후 Alizarin red 염색에 의한 광화 정도의 평가에서도 대조군과 실험군의 차이는 발견되지 않았다. 그러나 두 군 모두 시간이 경과함에 따라 광화는 증가되었다. 기질에 침착된 칼슘의 양 또한 차이가 없었다. 분화 촉진 유전자와 광화 억제 유전자의 발현도 양 군 간에 다르지 않았다. 이러한 부정적인(negative) 결과는 FGF23에 의한 세포 내 신호전달의 장애가 아님이 Erk 인산화로 확인되었다. 이상의 결과로 미루어 두개골의 조골세포와 달리 FGF23은 간엽줄기세포에서 조골세포로의 분화와 광화에는 영향을 미치지 않을 것으로 사료된다. Although fibroblast growth factor 23 (FGF23) is exclusively produced in osteoblasts and osteocytes, its main target is the kidney, where it decreases phosphate reabsorption by suppressing Na-phosphate cotransporters. Independently of its action on phosphate homeostasis, FGF23 also inhibits bone formation in vivo. In a calvarial osteoblastic cell model, FGF23 was shown to negatively affect extracellular matrix mineralization. This study investigated whether FGF23 had similar effects on osteoblast maturation, including differentiation and mineralization of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs). D1 MSCs were cultured in an osteogenic medium containing β-glycerophosphate, ascorbic acid, and dexamethazone. Osteoblastic differentiation was evaluated by alkaline phosphatase (Alp) staining, and matrix mineralization was evaluated by alizarin red staining and calcium deposition. The expression of differentiation-stimulating genes Runx2, Alp, and osteocalcin and mineralization-inhibiting genes Enpp1 and Ank was analyzed using semiquantitative RT-PCR. Supraphysiological doses of FGF23 did not stimulate proliferation or osteoblastic differentiation of MSCs. Matrix mineralization 1, 2, and 3 weeks after the FGF23 treatment did not vary between control and FGF23 groups, although time-dependent enhancement of mineralization was obvious. Calcium deposition was also unchanged after the FGF23 treatment. mRNA expression levels of differentiation- and mineralization-related genes were also similar between the groups. Despite these negative findings, FGF23 signaling through FGF receptors seemed to function normally, with phosphorylation of the Erk protein more evident in the FGF23 group than in controls. These findings suggest that unlike calvarial osteoblasts, FGF23 is not likely to affect osteoblastic differentiation and mineralization of MSCs.