Учёные раскрыли механизм роста костей

Исследовательская группа под руководством доктора Чжоу Бо из Центра передового опыта в области молекулярной клеточной науки Шанхайского института биохимии и клеточной биологии Китайской академии наук сообщила в журнале Cell Stem Cell о переходе скелетных предшественников во время постнатального роста костей.

Постнатальный рост и регенерация кости зависят от остеобластов, образованных скелетными предшественниками. Было идентифицировано несколько различных типов клеток как скелетные предшественники, включая LepR⁺ стромальные клетки костного мозга (BMSCs) и постнатальные Acan⁺ хондроциты.

LepR⁺ BMSCs находятся в периваскулярной области костного мозга, давая начало остеобластам и адипоцитам в физиологических условиях, в то время как постнатальные Acan⁺ хондроциты расположены в ростовой пластинке, формируя остеобласты, а также BMSCs. Однако функциональная гетерогенность и иерархические отношения между этими двумя различными скелетными предшественниками оставались неизвестными.

В этом исследовании учёные использовали инструменты трассировки линии для отслеживания судьбы хондроцитов и LepR⁺ BMSCs на разных стадиях. Они обнаружили, что формирование кости последовательно контролируется перинатальными хондроцитами (до подросткового возраста) и взрослыми LepR⁺ клетками (после подросткового возраста).

Для исследования иерархических отношений между хондроцитами и LepR⁺ BMSCs учёные разработали систему двойной рекомбиназы для одновременного отслеживания судьбы хондроцитов и LepR⁺ BMSCs. Данные показали, что большинство LepR⁺ клеток и их потомков происходят от фетальных хондроцитов, а остеобласты, производные от LepR, и остеобласты, производные от Acan, демонстрируют градиентный паттерн распределения.

Кроме того, учёные обнаружили, что условный нокаут гена Runx2, главного регулятора остеогенной дифференцировки, в перинатальных хондроцитах и взрослых LepR⁺ клетках нарушает рост и утолщение кости соответственно, и что при физической нагрузке, по сравнению со взрослыми LepR⁺ клетками, перинатальные хондроциты были более склонны к дифференцировке в остеобласты.

Это исследование подчеркивает временной и пространственный переход скелетных предшественников на разных стадиях развития кости, раскрывает иерархические отношения между различными скелетными предшественниками в развитии и объясняет, с точки зрения стволовых клеток, как кости конечностей млекопитающих переходят от быстрого продольного роста к гораздо более медленному аппозиционному поддержанию после подросткового возраста.