Par proteina, IAP i TAZ, identifikovani su kao provodnici razvoja kostiju u materici i mogli bi da pruže uvid u genetske bolesti kao što je osteogenesis imperfecta, obično poznata kao „bolest krhkih kostiju“.
Ovo malo istraživanje zasnovano na životinjama, objavljeno u Developmental Cell i koje vode članovi McKai ortopedske istraživačke laboratorije na Medicinskom fakultetu Perelman na Univerzitetu u Pensilvaniji, dodaje razumevanje oblasti mehanobiologije, koja proučava kako mehaničke sile utiču na biologiju.
„Uprkos više od jednog veka studija o mehanobiologiji razvoja kostiju, ćelijska i molekularna osnova je uglavnom ostala misterija“, rekao je viši autor studije, dr Joel Boerkel, vanredni profesor ortopedske hirurgije. „Ovde identifikujemo novu populaciju ćelija koje su ključne za pretvaranje ranog šablona hrskavice tela u kost, vođene silom aktiviranim proteinima koji regulišu gen, IAP i TAZ.“
Pročešljavanjem gena izraženih u pojedinačnim ćelijama u razvoju mišjih udova, kroz jednoćelijsko sekvenciranje, Boerkel i prvi autor studije, bivši student doktorskih studija Penn bioinženjeringa Džozef Kolins, zajedno sa svojim kolegama, pronašli su i opisali klasu ćelija koje su nazvali „prekursori osteoblasta povezani sa sudovima (VOPs)“ koji „napadaju“ ranu hrskavicu pored krvnih sudova.
Pošto su osteoblasti ćelije potrebne za formiranje (i fiksiranje) kostiju, ove ćelije bi u suštini bile babe i dede kostima, a osteoblasti su roditelji kostiju.
I, što je još važnije, par proteina nazvanih IAP i TAZ koji su osetljivi na prirodno kretanje tela – za šta je prethodni rad tima pokazao da je od ključnog značaja za rani razvoj i regeneraciju kostiju – služe kao vodiči za VOP, prenoseći signale koje pokupiti iz mehanobiologije tela.
Istraživači su otkrili da IAP i TAZ pomažu u direktnoj integraciji krvnih sudova u hrskavicu, što je vitalni aspekt razvoja kostiju. Bili su u stanju da pokažu ovu ulogu tako što su prvo genetski uklonili IAP i TAZ iz modela ljudskih ćelija, što je izgleda zaustavilo angiogenezu, proces kojim se formiraju novi krvni sudovi. Zatim su istraživači tretirali te modele ljudskih ćelija posebnom vrstom proteina zvanom CKSCL12, koji je obnovio IAP i TAZ i ponovo pokrenuo normalnu angiogenezu.
Studija je rezultat dugogodišnje saradnje sa dr Niamhom Novlanom sa Univerzitetskog koledža u Dablinu, čija se laboratorija fokusira na to kako mehaničke sile usmeravaju razvoj skeleta kod životinjskih modela i ljudskih pacijenata.
Takođe je prikladno da Boerkel, Kolins i njihov tim koriste svoje istraživanje razvoja kostiju kao sočivo za dalje razumevanje mehanobiologije.
„Proučavanje razvoja kostiju je rodno mesto mehanobiologije“, rekao je Boerkel. „Na primer, Volfov zakon transformacije kostiju kaže da se trabekularna—spužvasta—kost prilagođava na način u zavisnosti od naprezanja koji joj se stavlja, ali je Džulijus Volf proveo više vremena u svojoj knjizi iz 1894. fokusiranoj na razvoj kostiju nego na trabekularnu kost.
Sa informacijama koje su istraživači Penna prikupili iz svoje studije o razvoju kostiju i mehanobiologiji, oni veruju da sada mogu da informišu o nekim saznanjima i, nadamo se, lečenju genetskih i urođenih mišićno-skeletnih stanja. To uključuje bolest krhkih kostiju — u kojoj telo ne proizvodi pravilno kolagen, što uzrokuje kosti koje se lako mogu lomiti — ili artrogripozu — stanje u kojem se zglobovi nepravilno razvijaju zbog ograničenog pokreta fetusa.
„Sada radimo na korišćenju ovih nalaza za ciljanje ovih ćelija i puteva, bilo direktnim mehaničkim ili farmakološkim sredstvima, da bismo obnovili ćelijsku funkciju i pravilan razvoj kostiju u materici, potencijalno sprečavajući ove vrste stanja“, rekao je Boerkel.
