Cbfβの軟骨細胞特異的ノックアウトにより、マウスにおける軟骨細胞の成熟、成長板の発達、海綿骨形成にCbfβが不可欠な機能を持つことが明らかになった

Chondrocyte-specific knockout of Cbfβ reveals the indispensable function of Cbfβ in chondrocyte maturation, growth plate development and trabecular bone formation in mice.

• Mengrui Wu
• Yi-Ping Li
• Guochun Zhu
• Yun Lu
• Yiping Wang
• Joel Jules
• Matthew McConnell
• Rosa Serra
• Jian-Zhong Shao
• Wei Chen

抄録

骨形成に関する長年の研究にもかかわらず、転写因子が成長板の発達と海綿骨形成を規定するメカニズムは不明であり、海綿骨形成における肥大性軟骨細胞の役割については議論の余地がある。生後の軟骨発達と内軟骨形成におけるコア結合因子β（Cbfβ）の役割を研究するために、軟骨細胞特異的Cbfβ-欠損マウス（Cbfβf/fCol2α1-Creマウス）を作製した。Cbfβf/f/Col2α1-Creマウスは、発生・新生児の致死性を回避して成人期まで生存し、重度の骨格奇形を呈した。Cbfβf/fCol2α1-Creマウスは、小人症、低形成性骨格、骨ミネラリゼーションの欠損、四肢の短縮、胸骨体の短縮、石灰化していない後頭骨と舌骨を有していた。長骨軟骨では、Cbfβf/fCol2α1-Creマウスでは、安静部が伸長し、軟骨細胞の増殖と肥大が障害され、成長板の変形が認められた。変異マウスでは、一次海綿体形成が遅延し、骨幹部が短縮し、海綿骨形成がほとんど見られなかった。また、二次海綿体のラメラ骨形成も障害されていた。しかし、海綿骨の破骨細胞形成には影響を与えなかった。Cbfβ欠損は軟骨内の軟骨細胞制御遺伝子（Ptc1、Cyclin D1、Indian hedgehog (Ihh)）の発現を低下させた。興味深いことに、変異体の軟骨ではRunx2とRunx3の発現に変化は見られなかった。以上の結果から、Cbfβは成長板の発達や軟骨細胞の増殖・分化に関与しており、生後の骨格形成や軟骨内骨形成に重要な役割を果たしていることが明らかになりました。また、Cbfβを介した軟骨細胞の成熟が海綿骨の形態形成に重要であることも明らかにした。これらの知見は、出生後の骨格形成におけるCbfβの役割を明らかにするものであり、骨粗鬆症の新しい治療法の開発に役立つ可能性があります。

Despite years of research into bone formation, the mechanisms by which transcription factors specify growth plate development and trabecular bone formation remain unclear and the role of hypertrophic chondrocytes in trabeculae morphogenesis is controversial. To study the role of Core binding factor beta (Cbfβ) in postnatal cartilage development and endochondral bone formation, we generated chondrocyte-specific Cbfβ-deficient mice (Cbfβf/fCol2α1-Cre mice) using floxed alleles of Cbfβ (Cbfβf/f) and Cre driven by the Collagen 2α1 promoter (Col2α1-Cre). Cbfβf/fCol2α1-Cre mice evaded developmental and newborn lethality to survive to adulthood and displayed severe skeletal malformation. Cbfβf/fCol2α1-Cre mice had dwarfism, hypoplastic skeletons, defective bone mineralization, shortened limbs, shortened sternum bodies, and un-calcified occipital bones and hyoid bones. In the long bone cartilage, the resting zone was elongated, and chondrocyte proliferation and hypertrophy were impaired in Cbfβf/fCol2α1-Cre mice, which led to deformation of the growth plates. Primary spongiosa formation was delayed, diaphysis was shortened and trabecular bone formation was almost absent in the mutant mice. In addition, lamellar bone formation in the secondary spongiosa was also impaired. However, osteoclast formation in the trabecular bone was not affected. Cbfβ deficiency led to down-regulation of chondrocyte-regulating genes [i.e, patched (Ptc1), Cyclin D1 and Indian hedgehog (Ihh)] in the cartilage. Interestingly, the expression of Runx2 and Runx3 was not changed in the cartilage of the mutants. Collectively, the results revealed that Cbfβ is crucial for postnatal skeletal development and endochondral bone formation through its function in growth plate development and chondrocyte proliferation and differentiation. This study also revealed that chondrocyte maturation, mediated by Cbfβ, was critical to trabecular bone morphogenesis. Significantly, these findings provide insight into the role of Cbfβ in postnatal skeletogenesis, which may assist in the development of new therapies for osteoporosis.