一次繊毛は、セラミド-PKCζ-β-カテニンシグナルを介して、骨形成における細胞の整列とパターニングを制御している

Primary cilia control cell alignment and patterning in bone development via ceramide-PKCζ-β-catenin signaling.

• Jormay Lim
• Xinhua Li
• Xue Yuan
• Shuting Yang
• Lin Han
• Shuying Yang

抄録

繊毛内輸送（IFT）タンパク質は繊毛の組み立てと機能に不可欠である。IFTタンパク質の突然変異は繊毛症を引き起こし、それは可変骨格異常として現れます。しかし、IFTタンパク質がどのように骨の発生過程で細胞の配列を制御しているのかは不明である。ここでは、Osterix-Creと誘導性I型コラーゲン-CreERTを用いた骨芽細胞系におけるIFT20の欠失が、細胞アライメントの低下と骨量の減少を引き起こすことを示している。この知見は、IFT20欠損大腿骨におけるコラーゲン線維の乱れと骨強度と骨剛性の低下によって検証された。IFT20欠失により三次元スフェロイドの同心円状の組織が破壊されたことから、IFT20は骨芽細胞の繊毛と細胞の整列を維持していた。IFT20はセラミド-PKCζ複合体と相互作用して繊毛のPKCζリン酸化を促進し、骨芽細胞ではβ-カテニンの先端局在を誘導することが明らかになったが、これらはいずれもIFT20欠失により阻害された。これらの結果から、IFT20は骨の発生過程でセラミド-pPKCζ-β-カテニンシグナルを介して極性と細胞整列を制御していることが明らかになった。

Intraflagellar transport (IFT) proteins are essential for cilia assembly and function. IFT protein mutations lead to ciliopathies, which manifest as variable skeletal abnormalities. However, how IFT proteins regulate cell alignment during bone development is unknown. Here, we show that the deletion of IFT20 in osteoblast lineage using Osterix-Cre and inducible type I Collagen-CreERT cause a compromised cell alignment and a reduced bone mass. This finding was validated by the disorganized collagen fibrils and decreased bone strength and stiffness in IFT20-deficient femurs. IFT20 maintains cilia and cell alignment in osteoblasts, as the concentric organization of three-dimensional spheroids was disrupted by IFT20 deletion. Mechanistically, IFT20 interacts with the ceramide-PKCζ complex to promote PKCζ phosphorylation in cilia and induce the apical localization of β-catenin in osteoblasts, both of which were disrupted in the absence of IFT20. These results reveal that IFT20 regulates polarity and cell alignment via ceramide-pPKCζ-β-catenin signaling during bone development.