骨シアロタンパク質はマウスの歯槽骨の治癒に重要である

Bone Sialoprotein Is Critical for Alveolar Bone Healing in Mice.

抄録

骨シアロタンパク質（BSP）は、ミネラル化組織、特に骨とセメント質に関連する細胞外マトリックス（ECM）タンパク質である。BSPは、コラーゲン結合、ハイドロキシアパタイトの核形成、細胞シグナル伝達などに関与する機能ドメインを含んでいるが、骨芽細胞や破骨細胞の分化や機能に関する理解はまだ不十分である。BSPを遺伝子レベルで欠損させたノックアウト（）マウスでは、発達に伴う骨のミネラル化およびリモデリングの障害が見られ、歯槽骨は後頭骨の大腿骨や脛骨に比べてより深刻な影響を受けると言われている。歯槽骨の治癒におけるBSPの役割については、これまで研究されていない。我々は、BSPの切除により歯槽骨の治癒に欠陥が生じると仮定した。生後42日目のマウスと野生型（WT）対照マウスで、上顎第一大臼歯抜歯窩治癒モデルを採用した。マイクロCT、組織学、in situ hybridization（ISH）、免疫組織化学（IHC）、定量的ポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）アレイによって解析された。歯槽骨の治癒は、骨体積率（BV/TV）、骨密度（BMD）、組織ミネラル密度（TMD）の増加とともに進行し、7〜56dppで織骨から成骨に移行した。歯槽骨の治癒過程で、他の骨形成マーカーと同様にメッセンジャーRNAとBSPタンパク質が強く発現していた。WTマウスと比較すると、すべての時点でBV/TVとBMDが50％から70％減少し、21dppでTMDが7％減少し、mRNAの発現が異常に増加し、治癒ソケットに織骨と骨髄が持続的に存在した。qPCRにより、WTマウスの歯槽骨で遺伝子発現が大幅に異常になり、骨芽細胞、破骨細胞、ミネラル化、ECM、細胞シグナル、炎症マーカーなど機能グループにおいて試験した45％の遺伝子で有意な発現異常が確認された。BSPは歯槽骨の治癒に不可欠な因子であり、その欠損は治癒に関与する複数の主要な経路を阻害すると結論した。

Bone sialoprotein (BSP) is an extracellular matrix (ECM) protein associated with mineralized tissues, particularly bone and cementum. BSP includes functional domains implicated in collagen binding, hydroxyapatite nucleation, and cell signaling, although its function(s) in osteoblast and osteoclast differentiation and function remain incompletely understood. Genetic ablation of BSP in knockout () mice results in developmental bone mineralization and remodeling defects, with alveolar bone more severely affected than the femurs and tibias of the postcranial skeleton. The role of BSP in alveolar bone healing has not been studied. We hypothesized that BSP ablation would cause defective alveolar bone healing. We employed a maxillary first molar extraction socket healing model in 42-d postnatal and wild-type (WT) control mice. Tissues were collected at 0, 7, 14, 21, and 56 d postprocedure (dpp) for analysis by micro-computed tomography (microCT), histology, in situ hybridization (ISH), immunohistochemistry (IHC), and quantitative polymerase chain reaction (qPCR) array. As expected, alveolar bone healing progressed in WT mice with increasing bone volume fraction (BV/TV), bone mineral density (BMD), and tissue mineral density (TMD), transitioning from woven to mature bone from 7 to 56 dpp. messenger RNA (mRNA) and BSP protein were strongly expressed during alveolar bone healing in parallel with other osteogenic markers. Compared to WT, mice exhibited 50% to 70% reduced BV/TV and BMD at all time points, 7% reduced TMD at 21 dpp, abnormally increased and mRNA expression, and persistent presence of woven bone and increased bone marrow in healing sockets. qPCR revealed substantially dysregulated gene expression in alveolar bone of versus WT mice, with significantly disrupted expression of 45% of tested genes in functional groups, including markers for osteoblasts, osteoclasts, mineralization, ECM, cell signaling, and inflammation. We conclude that BSP is a critical and nonredundant factor for alveolar bone healing, and its absence disrupts multiple major pathways involved in appropriate healing.