機械的刺激を負荷した培養骨芽細胞におけるNa^+/Ca^<2+>交換体の発現とF-アクチン線維の走行性に関する研究  [in Japanese] Effects of Mechanical Stimulation on the Expression of Na^+/Ca^<2+> Exchanger mRNA and Orientation of F-actin Filaments in Cultured Osteoblastic Cells  [in Japanese]

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Abstract

骨組織が生理的機能を維持するには, 様々な機械的刺激 (メカニカルストレス) が重要である. また細胞内Ca<sup>2+</sup>シグナルは細胞機能に必須のシグナル経路である. 本実験では, 3次元的な機械的刺激を負荷した骨芽細胞様細胞において, イオントランスポーターである1型Na<sup>+</sup>/Ca<sup>2+</sup>交換体 (NCX1) の発現と, メカノセンシティブに応答しCa<sup>2+</sup>を流入する伸展活性化 (SA) チャネルの細胞形態変化への関与について検討した. 骨芽細胞様細胞株 (MC3T3-E1 cell) を, ナイロンメッシュで支持したコラーゲンゲル中に播種し (6×10<sup>5 </sup>cells/ml) , 10%FBS含有<i>α</i>MEM培地にて24時間の前培養を行った.その後, 機械的刺激を3日間負荷した. 伸展変形は10%, 断続的な伸展周期は1 Hz, 15分間, 1日3回とした. NCX1 mRNAの発現はRT-PCR法で解析した. 細胞形態は共焦点レーザー顕微鏡により観察した. また, SAチャネルの阻害薬であるガドリニウム (Gd<sup>3+</sup>) 10 <i>μ</i>Mを培養液中に添加し機械的刺激によるSAチャネル活性化への影響を調べた. NCX1のmRNA 発現は非伸展群と比較して伸展群において増加していた. 伸展群の細胞は紡錘形を呈し, 伸展方向に対し一定方向 (直角) に配列していた. また, F-アクチン繊維のローダミンファロイジン染色像は非常に強い蛍光強度を示していた. これらの細胞形態および細胞骨格の変化はGd<sup>3+</sup>添加により抑制された. 本実験の結果から, 骨芽細胞では機械的刺激によりNCX1を介するCa<sup>2+</sup>の流出入機構が活性化されること, さらにSAチャネル活性化によりF-アクチンの構造変化を引き起こし, 細胞形態を変化させることが示唆された.

It is well known that the application of physiological mechanical stress to skeletal tissue is important in regulating bone remodeling and modeling. The aim of this study is to examine the expression of Na<sup>+</sup>/Ca<sup>2+</sup> exchanger (NCX1) mRNA and the activation of stretch-activated (SA) Ca<sup>2+</sup> channels when three-dimensional strain is applied to osteoblast-like cells (MC3T3-E1 cell). The cells were mixed with collagen solution at a cell density of 6×10<sup>5</sup> cells/ml and layered on nylon mesh, then pre-incubated in <i>α</i>MEM containing 10% fetal bovine serum. After 24 hours of pre-incubation, cells in the collagen gel were incubated for up to three days with or without intermittent mechanical stimulation (1 Hz, 10% stretch, 15 min, three times a day) in the presence or absence of Gd<sup>3+</sup>, an inhibitor of SA channel. The expression of NCX1 mRNA was assessed using RT-PCR, and cells were examined using a confocal laser microscope after visualizing actin filaments using rhodamine-phalloidin staining. Accelerated NCX1 mRNA expression was observed in the stretched cells. The mechanical strain also caused the cells to change shape and orient perpendicular to the direction of stretching. Consistent with the morphological changes of the cells, strong intensity of the staining for actin filaments was observed in the stretched group, which was abolished by the addition of Gd<sup>3+</sup>. Our results suggest that the mechanical strain induces the Ca<sup>2+</sup> influx through activation of the SA channel and NCX1 resulting in the morphological changes in osteoblastic cells.

Journal

  • Dental Medicine Research

    Dental Medicine Research 30(2), 117-123, 2010-07-31

    Showa University Dental Society

References:  28

Codes

  • NII Article ID (NAID)
    10027973016
  • NII NACSIS-CAT ID (NCID)
    AA12322983
  • Text Lang
    JPN
  • Article Type
    ART
  • ISSN
    18820719
  • NDL Article ID
    10850583
  • NDL Source Classification
    ZS44(科学技術--医学--歯科学・口腔外科学)
  • NDL Call No.
    Z19-1251
  • Data Source
    CJP  NDL  IR  J-STAGE 
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