Runx2 является основным геном, который принимает непосредственное участие в
процессах остеогенной дифференцировки клеток. Кроме того, Runx2 влияет на другие важные
в возникновении остеофенотипа клеток генные каскады, например, Wnt, Bmp, Msx2 и Notch.
К генам мишеням Runx2 относятся в том числе гены, кодирующие такие белки как
остеопонтин, остеокальцин, BMP и другие. В частности, BMP2 и BMP4 играют разную роль в
становление проостеогенного состояния клетки. Так, BMP2 является модулятором
остеодифференцирровки, а BMP4, наоборот, её ингибирует, подавляя трансляцию и
продукцию остеопонтина, остеокальцина, щелочной фосфатазы.
Действие BMP, как и Runx2 обладает дозозависимым эффектом наряду с
тканеспецифичностью. Кроме того, Runx2 подвергается протеосомной деградации
посредством убиквитинирования, что значительно снижает продукцию белка.
Кальцификация является патологическим процессом, который может быть как
вспомогательным, так и самостоятельным. К факторам риска возникновения кальцификации
относятся различные воспалительные процессы, оксидативный стресс, повышение уровня
глюкозы. Эти условия приводят к повышению экспрессии RUNX2. Также повышенную
экспрессию Runx2 нередко относят к предикторам развития опухолей.
Остеобласты – клетки костей человека, отвечающие за костеобразование. Синтезируют
разные белки, в том числе коллаген, который является важным компонентом внеклеточного
матрикса. На ранних этапах дифференцировки активно синтезируют щелочную фосфатазу.
Однако остаётся неизвестным, какую роль Runx2 играет в дифференцировке остеобластов на
поздних её этапах.
Исследование выполнено на остеобластах из бедренной кости человека.
Проанализировано действие лентивирусных конструкций четырёх типов: RUNX2 full, RUNX2
delta, RUNX2 stop, ShRunx2. RUNX2 full является полноразмерным геном дикого типа, RUNX2
delta – укороченный вариант последовательности данного гена, изоформа RUNX2 stop
содержит стоп-кодон и конструкция ShRunx2 несёт шпилечную РНК к RUNX2, приводящая к
репрессии продукции белка Runx2. С помощью лентивирусных конструкций проводили
активация/подавление экспрессии Runx2 в остеобластах.
Биологическое действие конструкций было продемонстрировано в том числе методом
вестерн-блоттинга, который выявил повышение продукции белка при внесении их в клетку.
Активность промотора оценивали методом измерения активности люциферазы: наблюдали
активацию промотора RUNX2, при внесении шпилечной конструкции на RUNX2 – активность
промотора падала. ПЦР в реальном времени показала увеличение уровня транскрипции трёх
изоформ RUNX2.
Влияние гиперэкспрессии изоформ RUNX2 на остеогенную дифференцировку
анализировали с помощью окраски клеток ализариновым красным: усиления окраски не
наблюдалось, что коррелирует со снижением уровня экспрессии белка Runx2 на поздних
этапах дифференцировки. Результаты иммуноцитохимии показали повышение продукции
белка остеокальцина в ответ на гиперэкспрессию Runx2, а BMP2, наоборот, претерпевал
ингибирование.
Полученные результаты свидетельствуют о сложной нелинейной динамике накопления
транскриптов и белка Runx2 при индукции остеогенного фенотипа остеобластов. Роль и
функциоанльные свойства этой динамике в остеогенной дифференцировке требуют
дальнейшего изучения.
Исследование поддержано грантом научной школы Министерства науки и высшего
образования РФ № НШ-4664.2022.1.4.