Ouabain이 골형성에 미치는 영향

Abstract

[한글]

골유합과정에서 골아세포의 대사와 증식은 골형성과 밀접한 관계가 있다고 생각되고 있다. 특히 골아세포내 Ca**2+ 활성도의 증가가 골형성 작용에 관여하는 것으로 알려져 있다. 세포내 Ca**2+ 농도는 세포막에 존재하는 Ca**2+ 이온 통로를 통한 유입 외에도 Ca** 2+ ATPase 활성도, Na**+ -Ca**2+ 교환이동기전 및 Na**+ -K**+ ATPase 활성도에 의해 영향을 받을 수 있다. 이 중 Na**+ -K**+ ATPase 활성도에 의해 조절되는 세포내 Na**+ 농도는 Na**+ -Ca**2+ 교환이동기전을 통해 세포내 Ca**2+ 농도를 조절한다.

본 연구의 목적은 골아세포막의 Na**+ -K**+ ATPase 활성도를 측정하여 그 특성을 규명하고, ouabain이 골아세포막 Na**+ -K**+ ATPase 활성도와 골아세포의 분화에 미치는 영향을 관찰하는 것이다. 이에 쥐의 경골에서 분리하여 배양된 골아세포의 세포막에서 Na**

+ -K**+ ATPase 활성도를 측정하고, Na**+ -K**+ ATPase 활성도를 억제시키는 것으로 알려진 ouabain에 의한 Na**+ -K**+ ATPase 활성도의 변화를 관찰하고, 한편으로는 횐 쥐의 경골 골절 부위에 ouabain 처치 골아세포를 주입하여 골절 유합 과정을 시기별로 관찰하

여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 골아세포막에서 측정된 Na**+ -K**+ ATPase 활성도의 Vmax는 59.1±26.4nmole Pi/mg protein/hr였고, Km은 4.6±3.5mM이었다.

2. 골아세포막의 Na**+ -K**+ ATPase 활성도는 5mM ATP 에서 44.2±2.8nmole Pi/mg protein/hr였으며, ouabain의 농도를 10**-8, 10**-7, 10**-6, 10**-5 M로 증가시킬 때 Na**+ -K**+ ATPase 활성도는 10**-5 M에서 유의하게 감소하였다.

3. Vanadate의 농도를 10**-8, 10**-7, 10**-6, 10**-5 M로 증가시킬 때 골아세포막의 Na**+ -K**+ ATPase 활성도는 10**-6 M, 10**-5 M에서 유의하게 감소하였다.

4. 골절 후 7일째 골절조직의 Hematoxylin-eosin 염색상 ouabain 처치군은 대조군보다 골아세포 및 유골조직 형성이 더 풍부한 양상을 보였다.

5. 항 bromodeoxyuridine(BrdU) 마우스 항체를 이용한 면역조직화학적 염색결과 대조군에서는 골절 10일째 BrdU 표지지수가 높았으며, ouabain 처치군에서는 골절 7일째에 높고 이후에는 감소하였다.

이와같은 연구결과로 보아 골아세포막 Na**+ -K**+ ATPase 활성도를 감소시키는 ouabain은 골절 초기에 골아세포의 분화를 촉진시켜 골형성을 증가시키는 것으로 사료된다.

[영문]

Proliferation and Metabolism of osteoblasts play an important role in osteogenesis for bone healing. An increase in intracellular Ca**2+ activity of osteoblast cell, is known to modulate the activity of osteogenesis. Intracellular Ca**2+ activity can be controlled directly by Ca**2+ influx through Ca**2+ channel and Ca**2+ efflux via Ca**2+ ATPase, and also indirectly by Ca**2+ -K**+ ATPase which generates Na**+ gradients for Na**+ -Ca**2+ exchange. Thus, in this study, to investigate the relations between Na**+ -K**+ ATPase in osteoblastic membrane and osteogenesis, the effects of ouabain on Na**+ -K**+ ATPase activity in osteoblast were measured along histologic changes of bone healing by H-E and BrdU stain. The results obtained in this study are as follows:

1. The measured Vmax of Na**+ -K**+ ATPase in osteoblastic membrane was 59.1±26.4nmole Pi/mg protein/hr, and Km was 4.6±3.5 mM.

2. Increasing concentrations of ouabain from 10**-8 M to 10**-5 M decreased the activity of Na**+ -K**+ ATPase, with significant inhibition at 10**-5 M.

3. Increasing concentrations of vanadate from 10**-8 M to 10**-5 M decreased the activity of Na**+ -K**+ ATPase, with significant inhibition at 10**-6 M and 10**-5 M.

4. H-E stain showed more abundant osteoblast and making the maturation of woven bone faster in the ouabain-treated than in the control group especially on 7th day after fractire.

5. BrdU labeling index showed more active osteoblastic proliferation in the ouabain-treated than in the control group especially on 7th day after fractire.

In conclusion, ouabain inhibited the Na+-K+ ATPase activities of osteoblast and enhanced the osteogenesis in early period after fracture.