The fidgetin-like1 gene regulates proliferation and differentiation of osteoblasts and is inhibited by basic fibroblast growth factor

Abstract

[한글]조골세포에서 bFGF와 PTH를 동시에 처리했을 때 증가하는 것으로 분석된 13개의 유전자들 가운데 ATPase와 관련된 AAA family 의 한 일원인 Fidgetin-like1 (Fignl1)을 택하여 이것이 조골세포의 증식과 분화에 미치는 영향을 조사하였다. Fignl1은 세포 내에서 세포질과 핵에 모두 존재한다고 알려져 있지만 기능에 관한 연구는 아직 명확하게 밝혀져 있지 않다. 본 연구에서는 bFGF가 전구조골세포인 MC3T3-E1 세포에서 Fignl1 유전자의 발현을 억제하고, 더 나아가 조골세포의 증식을 방해하며 분화를 유도하는 것을 관찰하였다. 즉, bFGF를 MC3T3-E1 세포에 농도별로 처리하였을 때, 농도 증가에 따라 Fignl1 유전자의 발현이 억제되는 것을 RT-PCR로 관찰하였다. WST-1 검사와 세포 수 측정을 통한 분석 결과 Fignl1이 MC3T3-E1 세포의 증식은 감소시키나, LDH 와 PI를 이용한 분석 결과 세포사멸에는 영향을 주지 않음을 알았다. 또 조골세포의 분화 표지 유전자인 type I collagen(COL1), alkaline phosphatase(ALP) 및 osteocalcin(OC) 유전자의 표현 정도를 RT-PCR로 조사하여 본 결과 분화 초기유전자인 COL1의 발현에는 별 차이가 없었지만, 분화 후기유전자인 ALP 와 OC는 발현이 증가된 것으로 미루어 보아 Fignl1이 조골세포의 분화를 유도함을 알 수 있었다. 이상의 결과는 다시 Fignl1에 대한 siRNA를 처리한 후 세포의 증식이 증가되고 ALP와 OC mRNA의 발현이 감소하는 것을 확인하여 검증하였다. Fignl1의 세포 내 위치를 알아보기 위해 Fignl1-GFP fusion protein을 만들어서 형광현미경으로 관찰한 결과, 세포질에 존재하던 Fignl1이 bFGF를 처리하면 1시간 내에 핵으로 빠르게 이동하는 것을 관찰하였다. 결론적으로 Fignl1은 AAA family protein의 일원으로 조골세포의 증식을 억제하고 분화를 촉진하는 역할을 한다. 그러나 향후 Fignl1이 조골세포의 분화를 증가시키고 증식을 억제하는 기전에 대해서도 자세하게 조사 할 필요가 있다고 본다.

[영문]

The Fidgetin-like1 (Fignl1) gene encodes a new subfamily member of ATPases associated with diverse cellular activities (AAA proteins). Though the Fignl1 protein localizes to both the nucleus and cytoplasm, the function of Fignl1 remains unknown. Using a microarray, we identified several genes that mediate the anabolic effects of bFGF on bone. Fignl1 was one of the genes down-regulated greater than twofold in MC3T3-E1 cells after treatment with bFGF. Reduced expression of Fignl1 by bFGF treatment was verified by RT-PCR analysis. Overexpression of Fignl1 caused up to 20% fewer MC3T3-E1 cells (P < 0.05), and WST-1 analysis also revealed a 20% reduction, compared to the mock transfected control cells. In contrast, siRNA treatment against Fignl1 increased cell number (P < 0.05) and viability (P < 0.05), and overexpression of Fignl1 does not appear to alter apoptosis in osteoblasts. Meanwhile, Fignl1 enhanced mRNA expression of alkaline phosphatase (ALP) and osteocalcin (OC), both of which are genes expressed during the late stage of osteoblast differentiation. In contrast, siRNA treatment against Fignl1 decreased the expression of ALP and OC. A green fluorescent protein-Fignl1 fusion protein (pEGFP-Fignl1), transfected into MC3T3-E1 cells, had an initially ubiquitous distribution that rapidly changed to a nuclear distribution one hour after bFGF treatment. From the above results, we proposed that Fignl1, a subfamily member of the AAA family of proteins, might play some regulatory role in osteoblast proliferation and differentiation. Further analyses of Fignl1 will be required to better delineate the mechanisms contributing to the inhibition of proliferation and stimulation of osteoblast differentiation.