뼈의 석회화와 재성형 과정에서 phosphoaminoacid phosphatase의 역할

Abstract

[영문]

[한글]

탈석회화된 골기질을 흰쥐의 전복벽 근막내에 이식할 경우 이식 부위의 간엽 세포들이

분화 증식하여 이소골이 형성된다. 뼈의 alkaline phosphatase와 acid phosphatase는 뼈

대사에 있어 중요한 과정 즉 석회화와 재흡수에 관여한다고 알려져 있다.

Dexamethasone은 골절 치유 및 이소골 형성에서 골형성 초기의 특징인 염증성 반응을

억제하여 간엽세포의 증식을 감소시키며, 이와는 달리 calcitonin은 골의 흡수능을 직접

적으로 억제하여 저칼슘 혈증과 저인산 혈증을 유발한다.

이번 실험에서는 골형성을 억제하는 dexamethasone과 골형성을 촉진하는 calcitonin을

실험적으로 투여하여 흰쥐 복근에 이식한 골기질내의 alkaline phosphatase, acid phosph

atase및 여러 phosphoaminoacid phosphatase의 변동을 관찰하고 이들의 상호 연관성을 추

구함으로써 뼈의 석회화와 재성형에 관여하는 phosphoaminoacid phosphatase의 역할을 구

명 하고자 하였다.

실험동물로는 100g내외의 Sprague-Dawley계 암컷흰쥐를 사용하였다. 골기질은 흰쥐의

대퇴골 및 경골의 간부를 취하여 탈석회화하고 탈지방화시켜 제조한 후 6개의 골기질 절

편을 흰쥐전복벽 근육내에 이식하였다. Calcitonin (10 IU/kg) 또는 dexamethasone (0.6

mg/kg)은 이식전 1주일부터 이식 후 최고 6주까지 calcitonin은 매일 1회씩, dexamethaso

ne은 격일로 피하 주사하였다. 이식 후 매주 동물을 희생시켜 5개의 골기질절편은 단백과

phosphatase활성 측정에, 1개의 절편은 calcium측정에 사용하였다.

실험성적은 다음과 같다.

1. 골기질 이식후 대조군의 골기절내 calcium 함량은 2주에 급격히 증가하여 5주에 최

고치를 나타내었으며 dexamethasone 투여군에서는 초기에 의의있게 감소하였다.

2. 이식 골기질내의 단백함량은 대조군과 calcitonin 투여군에서 이식후 전기간 동안

비슷하였으며 dexamethasone 투여군에서는 감소 경향을 나타내었다.

3. 이식 골기질내의 alkaline phosphatase활성은 이식후 2주에 가장 높았으며 dexameth

asone 투여군에서는 현저히 감소하였다.

4. 이식 골기질내의 acid phosphatase 활성은 3주에 최고치를 나타내었으며, calcitoni

n 투여군에서는 증가경향을 나타내었으나 dexamethasone 투여군에서는 현저히 감소하였다

.

5. 이식 골기질내의 phosphoserine phosphatase 함량은 5주에 가장 높았으며 calcitoni

n, dexamethasone투여군 모두에서 의의있게 감소하였다.

6. 이식 골기질내의 phosphothreonine phosphatase함량은 5주에 가장 높았으며 calcito

nin 투여군에서는 대조군과 비슷하였으나 dexamethasone 투여군은 감소 경향을 나타내었

다.

7. Phosphotyrosine phosphatase 활성은 calcitonin 투여군에서는 대조군과 비슷하였으

나 dexamethasone 투여군에서는 감소하였다.

이상의 결과로 보아 뼈의 석회화와 재성형에 관여하는 phosphatase 활성은 calcitonin

에 의하여는 커다란 변화가 없지만 dexamethasone으로 현저히 억압되며, 골형성에 alkali

ne phosphatase뿐 아니라 acid phosphatase가 관여하고 특히 phosphotyrosine phosphatas

e가 중요한 역할을 할 것이라 추측된다.

Role of Phospheaminoacid Phosphatase in the Process of Calcification and Remodeling

of Rat Bone

Seung Keun Song

Department of Medical Scifnce The Graduate School, Yonsei University

(Directed by Professors Byeong Mun Park, M.D. and Young Soo Ahn, M.D.)

Experimental heterotopic bone formation, induced by the implantation of

demineralized bone matrix, is a useful model to study new bone formation and bone

turnover. Alkaline phosphatase and acid phosphatase is known to be related to the

mineralization and resorption of bone, respectively. The present study, therefore,

was undertaken to investigate the role of various phosphatases, especially

phosphoaminoacid phosphatases in the process of experimental heterotopic

ossification by observing the effects of calcitonin and dexamethasone treatment.

Female Sprague-Dawley rats weighing about 100g were used. Bone matrices were

prepared after decalcification and defatting procedure using diaphyses of femur and

tibia. Each rats were implanted six bone matrices in muscle pouches created in the

upper part of the abdominal wall. Calcitonin (10IU/kg) or dexamethasone (0.6mg kg)

were administered subcutaneously from 1 week prior to implantation until sacrifice,

upto 6 weeks after implantation Five implants were pooled for determination of

protein and phosphatase activities, and one implant was used for calcium

determination.

The results are summerized as fellows.

1. The amount of calcium in the bone martix was markedly increased at second week

and the highest at fifth week after implantation. Dexamethasone decreased the

calcium content in the bone matrix throughout experimental periods.

2. Protein content in the bone matrix was remained constant throughout

experimental period in control and calcitonin groups, but tended to be decreased by

dexamethasone.

3. The activity of alkaline phosphatase was the highest at second week after

implantation and was reduced by dexamethasone.

4. The activity of acid phosphatase was the highest at third week after

implantation. Calcitonin increased and dexamethasone decreased the acid phosphatase

activity in the bone matrix.

5. Phosphoserine phosphatase activity was decreased by calcitonin and

dexamethasone.

6. Phosphothreonine phosphatase activity tended to be decreased by dexamethasone.

7. The activity of phosphotyrosine phosphatase was significantly decreased by

dexamethasone.

From these results, it is suggested that alkaline and acid phosphatase activities

involved to calcification and remodeling of bone was markedly inhibited by

dexamethasone treatment and the suppression of phosphotyrosine phosphatase is the

main factor for the inhibition of bone calcification.