עצמות הן הרקמה החיה שעליה בנוי השלד האנושי וממלאות תפקיד מפתח באפשרות תנועות פיזיות. השלמות המבנית של העצמות יוחסה לעיצוב מחדש של העצם – תהליך מווסת מאוד של יצירת עצם וספיגת עצם (מסת עצמות ישנות ופגומות), המונע על ידי תאי עצם אוסטאובלסט ואוסטאוקלסט, בהתאמה. תהליך שיפוץ עצם לקוי יכול לגרום לעצמות שבירות ובסופו של דבר להוביל למצבים בריאותיים מזיקים כגון אוסטאופורוזיס ושברים במפרקים. לכן, מחקר על מנגנוני שיפוץ עצם זכה לתשומת לבם של מדענים מכל העולם.
בעוד שמספר דוחות מדעיים חשפו את מנגנוני הוויסות המובהקים של הבחנה בין אוסטאוקלסטים ואוסטאובלסטים, מעט ידוע על הגורמים השכיחים המשפיעים על התפתחותם של אוסטאוקלסטים וגם של אוסטאובלסטים. כדי לזהות גורמים חדשים לחידוש עצם ומנגנונים קשורים המעורבים בהתמיינות אוסטאוקלסט ואוסטאובלסט כאחד, צוות חוקרים בראשות פרופסור טומוקי נקשימה מהפקולטה לרפואת שיניים, המכון למדע טוקיו (מדע טוקיו), יפן, ביצע סדרה של גנטיקה מתקדמת ניסויים בעכברים ובתאים שגודלו במעבדה. ממצאי המחקר שלהם פורסמו ב תקשורת טבע ב-2 בינואר 2025.
משתפים תובנות מפתח מהמחקר שלהם, מסביר נקשימה, "בתחילה ביצענו ניתוחים מעמיקים של דפוסי ביטוי גנים של תאים שמקורם בעכברים עם שינויים ספציפיים ברצף ה-DNA. פרופיל ביטוי הגנים בתאים הללו חסרי גורמי שעתוק מרכזיים, שהם חלבונים רגולטוריים השולטים בתעתוק מידע גנטי, הראה שהגן עם דמיון רצף 102 חבר A (Fam102a) היה מרכזי בוויסות ההתמיינות בין האוסטאוקלסטים והאוסטאובלסטים.
בעקבות הגילוי של Fam102a בוויסות ההתמיינות בין האוסטאוקלסטים והאוסטאובלסטים, החוקרים העבירו את המיקוד שלהם לזיהוי האינטראקציות המולקולריות הבסיסיות המניעות את תהליך שיפוץ העצם. הם מצאו שחלבון Fam102a הגביר את ההתמיינות של אוסטאובלסטים על ידי ויסות הביטוי של חלבון Osterix באמצעות לוקליזציה של גורם שעתוק 2 הקשור ל-runx (Runx2).
יתר על כן, נקאשימה וחוקרים משותפים ערכו מגוון ניסויים גנטיים ב Fam102a-עכברים חסרים לחשוף את חשיבותם Fam102a בשיפוץ עצמות. הם הבחינו בכך Fam102a קידם את הבידול של אוסטאוקלסטים וגם אוסטאובלסטים, ומחיקה של Fam102a הביא למצב דמוי אוסטאופורוזיס בעכברים, המאופיין בנפח עצם נמוך.
בניסויים שלאחר מכן, המדענים השתמשו ב-co-immunoprecipitation assay, שיטה המבוססת על ביוכימיה לזיהוי אינטראקציות חלבון-חלבון. הניתוח גילה אינטראקציה מחייבת משמעותית בין Fam102a לבין תת-יחידת קריופרין אלפא 2 (Kpna2) – חלבון המעביר מולקולות על פני הממברנה הגרעינית. ממצא זה הצביע על כך ש-Fam102a היה תלוי ב-Kpna2 לוויסות פעילות Runx2 במהלך ההתמיינות של אוסטאובלסטים.
ניתוחי ביטוי גנים נוספים של אוסטאובלסטים חסרי Fam102a גילו כי חלבון קושר אות רקומבינציה עבור אימונוגלובולין κ J אזור דמוי (Rbpjl) היה גורם השעתוק המוחלף ביותר ואישר את תפקידו של ציר Fam102a-Rbpjl בהתמיינות אוסטאובלסטים.
לסיכום, מחקר זה מבהיר את המנגנונים המעורבים בחילוף החומרים של העצם ומקדם את ההבנה שלנו לגבי שיפוץ עצם. נקשימה מסכם בהדגשת היישומים הפוטנציאליים של המחקר הנוכחי, "המחקר שלנו שופך אור על האינטראקציות המולקולריות הקריטיות הכרוכות בתהליך שיפוץ העצם ויכול לסייע בפיתוח של טיפולים חדשניים לאוסטאופורוזיס".