Inhibitory Effect of Camp Antagonist and Pka Inhibitors, and Stimulatory Effect of Adenylate Cyclase Agonist on Cathepsin K Processing in Cultured Mouse Osteoclasts

cAMP 길항제와 PKA 억제제 및 Adenylate Cyclase 촉진제의 백서 파골세포에서 Cathepsin K 생성에 대한 효과

Cathepsin K (cat K) is the major cysteine protease expressed in osteoclasts and was thought to play a key role in matrix degradation during bone resorption. It was shown that the intracellular maturation of cat K was prevented by the cAMP antagonist, Rp-cAMP, and the protein kinase A (PKA) inhibitors of KT5720 and H89. In contrast, forskolin, a adenylate cyclase agonist, rather induced Cat K processing and maturation in osteoclasts. Furthermore, to determine whether cat K processing and maturation signaling involves protein kinase C (PKC), mouse total bone cells were treated with calphostin C, a specific inhibitor of PKC, however, no effect was observed, indicating that calphostin C did not affect to osteoclast-mediated cat K processing and maturation. Thus, it is indicated that the cAMP-PKA signaling pathway regulates cat K maturation in osteoclasts. Since secreted proenzymes have the potential to reenter the cell via M6P receptor, to prevent this possibility, it was tested cAMP antagonist Rp-cAMP and the PKA inhibitors KT5720 and H89 in the absence or presence of M6P. Inhibition of cat K processing by Rp-cAMP, KT5720, or H89 was observed in a dose-dependent manner. Furthermore, the addition of M6P resulted in enhanced potency of Rp-cAMP, KT5720 and H89. These dose-dependently inhibited in vitro bone resorption with a potency similar to that observed for inhibition of cat K processing.

기계적 자극에 의한 골조직의 개조에서 압박측은 일차적으로 파골세포에 의하여 골기질의 흡수를 위한 유전자 발현에 의하여 기시된다. 그러나 기질을 이루는 유기 단백질의 흡수에 관여하는 단백용해효소의 세포 내 작용 기전은 여전히 완전히 이해되지 않고 있다. 이 연구는 파골세포에서 용해용소체효소인 cathepsin k에 주목하여, cAMP 길항제와 PKA 억제제 및 adenylate cyclase 촉진제에 의한 cathepsin k 생성의 촉진 또는 억제 효과의 기전을 해명하는데 그 목적을 두었다. cAMP 길항제인 Rp-cAMP와 PKA 억제제인 KT5720과 H89는 cathepsin K의 세포 내성숙을 차단하였으며, 대조적으로 adenylate cyclase 촉진제 forskolin은 파골세포에서의 cathepsin K의 생성과 성숙을 유인하는 것으로 나타났다. 특히 cathepsin K의 생성과 성숙에 관여하는 신호전달이 protein kinase C(PKC)와 관련성을 검정하기 위하여 백서의 골세포를 PKC의 선택적 억제제인 calphostin C로 처리하였을 때 아무런 영향이 없는 것으로 나타남으로써 calphostin C는 파골 세포에 의해 매개된 cathepsin K의 생성과 성숙과는 무관한 것으로 밝혀졌다. 이는 파골세포에서의 cathepsin K의 성숙은 cAmp-PKA 신호전달 경로에 의해 조절됨을 의미한다. 분비된 전구효소는 M6P 수용체를 통하여 세포 내로 다시 진입할 수 있는 잠재성을 가지고 있기 때문에 이러한 가능성을 차단하기 위하여 M6P가 존재 또는 결여된 상태에서 cAMP 길항제인 Rp-cAMP와 PKA 억제제인 KT5720 및 H89를 시험하였다. 그 결과 Rp-cAMP, KT5720 또는 H89에 의한 cathepsin K의 M6P용량 비례적 생성 억제가 관찰 되었다. 또한 M6P를 주었을 때 Rp-cAMP, KT5720와 H89의 작용이 증가된을 보였다. 이상에서와 같이 Rp-cAMP, KT5720와 H89의 cathepsin K 생성 방해를 통한 골흡수 억제는 골다공증 또는 관절염의 치료와 같은 골흡수의 억제를 필요로 하는 분야에서의 임상적응용 가능성을 시사한다.