Osteoblas adalah sel tulang yang memainkan peran sentral dalam metabolisme tulang dengan memproduksi berbagai protein matriks tulang, mengatur mineralisasi matriks, dan mengendalikan aktivitas osteoklastik. Protein turunan osteoblas seperti osteopontin (OPN) dan osteocalcin (OCN) memberikan ciri dari fungsi osteoblast. OPN adalah protein sekretor yang diturunkan dari osteoblas yang berperan dalam remodeling tulang, respons osteoblas, dan peradangan.
Penelitian kami terakhir menemukan bahwa penonaktifan JNK menghambat diferensiasi osteogenik dari osteoblas spesifik-tipe OPN akan meningkatkan ekspresi OPN. Osteoblas tipe-OPN mengekspresikan protein Rankl yang menghambat osteogenesis, penginduksi penting osteoklastogenesis. Oleh karena itu, peningkatan penampilan osteoblas tipe-OPN dapat dikaitkan dengan regenerasi tulang yang tidak efisien dan berkualitas rendah. Profil sekretorik osteoblas tipe-OPN ini meningkatkan kemungkinan bahwa peningkatan diferensiasi osteoblas ini dapat mengaktifkan resorpsi tulang osteoklastik tetapi tidak sepenuhnya menginduksi pembentukan tulang baru dalam proses remodeling tulang. Namun, apakah penginduksi osteogenik spesifik dapat memodulasi diferensiasi osteoblas tipe-OPN sama sekali tidak diketahui.
Dalam penelitian ini, kami mengeksplorasi apakah pemakaian BMP9 mempengaruhi diferensiasi osteoblas tipe-OPN di bawah kondisi penonaktifan JNK. Kami menemukan bahwa diferensiasi osteoblas tipe-OPN, ditandai dengan ekspresi OPN yang tinggi, inhibitor pengikatan DNA 4 (Id4), Esm1, dan Gpha1, dicegah dengan pengobatan BMP9 pada osteoblas primer. Selain itu, kami menemukan bahwa peningkatan ekspresi hairy/enhancer-of- split related with YRPW motif protein 1 (Hey1), menekan transkripsi bHLH, mempertahankan kapasitas regeneratif tulang dalam sel yang diobati dengan BMP9 dengan mengatasi efek penghambatan Id4 pada Hey1.
Penelitian kami dilakukan menggunakan sel osteoblastik tipe MC3T3-E1 dari tikus dan osteoblas primer yang diambil dari tulang tengkorak tikus C57BL/6 yang baru lahir yang sehat dalam media osteogenik selama kurun waktu yang telah ditentukan. Pemeriksaan biomolekuler seperti Alizarin red S, PCR real time, dan analisis western blot kami lakukan untuk menilai reaksinya.
Hasil yang kami dapatkan pada penelitian ini menunjukkan bahwa protein morfogenik tulang 9 (BMP9) tidak dapat menginduksi diferensiasi osteoblas tipe-OPN dalam kondisi penonaktifan JNK. Protein morfogenik tulang 9 (BMP9) telah dikarakteristikkan sebagai BMP paling osteogenik, yang menunjukkan lebih banyak potensi regeneratif tulang daripada BMP2. BMP9 juga bertindak sebagai modulator penting angiogenesis dan sifat-sifat osteogeniknya sangat diregulasi oleh stimulasi mekanik. Jalur pensinyalan yang berbeda telah diindikasikan untuk diferensiasi osteoblastik yang diinduksi oleh BMP9 dan BMP2.
Meskipun penonaktifan JNK menekan mineralisasi matriks yang diinduksi BMP2 dan BMP9 dan ekspresi osteocalcin, ekspresi Rankl dan sitokin spesifik seperti Gpha2, Esm1, dan Sfrp1 dalam kondisi yang sama meningkat di semua sel kecuali dengan BMP9.
Peningkatan ekspresi Id4, regulator transkripsional kritis diferensiasi osteoblas tipe-OPN, dicegah dengan cara yang sama hanya pada sel yang diobati dengan BMP9. Kami juga menemukan bahwa BMP9 secara spesifik menginduksi ekspresi Hey1, penekan transkripsi bHLH, dan bahwa Id4 menghambat efek penekan Hey1 pada aktivitas promotor Opn dengan membentuk kompleks Id4-Hey1 dalam osteoblas. Menggunakan mutagenesis, ChIP, dan imunopresipitasi langsung, kami menjelaskan bahwa overekspresi Hey1 yang diinduksi oleh BMP9 dapat mengatasi efek Id4 dan menekan ekspresi OPN. Kami selanjutnya menemukan bahwa aktivasi p38 dan inaktivasi JNK terlibat dalam ekspresi Hey1 yang diinduksi oleh BMP9. Secara kolektif, data ini menunjukkan bahwa BMP9 adalah penginduksi osteogenik unik yang mengatur diferensiasi osteoblas tipe-OPN.
Sebagai penutup, kami menunjukkan bahwa pemakaian BMP9 dapat mencegah diferensiasi osteoblas tipe-OPN dalam kondisi inaktivasi JNK. Secara khusus, kami menemukan bahwa BMP9 mempromosikan ekspresi Hey1, yang pada gilirannya menutupi fungsi Id4 dalam perbedaan osteoblas tipe-OPN. OPN meningkatkan resorpsi tulang dan peradangan serta mengurangi respons fungsional osteoblas, pengobatan BMP9 klinis berpotensi menghambat penampilan osteoblas tipe OPN dan, oleh karena itu, meningkatkan pembentukan tulang. Penelitian ini juga memberikan wawasan baru tentang peran interaksi antara Id4 dan keluarga protein Hey dalam kelainan metabolisme tulang dan potensi terapi regenerasi tulang.
Penulis: Muhammad Subhan Amir, drg.,Ph.D
Detail tulisan ini dapat dilihat di
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1357272519301918
Joji Kusuyama, Changhwan Seonga, Toshiaki Nakamura, Tomokazu Ohnishi, Muhammad Subhan, Amirace Kaori Shima, Ichiro Semba, Kazuyuki Noguchi, Tetsuya Matsuguchi. 2019. BMP9 prevents induction of osteopontin in JNK-inactivated osteoblasts via Hey1-Id4 interaction. Int J Biochem Cell Biol. 2019 Nov;116:105614. doi: 10.1016/j.biocel.2019.105614.
