骨量と強度の調節におけるドーパミンとセロトニンの役割：ドーパミンとセロトニン輸送体ヌルマウスに関する研究

骨代謝の神経伝達物質調節は、関心と調査の増加の対象となっています。ドーパミン（DA）は、カルシウムおよびリン代謝に影響を与えることが報告されています。ドーパミン輸送体（DAT）は、神経伝達物質をシナプス前末端に急速に取り入れることにより、放出されたDAの時間的および空間的活動を制御すると考えられています。骨生物学におけるDAの役割を描写するために、DAトランスポーター遺伝子（DAT（ - / - ））の削除のためにホモ接合性マウスの骨格の組織学的および生体力学的特性を評価しました。DAT（ - / - ）マウスが骨量と強度を低下させることを実証しました。DAT（ - / - ）動物は、大腿骨の長さと乾燥重量が短く、灰のカルシウム含有量が低くなっています。DAT（ - / - ）近位脛骨メタフィシシスの海綿骨容積は、骨梁の厚さが減少すると大幅に減少します。DAT（ - / - ）椎骨は、骨梁間隔の増加と骨梁数の減少の結果として、骨の骨容積が低くなり、大腿骨骨端の皮質の厚さと骨領域が減少します。DAT（ - / - ）マウスの究極の曲げ荷重（大腿骨強度）は、野生型マウスよりも30％低いです。したがって、DAT遺伝子の削除は、骨格構造と完全性の欠陥をもたらします。セロトニン（5-HT）は頭蓋顔面の形態形成の調節因子としての役割を果たしているため、骨の5-HT受容体と5-HTトランスポーター（5-HTT）の発現と機能を調査しました。ラット骨芽細胞（ROB）の一次培養（ROS 17/2.8、UMR 106-H5、PY1Aを含むさまざまなクローン骨芽細胞株が5-HTT、5-HT（1a）、5-HTのmRNA発現を示します（1d）、5-HT（2A）および5-HT（2B）受容体RT-PCR分析と免疫ブロット。Nanomolar Affinity 5-HTT結合部位の比較的高い密度は、ROS 17/2.8およびUMR 106-H5細胞に存在します。ROS細胞の最大[（3）h] 5-HT取り込み率は110 pmol/10分/井戸で、k（m）値は1.13 microMでした。正常な分化ROB培養では、最初は25日目に5-HTT機能活性が観察され、31日目に活動がほぼ8倍に増加しました。成熟したロブ培養では、[（125）I] RTI-55結合部位の推定密度が発生しました。600 fmol/mgタンパク質でした。PMA治療により、[（3）h] 5-HTの最大摂取率が大幅に40％減少しました。これは、スタウロスポリンとの前処理によって防止された効果です。5-HTは、UMR 106-H5細胞のAP-1活性のPTH誘発性の増加を増強します。5-HTT（ - / - ）動物では、腰椎の海綿骨容積（BV/TV）が減少し、脳梁の厚さと骨列数が減少する傾向があります。これらの結果は、骨芽細胞細胞が5-HTの摂取に応答および調節するメカニズムを備えた機能的セロトニン系を発現し、5-HTT遺伝子の破壊が骨減少症を引き起こす可能性があることを示しています。

Neurotransmitter regulation of bone metabolism has been a subject of increasing interest and investigation. Dopamine (DA) has been reported to have effects on calcium and phosphorus metabolism. The dopamine transporter (DAT) is believed to control the temporal and spatial activity of released DA by rapid uptake of the neurotransmitter into presynaptic terminals. We have evaluated the histologic and biomechanical properties of the skeleton in mice homozygous for deletion of the DA transporter gene (DAT (-/-)) to help delineate the role of DA in bone biology. We have demonstrated that DAT (-/-) mice have reduced bone mass and strength. DAT (-/-) animals have shorter femur length and dry weight, and lower ash calcium content. Cancellous bone volume in the DAT (-/-) proximal tibial metaphysis is significantly decreased with reduced trabecular thickness. DAT (-/-) vertebrae have lower cancellous bone volume as a consequence of increased trabecular spacing and reduced trabecular number, and cortical thickness and bone area in the femoral diaphysis are reduced. The ultimate bending load (femoral strength) for the DAT (-/-) mice is 30% lower than the wild-type mice. Thus, deletion of the DAT gene results in deficiencies in skeletal structure and integrity. Since serotonin (5-HT) plays a role as a regulator of craniofacial morphogenesis, we explored the expression and function of 5-HT receptors and the 5-HT transporter (5-HTT) in bone. Primary cultures of rat osteoblasts (rOB) and a variety of clonal osteoblastic cell lines including ROS 17/2.8, UMR 106-H5 and Py1a show mRNA expression for the 5-HTT, and the 5-HT(1A), 5-HT(1D), 5-HT(2A) and 5-HT(2B) receptors by RT-PCR analysis and immunoblot. A relatively high density of nanomolar affinity 5-HTT binding sites is present in ROS 17/2.8 and UMR 106-H5 cells. The maximal [(3)H]5-HT uptake rate in ROS cells was 110 pmol/10 min/well, with a K(m) value of 1.13 microM. In normal differentiating rOB cultures, 5-HTT functional activity was observed initially at day 25, and activity increased by almost eight-fold at day 31. In mature rOB cultures, the estimated density of [(125)I]RTI-55 binding sites was 600 fmol/mg protein. PMA treatment caused a significant 40% reduction in the maximal uptake rate of [(3)H]5-HT, an effect prevented by pretreatment with staurosporine. 5-HT potentiates the PTH-induced increase in AP-1 activity in UMR 106-H5 cells. In 5-HTT (-/-) animals, cancellous bone volume (BV/TV) in the lumbar vertebrae is reduced, with a trend toward decreased trabecular thickness and trabecular number. These results demonstrate that osteoblastic cells express a functional serotonin system, with mechanisms for responding to and regulating uptake of 5-HT, and disruption of the 5-HTT gene may cause osteopenia.