軟骨形成におけるインスリンの役割

ATDC5軟骨性細胞株は、通常、高濃度でインスリンにさらされることで分化するように誘導されます（10マイクログ/mL、約1600 nm）。分化は、インスリン様成長因子I（IGF-I）の生理学的濃度によっても誘導できます。以前の報告とは異なり、インスリン受容体を介したシグナル伝達と一致する濃度（10〜50 nm）でのインスリン（10-50 nm）でのインスリンに曝露すると、コラーゲンX発現とプロテオグリカン合成のためのアルシアンブルー染色によって測定される分化の刺激が観察されました。増殖および肥大性ATDC5細胞からの溶解物の分析により、50 nMインスリンへの曝露がインスリン受容体のチロシンリン酸化を誘発するが、IGF-I受容体またはハイブリッド受容体ではないことを示しました。ATDC5の増殖と分化の両方を刺激するIGF-Iの強力な効果とは対照的に、インスリンはIGF-Iほど増殖剤ほど強力ではなく、より選択的に分化剤になりました。この結果と一致して、インスリンは、ERK1/ERK2マイトジェンシグナル伝達経路の活性化を誘導する上でIGF-Iよりも強力でした。さらに、ERK経路阻害は、IGF-I暴露の場合と同様に、インスリンの分化効果を高めることはありませんでした。観察結果を胎児ラットの中足骨外植片に拡張し、50 nMインスリンによる骨成長の有意な刺激が観察されました。これは、肥大ゾーンの成長に対する不均衡な刺激効果によって説明できます。増殖ゾーンは有意な影響を受けませんでした。ATDC5細胞と中足骨外植片の両方での結果に基づいて、インスリン受容体を介して機能するインスリンは、軟骨細胞分化の誘導因子として支配的な効果があると結論付けています。これらの結果は、線形骨成長におけるこのホルモンの生理学的役割の割り当てをサポートしています。

The ATDC5 chondrogenic cell line is typically induced to differentiate by exposure to insulin at high concentration (10 microg/ml, approximately 1600 nM). Differentiation can also be induced by physiological concentrations of insulin-like growth factor-I (IGF-I). Unlike previous reports, we observed a stimulation of differentiation, as measured by collagen X expression and Alcian Blue staining for proteoglycan synthesis, upon exposure to insulin at concentrations (10-50 nM) consistent with signaling via the insulin receptor. Analysis of lysates from proliferating and hypertrophic ATDC5 cells demonstrated that exposure to 50 nM insulin induced tyrosine phosphorylation of insulin receptors but not IGF-I receptors or hybrid receptors. In contrast to the potent effects of IGF-I to stimulate both ATDC5 proliferation and differentiation, insulin was not as potent as IGF-I as a proliferating agent but more selectively a differentiating agent. Consistent with this result, insulin was less potent than IGF-I in inducing activation of the Erk1/Erk2 mitogenic signaling pathway. Furthermore, Erk pathway inhibition did not enhance the differentiating effects of insulin as it does in the case of IGF-I exposure. Extending our observations to fetal rat metatarsal explants, we observed significant stimulation of bone growth by 50 nM insulin. This could be accounted for by a disproportionate stimulatory effect on growth of the hypertrophic zone. The proliferative zone was not significantly affected. Based on our results in both ATDC5 cells and metatarsal explants, we conclude that the insulin functioning through insulin receptor has a dominant effect as an inducer of chondrocyte differentiation. These results support assignment of a physiological role for this hormone in linear bone growth.