C3H10T1/2細胞のJAK/STATシグナル伝達により、骨形態形成タンパク質2およびデキサメタゾン相乗的にアルカリホスファターゼレベルを増加させる

アルカリホスファターゼ（ALP）は一般に骨芽細胞分化の忠実なマーカーであると考えられており、その発現は骨形態形成タンパク質-2（BMP-2）およびデキサメタゾン（DEX）によって誘導されます。ただし、ALP転写に対するBMP-2とDEXの結合投与の効果は、広範囲に調査されていません。この研究では、BMP-2およびDexがマウスC3H10T1/2多能性幹細胞のALPレベルを相乗的に増加させることがわかりました。ただし、BMP-2またはDexをさまざまな時期に細胞培養に追加することにより、一方のインデューサーから他のインデューサーから他のインデューサーに切り替えることは、どちらかのインデューサー単独での継続的な治療よりも効果的ではありませんでした。ALP mRNA発現の有意な誘導は、両方の誘導因子で連続的に処理された細胞でのみ観察されました。この結果は、BMP-2とDexの両方が同じ経路または同じ微分段階で作用する可能性があることを示唆しています。ALPプロモーター欠失コンストラクトを使用したルシフェラーゼアッセイは、推定シグナルトランスデューサーと転写3（STAT3）応答要素（STAT3）の活性化因子を含むプロモーターの領域が、BMP-2とDEXの組み合わせによる治療に応答することを示しました。さらに、チップアッセイは、STAT3がSREに結合したことを示しました。さらに、STAT3 siRNAは、ALPレベルに対するBMP-2とDEXの相乗効果を抑制しました。これらの結果は、STAT3がALP発現の調節に重要な役割を果たす可能性があることを示しています。私たちの知る限り、STAT3がBMP-2およびDEXによるALP発現の調節に関係しているのはこれが初めてです。これらの発見は、BMPとDEXの組み合わせを使用して、骨形成の強化のための新しい戦略を開発する可能性を高めています。

Alkaline phosphatase (ALP) is generally believed to be a faithful marker of osteoblast differentiation, and its expression is induced by bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) and dexamethasone (Dex). However, the effects of combined administration of BMP-2 and Dex on ALP transcription have not been extensively examined. In this study, we found that BMP-2 and Dex synergistically increase ALP levels in mouse C3H10T1/2 pluripotent stem cells. However, switching from one inducer to the other, by adding BMP-2 or Dex to cell cultures at different times, was no more effective than continuous treatment with either inducer alone. A significant induction of ALP mRNA expression was observed only in cells continuously treated with both inducers. This result suggests that both BMP-2 and Dex may act in the same pathway or at the same stage of differentiation. A luciferase assay using ALP promoter deletion constructs showed that a region of the promoter containing a putative signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) response element (SRE) responds to treatment with a combination of BMP-2 and Dex. Furthermore, a ChIP assay indicated that STAT3 bound to the SRE. In addition, a STAT3 siRNA suppressed the synergistic effect of BMP-2 and Dex on ALP levels. These results indicate that STAT3 may play an important role in regulating ALP expression. To our knowledge, this is the first time that STAT3 has been implicated in the regulation of ALP expression by BMP-2 and Dex. These findings raise the possibility of developing new strategies for the enhancement of bone formation using a combination of BMPs and Dex.