一酸化窒素シグナル伝達経路とパルス電磁場刺激骨芽細胞分化における原発性繊毛との間の相互依存関係

パルスされた電磁界（PEMF）は、骨骨折の非組合および骨粗鬆症の治療に安全で効果的であることが長い間認識されてきました。ただし、PEMFの骨形成作用のメカニズムはまだ不明です。一次繊毛はPEMFの感覚オルガネラであると報告されており、一酸化窒素（NO）はPEMFの骨形成効果に不可欠な役割を果たしますが、NOと原発性の繊毛の関係は不明です。この研究では、骨形成分化と鉱化作用、分泌なし、特定のタンパク質の毛様体の位置に対する50 Hz 0.6 MT PEMFによる治療の効果を、正常または廃止された原発性繊毛でラットcal変形芽細胞（ROB）で調べました。PEMFは、一次繊毛の存在を必要とするNOS/NO/SGC/CGMP/PKGシグナル伝達経路を活性化することにより、骨形成分化を刺激したことがわかった。INOS、ENOS、SGC、PKG-1、およびPKG-2を含むシグナル伝達経路のすべての成分は、一次繊毛に局在しており、eNOSは一次繊毛内でリン酸化されました。その上、一次繊毛はPEMF治療によって有意に伸長され、活性化NO/CGMP経路とともに動的に変化しました。経路がL-nameによってブロックされた場合、PEMFはもはや一次繊毛を伸ばすことができず、骨芽細胞の分化を刺激することができました。したがって、この研究は、骨芽細胞の繊毛区画におけるNO/CGMPシグナル伝達経路の活性化を初めて観察し、PEMFは、NOシグナル伝達経路がブロックされているか、繊毛形成が阻害された場合、骨芽細胞分化を刺激することができませんでした。我々の発見は、PEMFが推進する骨形成におけるNOと原発性の繊毛の間の相互依存関係の関係を示しています。

Pulsed electromagnetic fields (PEMFs) have long been recognized being safe and effective in treating bone fracture nonunion and osteoporosis. However, the mechanism of osteogenic action of PEMFs is still unclear. While primary cilia are reported to be a sensory organelle for PEMFs, and nitric oxide (NO) plays an indispensable role in osteogenic effect of PEMFs, the relationship between NO and primary cilia is unknown. In this study, effects of treatment with 50 Hz 0.6 mT PEMFs on osteogenic differentiation and mineralization, NO secretion, and ciliary location of specific proteins were examined in rat calvarial osteoblasts (ROBs) with normal or abrogated primary cilia. It was found that PEMFs stimulated the osteogenic differentiation by activating the NOS/NO/sGC/cGMP/PKG signaling pathway, which need the existence of primary cilia. All components of the signaling pathway including iNOS, eNOS, sGC, PKG-1, and PKG-2 were localized to primary cilia, and eNOS was phosphorylated inside the primary cilia. Besides, primary cilia were elongated significantly by PEMF treatment and changed dynamically with the activation NO/cGMP pathway. When the pathway was blocked by L-NAME, PEMFs could no longer elongate the primary cilia and stimulate the osteoblastic differentiation. Thus, this study for the first time observed activation of the NO/cGMP signaling pathway in ciliary compartment of osteoblasts, and PEMFs could not stimulate the osteoblastic differentiation if the NO signaling pathway was blocked or the ciliogenesis was inhibited. Our findings indicate the interdependent relationship between NO and primary cilia in the PEMF-promoted osteogenesis.