Protocadherin 7 and Osteoclast Maturation

点击翻译按钮获取中文摘要

Inflammation  is  known  to  cause  bone  destruction  by  excessive  osteoclast  (OC)  activity  in  patients  with  inflammatory  diseases,  such  as  periodontitis.  To  address  the  underlying  causes  of  such  inflammation-­related  bone  loss,  it  is  important  to  understand  how  the  cellular  and  molecular  mechanisms  of  bone  homeostasis  maintained by bone-­forming osteoblasts (OBs) and bone-­resorbing OCs are perturbed by inflammatory stimuli.  Targeting  OC  maturation  rather  than  differentiation  is  of  particular  interest  and  provides  an  added  benefit  of  avoiding  unintentionally  inhibiting  new  bone  formation.  However,  identifying  promising  therapeutic  targets  of  OC  maturation  will  require  greater  understanding  of  its  mechanisms  of  regulation.  Cell  adhesion  is  a  physiologic  process  critical  to  both  OC  maturation  and  its  hallmark  feature,  multinucleation.  In  the  course  of  screening  potential  genes  that  regulate  OC  maturation  in  vitro,  we  identified  a  cell  adhesion-­related  gene,  Pcdh7,  a  protocadherin  member  of  the  cadherin  superfamily.  We  have  now  generated  Pcdh7-­/-­  mice  for  the  purpose  of  further  studying  Pcdh7  in  OC  maturation  and  inflammatory  responses,  and  therefore  propose  the  following  specific  aims:  1.  Investigate  the  role  of  Pcdh7  in  OC  differentiation,  function,  and  inflammatory  bone  loss. We will employ Pcdh7-­/-­ bone marrow (BM) cells to examine expression of known biological markers and  cell  biological  functions,  including  adhesion,  motility,  actin  ring  formation,  ruffled  border  formation,  and  vesicle  trafficking. Pcdh7floxed mice and BM chimeras will be generated for the purpose of more precisely interrogating  OC-­ versus OB-­specific (or other) Pcdh7 functions in the context of bone homeostasis. These mice will also be  employed  to  confirm  the  importance  of  OC-­expressed  Pcdh7  in  the  context  of  inflammatory  bone  loss  and  immune  responses  that  occur  after  LPS  treatment  or  ligature-­induced  periodontitis.  Together,  these  studies  should  elucidate  the  cell-­specific  roles  of  Pcdh7  in  OC  maturation  and  pathologic  bone  loss.  2.  Investigate  mechanisms of Pcdh7 molecular function within OC biology. To investigate how OC-­expressed Pcdh7 protein  regulates  cell  adhesion  and/or  signal  transduction,  we  will  test  a  four-­step  model.  For  each  step,  we  will  test  OC  maturation,  cell  adhesion,  and  activation  of  signaling  pathways,  and  will  employ  both  physiologically-­ activated and hCD3-­inducible retroviral (RV) Pcdh7 constructs. First, we will test whether Pcdh7 mediates cell-­ cell  interactions  that  activate  Pcdh7  intracellular  signaling  by  separately  track  WT  and  Pcdh7-­/-­  OCs  in  mixed  heterotypic  OC  cultures.  Second,  we  will  test  the  effects  of  cytoplasmic  domain  truncation  isoforms  of  Pcdh7  by  assaying  physiologic  expression  in  OCs  and  then  by  RV-­expressing  isoforms  in  OCs.  Third,  we  will  test  whether and, if so, how Pcdh7 mediates intracellular signaling via the oncoprotein SET. Fourth, we will employ  siRNA  and  chemical  inhibitors  to  test  the  relative  contributions  of  Pcdh7-­dependent  activation  of  various  signaling pathways to Pcdh7-­mediated OC adhesion and maturation. Together, these studies will improve our  understanding of the function of Pcdh7 protein generally, and more specifically, how it controls OC maturation.