뼈 재생에서 프로바이오틱스의 역할을 조사하기 위한 모델인 Zebrafish 꼬리 지느러미

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8057(2022) 이 기사 인용

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프로바이오틱스는 뼈의 무기질화 강화를 포함하여 숙주에게 여러 가지 유익한 효과를 부여하는 살아있는 미생물입니다. 그러나 뼈 재생에 대한 프로바이오틱스 작용은 잘 연구되지 않았으므로 우리는 프로바이오틱스 처리가 제브라피시 꼬리 지느러미 재생에 미치는 다양한 효과를 분석했습니다. 형태학적 분석에 따르면 프로바이오틱스 치료 후 나비모낭절편이 더 짧고 두꺼워지면서 재생 면적이 증가한 것으로 나타났습니다. 푸리에 변환 적외선 분광학 영상 분석은 재생된 지느러미에서 인산염 그룹의 분포를 강조했으며 프로바이오틱 그룹은 더 높은 양의 잘 결정화된 수산화인회석을 보여주었습니다. 재생의 중간 지점(절단 후 5일)에 프로바이오틱스는 파골세포 활성을 억제하는 것 외에도 runx2b, sp7, col10a1a, spp1 및 bglap과 같은 일부 주요 마커 유전자의 상향 조절로 확인된 것처럼 조골세포 분화의 다양한 단계를 조절할 수 있었습니다. ctsk의 하향 조절로부터. 프로바이오틱스는 또한 레티노산(rarga, cyp26b1) 및 Wnt/β-카테닌(ctnnb1, ccnd1, axin2, sost) 신호 전달 경로에 관련된 유전자의 발현을 조절하고 entpd5a 수준을 증가시켜 인산염 항상성을 조절함으로써 세포 주기를 향상시켰습니다. . 이러한 발견은 양식업과 생의학 분야 모두에서 뼈 재생을 촉진하고 골격 건강을 개선하는 예방적 치료제로서 프로바이오틱스의 사용에 대한 새로운 전망을 제공합니다.

프로바이오틱스는 가금류 및 설치류와 같은 다양한 동물 모델에서 보고된 바와 같이 뼈 대사에 대한 영향을 포함하여 숙주에게 수많은 건강상의 이점을 발휘할 수 있는 유익한 미생물입니다1,2,3. 또한, 제브라피시 모델에서 골격 형성과 광물화를 촉진하는 프로바이오틱스의 역할에 대한 명확한 증거를 제공한 연구는 거의 없습니다4,5. 프로바이오틱스 투여는 기본적으로 대사산물 생산7, 호르몬 상호작용 경로, 골면역학적 반응8 또는 비타민 합성9을 포함한 다양한 방법을 통해 뼈 대사에 영향을 미치는 것으로 입증된 숙주 미생물6을 조절합니다9. Bacillus subtilis와 같은 많은 프로바이오틱 종은 비타민 K210과 같은 골형성 특성을 지닌 비타민을 생산하는 것으로 알려져 있습니다.

제브라피시 꼬리 지느러미는 조직 재생의 기본 메커니즘을 연구하기 위한 매우 성공적인 모델 시스템으로 등장했습니다. 실험실 조건에서는 쉬운 실시간 추적, 지느러미 접근성, 주요 절단으로 인해 물고기에 해로운 영향이 없는 등 여러 가지 연구 이점이 있습니다11. 뼈 재생을 위한 유전적 모델인 Zebrafish는 연구 결과를 인간 재생 의약품의 생물의학적 관점으로 전환할 수 있는 추가적인 가치를 제공합니다12,13. β-카테닌과 같은 중요한 포유류 골형성 분자 플레이어에 대한 오쏘로그의 발현은 다운스트림 표적에 대한 오쏘로그 외에 재생 지느러미에서 검출되었습니다. Zebrafish는 혈통이 제한된 포배 세포를 생성하여 절단된 꼬리 지느러미를 재생합니다. 부분 절단 후, 뼈가 있는 광선과 부드러운 광선 간 조직이 있는 지느러미는 성숙한 그루터기 세포의 역분화를 통해 형성된 계통이 제한된 중간엽 전구 세포 집단인 모세포의 확립을 통해 매우 강력하게 재생됩니다. 모세포의 탈분화된 조골세포 풀은 재생이 진행되는 동안 증식하고 비증식 조골세포로 재분화되며 뼈 기질을 침착시킵니다19. 이러한 분화 단계는 근위 모세포의 원위 부분을 향한 조골세포 전구세포에 대한 RUNX 계열 전사 인자 2b(runx2b), 이어서 sp7 전사 인자(sp7 또는 osterix) 양성 조골세포 및 마지막으로 뼈 감마-카르복시글루타메이트와 같은 다양한 조골세포 단계 마커로 구별됩니다( gla) 단백질(bglap 또는 오스테오칼신) 양성 성숙한 조골세포가 근위 말단에 존재합니다21. sp7의 재발현과 bglap의 감소는 재생 중 모세포의 세포 역분화를 나타내는 지표인 것으로 밝혀졌습니다. RA(Retinoic Acid)23 및 Wnt/β-catenin24,25을 포함한 여러 가지 다른 신호 전달 경로가 지느러미 재생에 필수적인 것으로 확인되었습니다.