Pharmacological and Biochemical Characterization of Cells Isolated from Fetal Rat Calvaria

국문 초록 (Abstract)

Transforming growth factor ${\beta}(TGF-{\beta})$는 많은 세포의 증식, 분화 및 여러가지 세포기능에 대해 다양한 조절기능을 갖고 있는 multifunctional polypeptide로 알려져 있다. $TGF-{\beta}$는 골기질에 상당량 존재하며 골조직 대사에 대해 광범위한 영향을 나타낸다. 여러가지 연구결과에 의해 기질과 연관된 $TGF-{\beta}$는 골세포 자체의 산물로 여겨지고 있으나 골조직세포군중 어느종류의 세포가 $TGF-{\beta}$를 형성하는지에 대해서는 논란이 되고 있다. 본 연구는 $TGF-{\beta}$를 형성하는 골조직세포를 규명하고 $TGF-{\beta}$가 서로 다른 세포들에 미치는 영향을 관찰하고자 하였다. 본 실험에 필요한 특정골조직세포군을 얻기 위하여 백서태자두개관을 연속효소처리하여 수집한 골조직세포군의 생화학적 특성규명을 시행하였다. 효소 처리후 초기에 유리되는 세포는 섬유아세포의 특성을 보이며 후기에 유리되는 세포는 acid 및 alkaline phosphatase 활성과 부갑상선호르몬, calcitonin, prostaglandin $E_{2}$에 대한 c-AMP의 반응 및 교원 단백질합성등을 통해 볼때 조골세포유사세포로 보여진다. 골조직과 두개관세포 추출물의 Polyacrylamlde gel과 immunoblot analysis에 의해 골조직내에 $TGF-{\beta}$의 존재와 골세포에 의한 $TGF-{\beta}$의 생성을 확인하였다. 두개관 세포 추출물의 분석에서 모든 세포군에서 $TGF-{\beta}$가 합성되는 것을 관찰하였다. 외부에서 $TGF-{\beta}$를 가한 경우 무혈청 배지에서 골조직 증식에 대해 두가지 양상의 반응을 보였다. 조골세포 유사세포에서는 촉진하는 반응을 보였으나 섬유아세포군에서는 억제반응을 나타냈다. 반면에 교원 및 비교원 단백질 합성에 있어서는 모든 두개관세포군이 촉진반응을 보였다. 단백질 합성증가는 교원단백에 특이성이라기 보다는 일반적인 증가로 보여진다. 또한 단백질합성증가에 대한 $TGF-{\beta}$의 영향은 세포증식과의 관련성이 없는 것으로 사료된다. 결국 골세포에 의한 $TGF-{\beta}$의 생성과 여러 세포군에 대한 서로 다른 작용으로 보아 $TGF-{\beta}$는 autocrine과 paracrine 양상으로 세포기능을 조절함으로써 골조직 대사를 조절하는 중요한 기능을 발휘하는 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Transforming growth factor ${\beta}(TGF-{\beta})$ is a multifunctional polypeptide with diverse effects on the proliferation, differentiation and other functions in many cell types. $TGF-{\beta}$ is highly abundant in bone matrix and induces divergent responses in many aspects of bone cell metabolism . Several lines of investigation indicate that matrix-associated $TGF-{\beta}$ is the products of bone cells themselves. However, exact bone cell type reponsible for the production of $TGF-{\beta}$ is still in controversy, The present study was undertaken to determine the cellular origin of matrix-associated $TGF-{\beta}$ and to assess how different bone cells respond to $TGF-{\beta}$. As a prerequisite for this, 5 bone cell populations of distinct phenotype were isolated from fetal calvaria with sequential enzyme digestion protocol and biochemical characterization. Calvarial cell populations released in early stage showed fibroblastic features whereas populations relesed later was enriched with osteoblast-like cell as judged by their acid and alkaline phosphatase activities, cAMP responsiveness to parathyroid hormone, calcitonin and prostaglandin $E_2$ and collagen synthesis rate. By polyacylamide gel and immunoblot analysis of bone and calvarial cell extracts, presence of $TGF-{\beta}$ in bone tissues and production of $TGF-{\beta}$ by bone cells were confirmed again. Subsequent analysis of calvarial cell extracts prepared as individual population revealed that all calvarial cell populations synthesize $TGF-{\beta}$. Exogenously added $TGF-{\beta}$ induced biphasic response upon bone cell proliferation under serum-free condition. In osteoblastic cell populations, it was stimulatory whereas inhibitory in fibroblastic cell populations. In contrast, collagen and noncollagen protein synthesis of all calvarial cell populations were stimulated by $TGF-{\beta}$. Enhancement of protein synthesis was found to be more general rather than specific for collagen synthesis. In addition, effects of $TGF-{\beta}$ on protein synthesis were independent to its effects on cell proliferation. In summary, production of $TGF-{\beta}$ by bone cells and differential actions on various cell populations observed in this study suggest that $TGF-{\beta}$ may play an important role in the regulation of bone metabolism by modulating the specific cellular functions in autocrine and paracrine fashion.