کشف نقش پنهان ویتامین K در مهار پوکی استخوان

پژوهشگران کانادایی در مطالعه‌ای جدید موفق به شناسایی یک سازوکار ناشناخته وابسته به ویتامین K شده‌اند که نقش مهمی در حفظ تعادل استخوان‌ها ایفا می‌کند. این یافته‌ها نشان می‌دهد ویتامین K نه تنها در معدنی‌سازی و استحکام استخوان‌ها موثر است بلکه از طریق تنظیم ارتباط میان سلول‌های مختلف استخوانی، روند تخریب و بازسازی استخوان را نیز کنترل می‌کند.

به گزارش ساینس دیلی، استخوان‌ها برخلاف ظاهر ثابت خود، بافت‌هایی پویا هستند که به‌طور مداوم در حال تخریب و بازسازی‌اند. در این فرایند سلول‌هایی به نام استئوکلاست مسئول تجزیه و حذف بافت‌های فرسوده استخوان هستند و سلول‌های استئوبلاست استخوان جدید تولید می‌کنند. حفظ تعادل میان فعالیت این دو نوع سلول برای سلامت اسکلتی ضروری است و برهم خوردن آن می‌تواند به کاهش تراکم استخوان و بیماری‌هایی مانند پوکی استخوان منجر شود.

اگرچه دهه‌هاست که نقش ویتامین K در سلامت استخوان شناخته شده است، اما دانشمندان تاکنون توضیح دقیقی برای نحوه اثرگذاری این ویتامین بر استخوان‌ها در اختیار نداشتند. اکنون گروهی از پژوهشگران به سرپرستی ماتیو فرون (Mathieu Ferron)، مدیر واحد تحقیقات فیزیولوژی مولکولی در موسسه تحقیقات بالینی مونترال کانادا موفق به کشف یک مسیر ارتباطی جدید در بافت استخوان شده‌اند که می‌تواند پاسخ این پرسش را روشن کند.

نتایج این پژوهش که در نشریه تخصصی Bone Research منتشر شده است نشان می‌دهد فرایندی به نام گاما کربوکسیلاسیون وابسته به ویتامین K نقش کلیدی در ارتباط میان سلول‌های استخوان‌ساز و استخوان‌خوار ایفا می‌کند.

حذف یک آنزیم کلیدی و نتایج غیرمنتظره

محققان در نخستین مرحله بررسی خود دو آنزیم اصلی دخیل در گاما-کربوکسیلاسیون وابسته به ویتامین K را مطالعه کردند. نتایج نشان داد آنزیم‌های گاما گلوتامیل کربوکسیلاز و ویتامین K اکسیدوردوکتاز عمدتا در سلول‌های استئوبلاست بیان می‌شوند و حضور بسیار کمتری در استئوکلاست‌ها دارند. این یافته حاکی از آن بود که اثرات ویتامین K احتمالا از طریق سلول‌های استخوان‌ساز اعمال می‌شود.

برای آزمودن این فرضیه پژوهشگران ژن تولیدکننده آنزیم گاما گلوتامیل کربوکسیلاز را به‌طور اختصاصی در استئوبلاست‌های موش‌های نر حذف کردند. بررسی‌ها نشان داد این حیوانات در سن شش‌ماهگی دارای توده استخوانی بیشتر، تراکم بالاتر و ساختار استخوانی متراکم‌تر و به‌هم‌پیوسته‌تری نسبت به موش‌های عادی بودند.

تحقیقات تکمیلی نشان داد افزایش توده استخوانی نه به دلیل تولید بیشتر استخوان بلکه در نتیجه کاهش روند تخریب استخوان رخ داده است. موش‌هایی که فاقد این آنزیم بودند تعداد کمتری استئوکلاست داشتند و سطح نشانگر‌های خونی مرتبط با تحلیل استخوان نیز در آنها کاهش یافته بود. همچنین آزمایش‌های کشت سلولی نشان داد استئوبلاست‌های فاقد این آنزیم توانایی بسیار کمتری برای حمایت از رشد و تکامل استئوکلاست‌ها دارند.

شناسایی یک مسیر ارتباطی جدید

در ادامه پژوهشگران به دنبال یافتن پروتئینی بودند که بتواند نقش واسطه میان استئوبلاست‌ها و استئوکلاست‌ها را ایفا کند. بررسی‌های مولکولی آنها به شناسایی پروتئینی به نام GAS۶ منجر شد.

این پروتئین توسط استئوبلاست‌ها ترشح می‌شود و گیرنده‌های خانواده TAM شامل AXL و MerTK را روی سلول‌های پیش‌ساز استئوکلاست فعال می‌کند.

آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داد شکل گاما کربوکسیله شده GAS۶ به‌طور قابل‌توجهی تشکیل استئوکلاست‌ها را تحریک می‌کند و تعداد هسته‌های موجود در هر سلول استئوکلاست را افزایش می‌دهد. در نتیجه استئوکلاست‌های بزرگ‌تر و چند‌هسته‌ای‌تری ایجاد می‌شوند که توانایی بیشتری برای تخریب بافت استخوانی دارند.

علاوه بر این زمانی که پژوهشگران گیرنده‌های AXL و MerTK را با استفاده از دارو‌های مهارکننده مسدود کردند تولید استئوکلاست‌ها به شکل چشمگیری کاهش یافت. این نتیجه نقش محوری مسیر پیام‌رسانی GAS۶-TAM را در تنظیم تحلیل استخوان تایید کرد.

فرون در توضیح این یافته‌ها گفت: نتایج ما یک سازوکار غیرمنتظره را آشکار می‌کند که از طریق آن، استئوبلاست‌ها به‌طور فعال فرایند بلوغ استئوکلاست‌ها را کنترل می‌کنند. گاما کربوکسیلاسیون وابسته به ویتامین K تنها بر معدنی‌سازی استخوان اثر نمی‌گذارد بلکه نحوه ارتباط سلول‌های استخوان‌ساز با پیش‌ساز‌های استئوکلاست را نیز از طریق سیگنال‌دهی GAS۶ تنظیم می‌کند.

برای بررسی اثر مستقیم GAS۶ بر بازسازی استخوان در شرایط واقعی محققان موش‌های تراریخته‌ای را مطالعه کردند که سطح GAS۶ در خون آنها بالاتر از حد طبیعی بود.

نتایج نشان داد این حیوانات دارای تراکم استخوانی کمتر، تعداد بیشتر استئوکلاست‌ها و میزان بالاتری از تحلیل استخوان هستند. این یافته دقیقا در نقطه مقابل نتایج مشاهده‌شده در موش‌های فاقد آنزیم گاما گلوتامیل کربوکسیلاز قرار داشت.

بررسی‌های بیشتر نشان داد GAS۶ عمدتا فرایند ادغام سلول‌های پیش‌ساز استئوکلاست و تبدیل آنها به استئوکلاست‌های بالغ و چند‌هسته‌ای را تقویت می‌کند و تاثیر کمتری بر مراحل اولیه تمایز این سلول‌ها دارد.
به گفته پژوهشگران کشف محور ارتباطی GAS۶-TAM می‌تواند چشم‌انداز جدیدی برای درمان بیماری‌های مرتبط با تحلیل بیش از حد استخوان ایجاد کند. این مسیر زیستی ممکن است در آینده به هدفی درمانی برای کنترل پوکی استخوان و سایر اختلالات متابولیک استخوان تبدیل شود.

دکتر فرون در این باره گفت: این پژوهش چارچوب جدیدی برای درک تاثیر ویتامین K بر زیست‌شناسی استخوان ارائه می‌دهد. هدف قرار دادن پروتئین GAS۶ یا گیرنده‌های TAM می‌تواند در آینده به تنظیم تحلیل بیش از حد استخوان کمک کند بدون آنکه روند طبیعی بازسازی استخوان مختل شود.

در مجموع این مطالعه یک مکانیسم کاملا جدید وابسته به ویتامین K را معرفی می‌کند که به استئوبلاست‌ها اجازه می‌دهد بلوغ استئوکلاست‌ها و میزان تحلیل استخوان را کنترل کنند. شناسایی پروتئین GAS۶ به عنوان حلقه ارتباطی میان این دو نوع سلول درک دانشمندان از نحوه حفظ تعادل استخوان را گسترش داده و مسیر‌های تازه‌ای را برای توسعه درمان‌های نوین مقابله با پوکی استخوان و شکنندگی استخوان‌ها پیش روی محققان قرار داده است.