Interleukin 4 tăng cường sản xuất yếu tố kích thích thuộc địa đại thực bào ở tế bào tạo xương, nhưng không phải interleukin 6

Calcified Tissue International - Tập 55 - Trang 21-28 - 1994
D. L. Lacey1, J. M. Erdmann1, M. Shima2, S. Kling3, A. Matayoshi1, J. Ohara3, S. L. Perkins4
1Department of Pathology, Jewish Hospital at Washington University, St. Louis, USA
2Department of Pediatrics, Osaka University Hospital, Osaka, Japan;
3Division of Gastroenterology, University of Colorado Health Sciences Center, Denver, USA
4Department of Pathology, University of Utah Health Sciences Center, Salt Lake City, USA

Tóm tắt

Để xác định xem các hiệu ứng gần đây của interleukin 4 (IL-4) trên hệ xương có thể được giải thích bởi tác động của nó lên các tế bào tạo xương hay không, chúng tôi đã kiểm tra ảnh hưởng của IL-4 lên sự tiết yếu tố kích thích thuộc địa đại thực bào (M-CSF) và interleukin 6 (IL-6) của dòng tế bào tạo xương chuột MC3T3-E1. Interleukin-4 đã làm tăng hoạt động hình thành thuộc địa trong dịch chiết MC3T3 từ hai đến ba lần, với hình thái tế bào thuộc địa, hóa sinh tế bào, và việc chặn hiệu ứng bằng kháng thể kháng M-CSF, cho thấy rằng hoạt động do IL-4 gây ra là M-CSF. Hoạt động của M-CSF trong dịch chiết MC3T3 đã tăng lên theo thời gian, với các tác động tích cực của IL-4 thấy rõ sau 24 giờ tiếp xúc. Liều hiệu quả tối đa của IL-4 là 100 U/ml, trong đó môi trường điều kiện từ các tế bào được điều trị bằng IL-4 chứa gấp đôi M-CSF so với các tế bào đối chứng (400 U/ml so với 200 U/ml M-CSF), như được phát hiện bởi ELISA sandwich M-CSF. Những tấm Northern cho thấy IL-4 (200 U/ml) nhanh chóng tăng mức mRNA M-CSF ở trạng thái ổn định với sự kích thích tối đa được quan sát sau 2 giờ, sau đó giảm về mức gần như cơ bản vào 24 giờ. IL-4 cũng đã tăng mức mRNA M-CSF theo liều, với sự kích thích tối đa (gấp bốn lần) được thấy ở liều 100 U/ml IL-4. Ngược lại với tác động của nó lên sản xuất M-CSF ở MC3T3, IL-4 (200 U/ml) không kích thích sự tiết IL-6 ở MC3T3, trong khi IL-1 (1 pM) đã kích thích sự tăng gấp 500 lần trong việc tiết IL-6 của MC3T3. Khi được sử dụng để điều trị các văn hóa tế bào tạo xương giàu chất calvarial mới sinh, IL-4 đã làm tăng sản xuất M-CSF theo liều, với hiệu ứng tối đa được thấy ở 200 U/ml, trong đó môi trường điều kiện của tế bào tạo xương được điều trị bằng IL-4 chứa gần 500 U/ml M-CSF, so với 200 U/ml M-CSF trong môi trường điều kiện đối chứng. Những quan sát này cho thấy rằng các mục tiêu tế bào của IL-4 trong các mô xương bao gồm các tế bào tạo xương, và cytokine này tăng cường sự biểu hiện M-CSF của tế bào tạo xương, một cytokine tạo máu có vai trò quan trọng trong sự phân hóa của tế bào đơn nhân/đại thực bào. Hơn nữa, tác động của IL-4 lên nồng độ M-CSF do tế bào tạo xương sản xuất rất chọn lọc vì nồng độ IL-6 không bị thay đổi bởi điều trị bằng IL-4.

Từ khóa

#interleukin 4 #osteoblasts #macrophage colony-stimulating factor #interleukin 6 #MC3T3-E1

Tài liệu tham khảo

Rodan GA, Martin TJ (1981) Role of osteoblasts in hormonal control of bone resorption. Calcif Tissue Int 33:349–351 McSheehy PMJ, Chambers TJ (1986) Osteoblast-like cells in the presence of parathyroid hormone release soluble factor that stimulates osteoclastic bone resorption. Endocrinology 119: 1654–1659 Thomson BM, Saklatvala J, Chambers TJ (1986) Osteoblasts mediate interleukin 1 stimulation of bone resorption by rat osteoclasts. J Exp Med 164:104–112 Thomson BM, Mundy GR, Chambers TJ (1987) Tumor necrosis factors α and β induce osteoblastic cells to stimulate osteoclastic bone resorption. J Immunol 138:775–779 Gallwitz WE, Mundy GR, Oreffo ROC, Gaskell SJ, Bonewald LF (1991) Purification of esteoclastotropic factors produced by stromal cells: identification of 5-lipoxygenase metabolites. J Bone Miner Res 6:S198 Kodama H, Nose M, Niida S, Yamasaki A (1991) Essential role of macrophage colony-stimulating factor in the osteoclast differentiation supported by stromal cells. J Exp Med 173:1291–1294 Takahashi N, Udagawa N, Akatsu T, Tanaka H, Isogai Y, Suda T (1991) Deficiency of osteoclasts in osteopetrotic mice is due to a defect in the local microenvironment provided by osteoblastic cells. Endocrinology 128:1792–1796 Kurihara N, Bertolini D, Suda T, Akiyama Y, Roodman GD (1990) IL-6 stimulates osteoclast-like multinucleated cell formation in long-term human bone marrow cultures by inducing IL-1 release. J Immunol 144:4226–4230 Howard M, John F, Hilfiker M, Johnson B, Takatsu K, Kamaoka T, Paul WE (1982) Identification of a T cell-derived B cell growth factor distinct from interleukin 2. J Exp Med 155: 914–923 Brown MA, Pierce JH, Watson CJ, Falco J, Ihle JN, Paul WE (1987) B cell stimulatory factor-1/interleukin-4 mRNA is expressed by normal and transformed mast cells. Cell 50:809–818 Watanabe K, Tanaka Y, Morimoto I, Eto S (1990) Interleukin 4 as a potent inhibitor of bone resorption. Biochem Biophys Res Commun 172:1035–1041 Watanabe K, Sato K, Kasono K, Nakano Y, Eto S (1991) Interleukin-4 inhibits hypercalcemia in parathyroid hromonerelated protein-infused normal mice and tumor-bearing nude mice in vivo. J Bone Miner Res 6:815S Shioi A, Teitelbaum SL, Ross FP, Welgus HW, Suzuki H, Ohara J, Lacey DL (1991) Interleukin 4 inhibits murine osteoclast formation in vitro. J Cell Biochem 47:272–277 Sudo H, Kodama H-A, Amagai Y, Yamamoto S, Kasai S (1983) In vitro differentiation and calcification in a new clonal osteogenic cell line derived from newborn mouse calvaria. J Cell Biol 96:191–198 Lacey DL, Erdmann JM, Tan HL, Ohara J (1993) Murine osteoblast interleukin 4 receptor expression: upregulation by 1,25 dihydroxyvitamin D3 J Cell Biochem 53:122–134 Stanley ER (1985) The macrophage colony-stimulating factor, CSF-1. Methods Enzymol 116:564–587 Ohara J, (1989) Interleukin-4: molecular structure and biochemical characteristics, biological function, and receptor expression. In: Cruse JM, Lewis REJ (eds) The year in immunology: immunoregulatory cytokines and cell growth. Karger, Basel, pp 126–159 Ohara J, Coligan JE, Zoon K, Maloy WL, Paul WE (1987) High-efficiency purification and chemical characterization of B cell stimulatory factor-1/Interleukin 4. J Immunol 139:1127–1134 Lokeshwar BL, Lin HS (1989) A sandwich enzyme-linked immunoadsorbent assay for detection of murine macrophage colony-stimulating factor (CSF 1). J Immunol Methods 123:123–129 Partridge NC, Alcorn D, Michelangi VP, Kemp BE, Ryan GB, Martin TJ (1981) Functional properties of hormonally responsive cultured normal and malignant rat osteoblastic cells. Endocrinology 108:213–219 Kaplow LS (1963) Cytochemistry of leukocyte alkaline phosphatase: use of complex napthol AS phosphates in azo dyecoupling techniques. Am J Clin Pathol 39:439–449 Tushinski RJ, Oliver IT, Guilbert LJ, Tynan PW, Warner JR, Stanley ER (1982) Survival of mononuclear phagocytes depends on a lineage-specific growth factor that the differentiated cells selectively destroy. Cell 28:71–81 Bradley TR, Metcalf D (1966) The growth of mouse bone marrow cells in vitro. Aust J Exp Biol Med Sci 44:287–294 Perkins SL Teitelbaum SL (1991) 1,25 dihydroxyvitamin D3 modulates colony-stimulating factor 1 receptor binding by murine bone marrow macrophage precursors. Endocrinology 128: 303–311 Ishimi Y, Miyaura C, Jin CH, Akatsu T, Abe E, Nakamura Y, Yamaguchi A, Yoshiki S, Matsuda T, Hirano T, Kishimoto T, Suda T (1990) IL-6 is produced by osteoblasts and induces bone resorption. J Immunol 145:3297–3303 Chirgwin JM, Przybyla AE, MacDonald RJ, Rutter WJ (1979) Isolation of biologically active ribonucleic acid from sources enriched in ribonuclease. Biochemistry 18:5294–5299 Chaplin DD, Woods DE, Whitehead AS, Goldberger G, Colten HR, Seidman JG (1983) Molecular map of the murine S region. Proc Natl Acad Sci USA 80:6947–6951 Harpold MM, Evans RM, Salditt-Geogieff M, Darnell JE (1979) Production of mRNA in Chinese hamster cells: relationship of the rate of synthesis to the cytoplasmic concentration of nine specific mRNA sequences. Cell 17:1025–1035 Sato K, Fujii Y, Asano S, Ohtsuki T, Kawakami M, Kasono K, Tsushima T, Shizume K (1986) Recombinant human interleukin 1 alpha and beta stimulate mouse osteoblast-like cells (MC3T3-E1) to produce macrophage colony-stimulating activity and prostaglandin E2. Biochem Biophys Res Commun 141:285–291 Elford PR, Felix R, Cecchini M, Trechsel U, Fleisch H (1987) Murine osteoblast-like cells and the osteogenic cell MC3T3-E1 release a colony-stimulating activity in culture. Calcif Tissue Int 41:151–156 Rennick D, Yang G, Muller SC, Smith C, Arai N, Takabe Y, Gemmell L (1987) Interleukin 4 (B-cell stimulatory factor 1) can enhance or antagonize the factor-dependent growth of hemopoietic progenitor cells. Proc Natl Acad Sci USA 84:6889–6893 Peschel C, Paul WE, Ohara J, Green I (1987) Effects of B cell stimulatory factor-1/interleukin 4 on hematopoietic progenitor cells. Blood 70:254–263 Rajavashisth TB, Eng R, Shadduck RK, Waheeed A, Ben-Avram CM, Shively JE, Lusis AJ (1985) Cloning and tissuespecific expression of mouse macrophage colony-stimulating mRNA. Proc Natl Acad Sci USA 84:1157–1161 Ladner MB, Martin GA, Noble JA, Wittman VP, Warren MK, McGrogan M, Stanley ER (1988) cDNA cloning and expression of murine macrophage colony-stimulating factor from L929 cells. Proc Natl Acad Sci USA 85:6706–6709 DeLamarter JF, Hession C, Semon D, Gough NM, Rothenbuhler R, Mermod J-J (1987) Nucleotide sequence of a cDNA encoding murine CSF-1 (macrophage CSF). Nucleic Acids Res 15:2389–2390 Felix R, Fleisch H, Elford PR (1989) Bone-resorbing cytokines enhance release of macrophage colony-stimulating activity by the osteoblastic cell MC3T3-E1. Calcif Tissue Int 44:356–360 Lacey D, Grosso L, Moser S, Erdmann J, Tan H, Pacifici R, Villareal D (1993) IL-1-induced murine osteoblast IL-6 production is mediated by the type 1 IL-1 receptor and is increased by 1,25 dihydroxyvitamin D3. J Clin Invest 91:1731–1742 Das SK, Stanley ER (1982) Structure-function studies of a colony-stimulating factor (CSF-1). J Biol Chem 257:13679–13684 Rettenmier CW, Roussel MF, Ashmun RA, Ralph P, Price K, Sherr CJ (1987) Synthesis of membrane-bound colonystimulating factor 1 (CSF-1) and down-modulation of CSF-1 receptors in NIH 3T3 cells transformed by co-infection of the human CSF-1 and c-fms (CSF-1 receptor) genes. Mol Cell Biol 7:2378–2387 Rettenmier CW, Roussel MF (1988) Differential processing of colony-stimulating factor 1 precursors encoded by two human cDNAs. Mol Cell Biol 8:5026–5036 Felix R, Cecchini MG, Hofstetter W, Elford PR, Stutzer A, Fleisch H (1990) Impairment of macrophage colony-stimulating factor production and lack of resident bone marrow macrophages in the osteopetrotic op/op mouse. J Bone Miner Res 5:781–789 Yoshida H, Hayashi S-I, Kunisada T, Ogawa M, Nishikawa S, Okamura H, Sudo T, Shultz LD, Nishikawa S-I (1990) The murine mutation osteopetrosis is in the coding region of the macrophage colony-stimulating factor gene. Nature 345:442–444 Wiktor-Jedrezejczak W, Bartocci A, Ferrante AW, Ahmed-Ansari A, Sell KW, Pollard JW, Stanley ER (1990) Total absence of colony-stimulating factor 1 in the macrophage-deficient osteopetrotic (op/op) mouse. Proc Natl Acad Sci USA 87:4828–4832 Felix R, Cecchini MG, Fleisch H (1990) Macrophage colonystimulating factor restores in vivo bone resorption in the op/op osteopetrotic mouse. Endocrinology 127:2592–2594 Wiktor-Jedrezejczak W, Urbanowska E, Aukerman SL, Pollard JW, Stanley ER, Ralph P, Ansari AA, Sell KW, Szperl M (1991) Correction of CSF-1 of defects in the osteopetrotic op/op mouse suggests local, developmental, and humoral requirements for this growth factor. Exp Hematol 19:1049–1054 Kodama H, Yamasaki A, Nose M, Niida S, Ohgame Y, Abe M, Kumegawa M, Suda T (1991) Congenital osteoclst deficiency in osteopetrotic (op/op) mice is cured by injections of macrophage colony-stimulating fators. J Exp Med 173:269–272 Udagawa N, Takahashi N, Akatsu T, Tanaka H, Sasaki T, Nishihara T, Koga T, Martin TJ, Suda T (1990) Origin of osteoclasts: mature monocytes and macrophages are capable of differentiating into osteoclasts under a suitable microenvironment prepared by bone marrow-derived stromal cells. Proc Natl Acad Sci USA 87:7260–7264 Udagawa N, Takahashi N, Akatsu T, Sasaki T, Yamaguchi A, Kodama H, Martin TJ, Suda T (1989) The bone marrow-derived stromal cell lines MC3T3-G2/PA6 and ST2 support osteoclastlike cell differentiation in cocultures with mouse spleen cells. Endocrinology 125:1805–1813 Perkins SL, Kling SJ (1993) Macrophage colony-stimulating factor concentrations are an important determinant in terminal in vitro osteoclast differentiation. J Bone Miner Res 8:S390 Hattersley G, Owens J, Flanagan AM, Chambers TJ (1991) Macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) is essential for osteoclast formation in vitro. Biochem Biophys Res Commun 177:526–531 Hattersley G, Dorey E, Horton MA, Chambers TJ (1988) Human macrophage colony-stimulating factor, inhibits bone resorption by osteoclasts disaggregated from rat bone. J Cell Physiol 137:199–203 Shioi A, Teitelbaum S, Ross F, Ohara J, Lacey D (1992) Interleukin 4 directly impacts osteoclasts and their progenitors. J Bone Miner Res 7:S308 Lowenthal JW, Castle BE, Christiansen J, Schreurs J, Rennick D, Arai N, Hoy P, Takebe Y, Howard M (1988) Expression of high affinity receptors for murine interleukin 4 (BSF-1) on hemopoietic and nonhemopoietic cells. J Immunol 140:456–464 Ohara J, Paul WE (1987) Receptors for B-cell stimulatory factor-1 expressed on cells of haematopoietic lineage. Nature (Lond) 325:537–540