Relationships between nitric oxide, insulin and BMP-2 signaling pathways during osteogenesis

Kość to tkanka żywa, w której zachodzą ciągłe procesy przebudowy. Zachowanie równowagi pomiędzy tworzeniem się nowej tkanki i jej degradacją jest istotne dla utrzymania struktury i właściwości mechanicznych kości. Komórkami odpowiedzialnymi za budowę tkanki kostnej są osteoblasty, natomiast osteoklasty to komórki uczestniczące w jej resorpcji. Istnieje szereg czynników stymulujących różnicowanie mezenchymalnych komórek macierzystych w kierunku osteoblastów a wśród nich białko morfogenetyczne kości (BMP), tlenek azotu (NO) oraz insulina. BMP to glikoproteina szeroko stosowana w celu wzmożenia osteogenezy u ludzi. Podobny potencjał wykazuje insulina oraz NO. Jednakże BMP, NO oraz insulina aktywują kościotworzenie poprzez odmienne ścieżki sygnalizacyjne, które wydają się krzyżować i wzajemnie regulować. Przypuszczalnie w zależności od drogi sygnalizacji wewnątrzkomórkowej a także typu komórki, bądź stadium jej zróżnicowania kościotworzenie będzie promowane lub hamowane. Celem pracy jest próba odnalezienia miejsc wspólnych dla sygnalizacji związanej z powyższymi czynnikami osteogennymi oraz zaproponowanie mechanizmu wzajemnej regulacji tych szlaków. Punktem wspólnym trzech ścieżek sygnalizacyjnych wydaje się być szlak kinaz MAP a w szczególności kinaza ERK, choć jej aktywność i sposób regulacji (pozytywny czy negatywny) jest bardzo kontrowersyjny.

Bone is a living tissue where continuous remodeling processes take place. Maintenance of a balance between formation of a new tissue and its degradation is crucial to preserve appropriate structure and mechanical properties of a bone. Osteoblasts are the group of cells responsible for bone development, whereas osteoclasts are involved in bone tissue resorption. There are several factors that stimulate differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblasts. The main is bone morphogenetic protein (BMP), nitric oxide (NO) and insulin. BMP is a glycoprotein widely used to enhance osteogenetic processes in humans but insulin and NO reveals similar potential. However, all those factors activate bone formation via distinct signaling pathways that seems to cross each other and mutually regulate. Presumably, due to different routes of intracellular signaling pathway as well as cell type and its differentiation stage, osteogenesis stimulated with BMP, NO or insulin might be promoted or impaired. The aim of the paper is to search for the places characteristic for all signaling pathways mentioned above and to propose a potential mechanism of their co-action. It seems that MAP kinase pathway, presumable ERK kinase is the connection point of BMP, NO and insulin signaling routes. However, positive or negative regulation of osteogenesis by ERK kinase activity is still controversial.