Calmodulin and Calmodulin-dependent Kinase IIα Regulate Osteoblast Differentiation by Controlling c-fos Expression

钙调蛋白 成骨细胞 细胞生物学 激酶 化学 生物 生物化学 体外
作者
Majd Zayzafoon,Keertik Fulzele,Jay M. McDonald
出处
期刊:Journal of Biological Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:280 (8): 7049-7059 被引量:117
标识
DOI:10.1074/jbc.m412680200
摘要

Ca(2+)/calmodulin-dependent protein kinase IIalpha (alpha-CaMKII) was once thought to be exclusively expressed in neuronal tissue, but it is becoming increasingly evident that CaMKII is also expressed in various extraneural cells. CaMKII plays a critical role in regulating various signaling pathways leading to modulation of several aspects of cellular functions, including proliferation, differentiation, cytoskeletal structure, and gene expression. The purpose of this study was to examine the expression of CaMKII in osteoblast-like cells (MC4) and to elucidate its role in osteoblast differentiation. We demonstrated that CaMKII, specifically the alpha isoform, is expressed in osteoblasts both in vitro and in vivo. Inhibition of CaMKII by the calmodulin antagonist trifluoperazine or the CaMKII antagonist KN93 reduces alkaline phosphatase activity and mineralization, as well as causes 85 and 56% decreases in alkaline phosphatase and osteocalcin gene expression, respectively. CaM and CaMKII antagonists, using the newborn mouse calvaria in vivo model, cause a 50% decrease in osteoblast number (N.Ob-BS) and a 32% decrease in mineralization (BV/TV). Pharmacologic and genetic inhibition of alpha-CaMKII by using trifluoperazine, KN93, and alpha-CaMKII small interfering RNA decreases the phosphorylation of ERK and of cAMP-response element-binding protein, leading to a significant decrease in the transactivation of serum response element and cAMP-response element. Inhibition of alpha-CaMKII decreases the expression of c-fos, AP-1 transactivation, and AP-1 DNA binding activity. Our findings demonstrated that alpha-CaMKII is expressed in osteoblasts and is involved in c-fos expression via regulation of serum response element and cAMP-response element. Inhibition of alpha-CaMKII results in a decrease in c-fos expression and AP-1 activation, leading to inhibition of osteoblast differentiation.

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