Metabolic regulation of osteoclast differentiation and function

破骨细胞 安普克 谷氨酰胺 葡萄糖转运蛋白 过剩1 谷氨酰胺酶 化学 葡萄糖摄取 基因敲除 PI3K/AKT/mTOR通路 细胞生物学 蛋白激酶A 生物 内分泌学 内科学 生物化学 激酶 信号转导 基因 氨基酸 医学 受体 胰岛素
作者
Yoriko Indo,Sunao Takeshita,Kiyo‐aki Ishii,Takayuki Hoshii,Hiroyuki Aburatani,Atsushi Hirao,Kyoji Ikeda
出处
期刊:Journal of Bone and Mineral Research [Oxford University Press]
卷期号:28 (11): 2392-2399 被引量:234
标识
DOI:10.1002/jbmr.1976
摘要

The osteoclast is a giant cell that resorbs calcified matrix by secreting acids and collagenolytic enzymes. The molecular mechanisms underlying metabolic adaptation to the increased biomass and energetic demands of osteoclastic bone resorption remain elusive. Here we show that during osteoclastogenesis the expression of both glucose transporter 1 (Glut1) and glycolytic genes is increased, whereas the knockdown of hypoxia-inducible factor 1-alpha (Hif1α), as well as glucose deprivation, inhibits the bone-resorbing function of osteoclasts, along with a suppression of Glut1 and glycolytic gene expression. Furthermore, the expression of the glutamine transporter solute carrier family 1 (neutral amino acid transporter), member 5 (Slc1a5) and glutaminase 1 was increased early in differentiation, and a depletion of L-glutamine or pharmacological inhibition of the Slc1a5 transporter suppressed osteoclast differentiation and function. Inhibition of c-Myc function abrogated osteoclast differentiation and function, along with a suppression of Slc1a5 and glutaminase 1 gene expression. Genetic and pharmacological inhibition of mammalian target of rapamycin (mTOR), as well as the activation of adenosine monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK), inhibited osteoclastogenesis. Thus, the uptake of glucose and glutamine and utilization of the carbon sources derived from them, coordinated by HIF1α and c-Myc, are essential for osteoclast development and bone-resorbing activity through a balanced regulation of the nutrient and energy sensors, mTOR and AMPK.
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