Osteoblast Malfunction Caused by Cell Stress Response to Procollagen Misfolding in α2(I)-G610C Mouse Model of Osteogenesis Imperfecta

未折叠蛋白反应 前胶原肽酶 内质网 成骨细胞 细胞生物学 化学 下调和上调 成骨不全 XBP1型 自噬 内科学 内分泌学 生物 生物化学 医学 体外 解剖 基因 细胞凋亡 核糖核酸 RNA剪接
作者
Lynn S. Mirigian,Elena Makareeva,Edward L. Mertz,Shakib Omari,Anna M. Roberts-Pilgrim,Arin K. Oestreich,Charlotte L. Phillips,Sergey Leikin
出处
期刊:Journal of Bone and Mineral Research [Oxford University Press]
卷期号:31 (8): 1608-1616 被引量:86
标识
DOI:10.1002/jbmr.2824
摘要

Glycine (Gly) substitutions in collagen Gly-X-Y repeats disrupt folding of type I procollagen triple helix and cause severe bone fragility and malformations (osteogenesis imperfecta [OI]). However, these mutations do not elicit the expected endoplasmic reticulum (ER) stress response, in contrast to other protein-folding diseases. Thus, it has remained unclear whether cell stress and osteoblast malfunction contribute to the bone pathology caused by Gly substitutions. Here we used a mouse with a Gly610 to cysteine (Cys) substitution in the procollagen α2(I) chain to show that misfolded procollagen accumulation in the ER leads to an unusual form of cell stress, which is neither a conventional unfolded protein response (UPR) nor ER overload. Despite pronounced ER dilation, there is no upregulation of binding immunoglobulin protein (BIP) expected in the UPR and no activation of NF-κB signaling expected in the ER overload. Altered expression of ER chaperones αB crystalline and HSP47, phosphorylation of EIF2α, activation of autophagy, upregulation of general stress response protein CHOP, and osteoblast malfunction reveal some other adaptive response to the ER disruption. We show how this response alters differentiation and function of osteoblasts in culture and in vivo. We demonstrate that bone matrix deposition by cultured osteoblasts is rescued by activation of misfolded procollagen autophagy, suggesting a new therapeutic strategy for OI. © 2016 American Society for Bone and Mineral Research.
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