Molecular Determinants of mineralization in osteoblast cell cultures

• Main Author: Addison, William
• Other Authors: Marc D McKee (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2010
• Subjects: Biology - Cell
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=92158

Mineralization of the extracellular matrix of bone is a cell-mediated process, which is tightly regulated by a delicate balance between stimulatory and inhibitory molecules. A disruption in the metabolism or levels of these mediating factors results in pathologically hypomineralized or hypermineralized bone. The experimental results presented in this thesis describe the effects of key proteins, peptides and small-molecule ions on an osteoblast cell-culture model of bone mineralization. === This study presents evidence that pyrophosphate inhibits mineralization by at least three different mechanisms that include direct binding to hydroxyapatite crystals, induction of osteopontin expression, and inhibition of alkaline phosphatase activity. The data presented also demonstrate that inhibition of mineralization by mineral-binding osteopontin and MEPE ASARM peptides is phosphorylation-dependent and that this inhibition can be rescued by enzymatic degradation of the peptides by PHEX. This result identifies a novel mechanism by which loss of PHEX activity can lead to extracellular matrix accumulation of ASARM resulting in the osteomalacia of X-linked hypophosphatasia. Finally, the thesis describes the novel effects of a potentially physiologic modulator of mineralization, inositol hexakisphosphate, on osteoblast activity – namely, that inositol hexakisphosphate inhibits osteoblast culture mineralization, adsorbs to mineral and induces expression of osteopontin. === In summary, the findings herein suggest a model whereby regulation of crystal propagation/growth within the extracellular matrix is maintained by the enzymatic removal (e.g. by alkaline phosphatase and PHEX) of mineralization inhibitors (e.g. pyrophosphate and ASARM peptides) and that these inibitors regulate mineralization by acting on both the mineral phase and on the cellular expression of mineral-regulating genes. === Minéralisation de la matrice extracellulaire de l'os est un processus de médiation cellulaire, qui est rigoureusement réglementé par un délicat équilibre entre les molécules stimulatoires et inhibitrices. Un dysfonctionnement dans le métabolisme de ces facteurs donnera soit une déficience ou un excès des minéraux dans les os. Les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse, décrivent les effets des protéines et des ions principaux sur un modèle de cellule-culture d'osteoblaste de minéralisation d'os. === Cette étude présente les éléments de preuve que le pyrophosphate inhibe la minéralisation par au moins trois différents mécanismes qui incluent la liaison directe aux cristaux d'hydroxyapatite, à l'induction de expression d'osteopontin et à l'inhibition de l'activité de la phosphatase alcaline. Les données présentées démontrent également que l'inhibition de la minéralisation par la liaison de minéraux osteopontin/MEPE ASARM peptides est phosphorylation dépendante et que cette inhibition peut être sauvée par dégradation enzymatique avec PHEX. Ce résultat identifie un nouveau mécanisme par lequelle une perte d'activité de PHEX peut conduire à l'accumulation d'ASARM dans la matrice ce qui se traduit par la ostéomalacie de X-linked hypophosphatasia. === Enfin, la thèse décrit les effets d'un nouveau modulateur de minéralisation, l'inositol hexakisphosphate, de l'activité d'ostéoblaste. Nous avons trouver que l'inositol hexakisphosphate inhibe la minéralisation de culture d'ostéoblastes, s'attache aux minéraux et augmente l'expression d'osteopontin.