LGR4 Binding Small Fragment of RANKL Variants Inhibit RANKL-Induced Osteoclastogenesis and Bone Resorption

Abstract

목적: 파골세포 생성에서 RANK-RANKL 결합은 골다공증에 대한 약물 개발의 중요한 타겟의 하나이다. 최근에는 류신 풍부 G 단백질 결합 수용체 4(LGR4, GPR48)가 RANKL의 또 다른 수용체이며 RANK와 경쟁하여 RANKL에 결합하고 파골세포 분화 동안 표준 RANK 신호 전달을 억제하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 RANKL 복합체의 결정 구조와 그에 상응하는 수용체인 RANK를 기반으로 RANKL 단백질에 도입된 RANKL 유래 small fragment를 이용하여 RANK 신호는 없고 LGR4 신호 전달만이 이루어지게 하여 파골세포 활성 억제를 유도할 수 있는지 조사하였다. 대상 및 방법: 이를 위하여 RANKL의 loof region에 따라 small fragment RANKL을 제작하고 TRAP 활성의 억제에 따라 효과적인 RANKL의 억제제를 선별하였다. 또한 RANK/LGR4와 RANKL/small fragment RANKL 사이의 결합 친화도를 MST를 통해 분석하였고 AKT/GSK-3β/NFATc1 신호 전달을 Western Blot을 통하여 분석하였다. 또한, RANKL-유도 골다공증 실험모델 마우스에서 micro-CT 및 조직학적 분석을 통해 골 흡수 억제 효과를 분석하였다. 결과: 결과적으로 RANKL 유래 소형 단백질인 225RANKL295은 LGR4 결합력은 유지되면서 RANK 결합력은 낮아지고 야생형 RANKL의 구조를 크게 변화시키지 않았으며 RANKL 처리된 골수세포에서 TRAP 활성 및 파골세포 활성을 억제하고 RANKL 유도 마우스 모델에서 BMD 및 BV의 저하를 통한 골 흡수 및 파골세포 활성의 억제를 유도하였다. 결론: 본 연구 결과는 RANKL의 작은 단편 단백질이 RANKL의 비교 억제를 통해 RANKL에 의해 유도된 파골세포 형성을 억제함으로써 골다공증 치료제로 사용될 수 있음을 입증하였다. 이 연구는 RANKL 유래 소형 펩타이드가 골다공증 치료를 위한 잠재적인 도구로 사용될 수 있음을 시사한다.