Molecular and mechano-biology of collagen gel contraction mediated by human MG-63 cells: involvement of specific intracellular signaling pathways and the cytoskeleton

摘要

Culture of human osteoblast-like MG-63 cells within collagen gels results in the generation of intrinsic stress. Release of such collagen gels from attachment results in gel contraction and enhanced MMP-1, MMP-3, and α2 integrin mRNA levels. To understand the potential role of microtubules and signaling pathways involved in MG-63 cell-mediated contraction and gene expression, cells were cultured in collagen gels. After 24 h collagen gels were released, then immediately treated with nocodazole or specific protein kinase inhibitors. Contraction was assessed, RNA isolated, and real-time PCR analysis performed. Treatment with high concentrations of a microtubule depolymerization agent, nocodazole, enhanced early contraction and led to elevated mRNA levels for MMP-3, whereas low concentrations inhibited contraction at later time points and did not affect mRNA levels. ROCK inhibitor treatment (Y27632) inhibited collagen gel contraction and led to depressed mRNA levels. The ERK1/2 inhibitor U0126 did not affect contraction, but treatment led to depressed MMP-1, MMP-3, and α2 mRNA levels. The p38MAPK inhibitor SB203580 modestly affected contraction, but did not affect mRNA levels. These results suggest the potential role of cytoskeletal integrity and multiple kinase signaling pathways in specific bone-remodeling events.La culture des cellules ostéoblastoïdes humaines MG-63 à l'intérieur de gels de collagène génère un stress intrinsèque. Le détachement de ces gels de collagène produit une contraction du gel et une augmentation des niveaux d'ARNm de MMP-1, MMP-3 et des intégrines α2. Afin de comprendre le rôle potentiel des microtubules et des voies signalétiques impliquées dans la contraction produite par les cellules et dans la régulation génique des cellules MG-63, les cellules ont été cultivées dans des gels de collagène. Après 24 heures, les gels de collagènes ont été détachés et traités immédiatement avec du nocodazole ou des inhibiteurs spécifiques de protéine kinases. La contraction a été évaluée, l'ARN isolé et une analyse en RT-PCR réalisée. Un traitement avec de fortes concentrations d'un agent de dépolymérisation de microtubules, le nocodazole, augmentait la contraction précoce et augmentait les niveaux d'ARNm de MMP-3, alors que de faibles concentrations inhibaient la contraction à des temps plus tardifs et n'affectaient pas les niveaux d'ARNm de MMP-3. Un traitement avec un inhibiteur de ROCK (Y27632) inhibait la contraction du gel de collagène et réprimait l'expression des ARNm. Un inhibiteur de ERK1/2, le U0126, n'affectait pas la contraction mais réprimait les ARNm de MMP-1, MMP-3 et α2. Un inhibiteur de p38MAPK, le SB203580, affectait modestement la contraction mais n'affectait pas les niveaux d'ARNm. Ces résultats suggèrent l'existence d'un rôle potentiel de l'intégrité du cytosquelette et des voies signalétiques de différentes kinases dans certains événements spécifiques du remodelage osseux.