Abstract
Fibroblast growth factor (FGF) / FGF receptor (FGFR) mediated signaling is required for skeletogenesis in cluding intramembranous and endochondral ossifications Runx2 ($Cbfa1/Pebp2{\alpha}A/AML3$) is an essential transcription factor for osteoblast differentiation and bone formation. Murine calvaria and mandible are concurrently undergoing both intramembranous bone and cartilage formations in the early developmental stage. However the mechanism by which these cartilage formations are regulated remains unclear. To elucidate the effect of FGF signaling on development of cranial sutural cartilage and Meckel's cartilage and to understand the role of Runx2 in these process, we have done both in vivo and in vitro experiments. Alcian blue staining showed that cartilage formation in sagittal suture begins from embryonic stage 16 (E16), Meckel's cartilage formation in mandible from E12. We analyzed by in situ hybridization the characteristics of cartilage cells that type II collagen, not type X collagen, was expressed in sagittal sutural cartilage and Meckel's cartilage. In addition, Runx2 was not expressed in Meckel's cartilage as well as sagittal sutural cartilage, except specific expression pattern only surrounding both cartilages. FGF signaling pathway was further examined in vitro. Beads soaked in FGF2 placed on the sagittal suture and mandible inhibited both sutural and Meckel's cartilage formations. We next examined whether Runx2 gene lies in FGF siganling pathway during regulation of cartilage formation. Beads soaked in FGF2 on sagittal suture induced Runx2 gene expression. These results suggest that FGF signaling inhibits formations of sagittal sutural and Meckel's cartilages, also propose that FGF siganling is involved in the proliferation and differentiation of chondroblasts through regulating the transcription factor Runx2.
막내골화와 연골내골화 등의 정상적인 골격 성장은 섬유아세포 성장인자 (FGF) 와 이들 수용체들 (FGFR) 에 의한 신호 전달체계에 의해 조절된다. 또한 전사조절인자인 Runx2 ($Cbfa1/Pebp2{\alpha}A/AML3$) 는 골아세포분화 뿐만 아니라 골형성에도 필수적인 유전자로 알려져 있다. FGF signaling이 mouse의 두개관과 하악에서의 연골 형성에 어떤 영향을 미치고 있으며, 이 과정에서 Runx2의 연관성을 알아보고자 in vivo 및 in vitro 실험을 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 두개관과 하악을 Alcian blue 염색한 결과 시상두개봉합부 연골은 태생 16일부터, Meckel's 연골은 태생11일부터 형성되기 시작하였다. 이들 연골세포들의 성상을 알아보기위한 in situ hybridization 결과 시상두개봉합부 연골 및 Meckel's 연골 모두에서 type II collagen은 발현되었으나, Type X collagen은 발현되지 않았다. Runx2 mRNA는 시상두개봉합부 연골과 Meckel's 연골 모두에서 발현되지 않았지만, 이들 연골들의 가장자리를 둘러싸고 있는 독특한 발현양상을 나타내었다. 두개봉합부에서의 FGF2 protein의 국소적 적용은 두개봉합부 하방의 연골형성을 억제하였다. 또한 하악의 Meckel's 연골 발생 부위에 FGF2 protein의 국소적 적용 역시 Meckel's 연골의 형성을 억제하였다. FGF2 protein은 시상두개봉합부상의 bead 주위로 Runx2의 발현을 유도하였다. 이 결과들을 종합해볼 때, FGF signaling은 골아세포와 연골아세포가 공존하고 있는 조직에서의 연골 형성을 억제하고 있음을 시사해 주고 있으며, 이 과정에서 FGF signaling은 부분적으로 Runx2 유전자의 발현을 조절하므로써 연골세포의 증식과 분화에 관여할 것으로 사료된다.