The expression of bone matrix and morphogenic proteins in the idiopathic cutaneous calcification and ossification

Abstract

Idiopathic cutaneous calcification and ossification occur in the absence of an abnormal serum calcium level or preexisting tissue abnormality. The pathogenesis has not been fully elucidated. The aim of this study was to investigate the expression of bone matrix and morphogenic proteins in the idiopathic cutaneous calcification and ossification. And we also attempted to elucidate the types of cells related with the cutaneous calcification and ossification and existence of mesenchymal stem cells in the dermis. We studied 6 specimens of idiopathic calcinosis cutis and 6 specimens of primary osteoma cutis. Immunohistochemal study was performed to evaluate the expression of bone matrix and morphogenic proteins, using bone morphogenetic protein 4 (BMP-4), -catenin, osteopontin, osteonectin, osteocalcin, and cell markers, using smooth muscle actin, CD29 and CD44. And double immunofluorescent labelling and confocal laser scanning microscopy was performed to evaluate the colocalization of BMP-4 and BMP receptor type IA (BMPR-IA). The results were as follow: 1. BMP-4, osteopontin, osteonectin and osteocalcin were expressed on the calcified and ossified matrix of all cases. Especially, BMP-4 was expressed on the surrounding mesenchymal cells. -catenin was expressed on the calcified and ossified matrix (except one case of calcification), osteocytes and osteoblasts, apart from the expression of BMP-4. 2. Mesenchymal cells with smooth muscle actin positive dendrites were on around the woven bone. Mesenchymal stem cell markers, CD29 and CD44, were not expressed. 3. BMP-4 and BMPR-IA were spatially colocalized in the mesenchymal cells around the ossified matrix. Our data suggest that BMP-4, -catenin, osteopontin, osteonectin and osteocalcin may be involved in the idiopathic cutaneous calcification and ossification. Especially, BMP positive mesenchymal cells and -catenin positive osteocytes and osteoblasts play important roles on the process. And mesenchymal cells with smooth muscle actin positive dendrites may be involved in the cutaneous ossification. This study suggests that the idiopathic cutaneous calcification and ossification is highly complicated and regulated active process like ectopic calcification of other tissues.;특발성 피부 석회화와 골화는 고칼슘혈증이나 조직의 이상이 선행되지 않은 정상 피부에 발생하는 질환이다. 이들 질환의 병리기전에 대해서는 아직 확실하게 밝혀진 바가 없다. 이 연구의 목적은 특발성 피부 석회화와 골화에서 여러 가지 골기질 및 골형성 단백질의 발현을 관찰하여 관련성을 알아보고자 하였다. 또한, 관여하는 세포의 성상과 피부 진피 내에 중간엽 줄기 세포의 존재여부에 대해서도 알아보고자 하였다. 특발성 피부석회화증 6예와 일차성 피부골종 6예에서 다음과 같은 연구를 시행하였다. 관련 단백질과 세포 표지자의 발현을 관찰하기 위해서 면역조직화학 염색을 시행하였다. 관찰한 단백질은 bone morphogenetic protein 4 (BMP-4), -catenin, osteopontin, osteonectin , osteocalcin 등이며, 세포 표지자는 smooth muscle actin과 중간엽 줄기세포 표지자 CD29, CD44였다. 그리고 BMP-4와 BMP receptor type IA (BMPR-IA)의 공존 여부를 확인하기 위하여 이중면역형광염색과 공초점 레이저 현미경을 이용하였다. 결과는 다음과 같다. 1. BMP-4, osteopontin, osteonectin, osteocalcin 등이 모두 정도의 차이는 있지만, 모든 예의 석회화와 골화 기질에서 발현되었다. 특히, BMP-4는 주변 조직의 중간엽 세포의 세포질에서 발현되었다. -catenin은 한 예의 석회화 조직만 제외하고 모든 예에서 석회화와 골화 기질에서 발현되었고, 특징적으로 골화 기질의 골세포와 골모세포의 세포질에서 발현되었다. 2. 미성숙 골 형성을 보인 예에서 골기질 주변에 smooth muscle actin 양성 수지상 돌기를 가진 중간엽 세포가 관찰되었으며, 성숙한 골 형성을 보인 예들에서는 관찰되지 않았다. 중간엽 줄기세포 표지자인 CD29와 CD 44는 발현되지 않았다. 3. 공초점 레이저 현미경에서 BMP-4와 BMPR-IA가 석회화와 골화 기질 주변의 중간엽 세포에서 공존하는 것이 관찰되었다. 결론적으로, 특발성 피부 석회화와 골화에서 BMP-4, -catenin, osteopontin, osteonectin, osteocalcin이 발현되었으며, 주변 조직의 중간엽 세포에서의 BMP-4 발현과 골화 기질의 골세포와 골모세포의 -catenin 발현이 세포 분화과정에서 중요한 역할을 할 것으로 보인다. smooth muscle actin 양성 수지상 돌기를 가진 중간엽 세포가 초기 골화 과정에서 관찰되었으며, 중간엽 줄기세포 표지자의 발현은 모든 예에서 관찰되지 않았다. 따라서, 특발성 피부 석회화와 골화도 수동적인 변화가 아닌 다른 조직에서 밝혀진 석회화 과정과 같이 복잡하고 능동적인 과정에 의해서 발생되는 것임을 시사한다.