Flunarizine regulates osteoclast differentiation and bone resorption by attenuating calcium and integrin signaling

Abstract

Many bone diseases such as osteoporosis and periodontitis are caused by excessive osteoclastic activity. Numerous studies have reported that calcium oscillations are essential for osteoclast differentiation and function. Thus, the blockade of calcium signaling may be a strategy for regulating osteoclast formation and has clinical implications. Flunarizine (FN) is a calcium channel antagonist that has been used for reducing migraine. However, the role of FN in osteoclast differentiation and function has not yet been known. Here, we investigated how FN regulates osteoclast differentiation and bone resorption. FN inhibited osteoclast differentiation along with decreased NFATc1 expression in a dose-dependent manner. FN attenuated calcium oscillations leading to inactivation of CaMKIV and CREB, which resulted in the reduced expression of cFos and PGC1β. When FN was added to differentiated osteoclasts, it also inhibited osteoclast formation and bone resorption, and decreased the expression of integrin β3, p130Cas and Src. Collectively, FN may inhibit osteoclast differentiation and bone resorption by regulating calcium and integrin signaling. Furthermore, the protective role of FN in lipopolysaccharide- and ovariectomy-induced bone destruction mouse models suggests its therapeutic potential for treating inflammatory bone diseases and postmenopausal osteoporosis.;골다공증과 치주염 같은 뼈 질환들은 과도한 파골세포의 활성에 의해 발병한다. 많은 연구들을 통해 칼슘진동 (calcium oscillations)이 파골세포의 분화와 기능에서 중요하다고 밝혀져 있기 때문에 칼슘신호를 막는 것은 파골세포를 막는 치료방법이 될 수 있다. Flunarizine (FN)은 칼슘통로를 막는 calcium channel antagonist로 알려져 있으며 편두통 치료제로 쓰이고 있다. 그러므로 FN이 칼슘 신호가 중요한 파골세포의 분화와 기능에 영향을 줄 것 이라고 가설을 세우고 실험을 진행하였다. FN은 농도 기울기에 따라 파골세포의 분화를 효과적으로 막았다. 이는 FN이 파골세포의 칼슘 진동을 약화시켜 그 하위 신호인 CaMKIV, CREB, cFos의 발현을 줄여 NFATc1을 조절한 결과임을 확인 할 수 있었다. FN과 ionomycin을 함께 넣어주었더니 FN에 의해 억제되었던 파골세포의 분화가 세포 내 칼슘을 증기 시키는 ionomycin에 의해 어느 정도 회복한 도 확인하였다. 따라서 FN이 칼슘진동을 약화시켜에 의해 파골세포 분화를 조절한다는 것을 확인하였다. 또한, BA는 NF-κB, MAPK의 발현을 감소시켰고 그것은 NFATc1 발현을 감소시켰다. FN을 이미 분화된 파골세포에 처리하여도 분화와 기능을 감소시키는 것에 효과가 있는 것을 확인 하였으며 이는 integrin, p130cas, cathepsin k 등 관련 유전자들의 전사와 발현을 억제함으로써 이뤄진다. 동물실험에서는 염증과 난소절제술로 유도한 mouse의 골 손상 모델에 FN을 주사하여 파골세포 수 감소와 골손상 억제효과를 확인했다. 연구 결과를 종합하면 FN은 파골세포에서 칼슘 하위 신호와 integrin 신호를 조절하여 파골세포의 분화와 기능을 억제하는 것을 알 수 있었고 이는 골질환 치료제로써의 FN의 가능성을 시사한다.