Waarom kan roken en alcoholgebruik het risico op osteoporose verhogen?
Recent onderzoek heeft een celmechanisme blootgelegd dat zou kunnen helpen verklaren waarom roken, alcohol en andere beïnvloedbare factoren het risico op het ontwikkelen van de botziekte osteoporose kunnen verhogen.
Het mechanisme stimuleert een celtype in het immuunsysteem om in osteoclasten te veranderen, een type cel dat bot resorbeert of oplost.
Het lijkt erop dat mitochondriën, de kleine omhullingen die energie produceren in cellen, een signaal uitzenden dat dit proces in gang zet onder stress.
Wanneer dit gebeurt in de mitochondriën van macrofagen, veranderen de cellen in osteoclasten. Macrofagen zijn vruchtbare immuuncellen die celafval en vreemde voorwerpen verwijderen door ze in te slikken en te verteren.
De onderzoekers achter de ontdekking zijn afkomstig van de University of Pennsylvania (Penn) in Philadelphia en de Icahn School of Medicine op Mount Sinai in de stad New York. Ze schrijven over hun bevindingen in een recent FASEB-dagboek studiepapier.
"We laten in dit artikel zien dat wanneer de mitochondriale functie wordt aangetast, dit niet alleen de energieproductie beïnvloedt, maar ook een soort stress-signalering triggert die de overproductie van osteoclasten veroorzaakt", zegt senior studie auteur Narayan G. Avadhani, hoogleraar biochemie. aan Penn's School of Veterinary Medicine.
Sommige omgevingsfactoren, zoals roken, alcoholgebruik en bepaalde medicijnen, die de functie van mitochondriën kunnen aantasten, lijken ook het risico op osteoporose te verhogen.
Prof. Avadhani en zijn collega's suggereren dat de stress-signaleringsroute die ze hebben ontdekt, de reden zou kunnen zijn.
Ze toonden hun bevindingen in laboratoriumgekweekte macrofagen en muizen met disfunctionele mitochondriën.
Botgeneratie en -resorptie
Osteoporose is een ziekte die ervoor zorgt dat botten minder dicht en poreuzer en brozer worden. Dit verhoogt het risico op fracturen aanzienlijk.
Naarmate mensen ouder worden, neemt hun risico op het ontwikkelen van osteoporose toe. Dit komt doordat de balans tussen botgeneratie en botresorptie verschuift met de leeftijd.
Tegen de tijd dat de meeste mensen de 30 bereiken, heeft hun botdichtheid een piek bereikt. Daarna neemt de botdichtheid af omdat de balans geleidelijk de voorkeur geeft aan resorptie boven generatie.
Volgens de International Osteoporosis Foundation (IOF) krijgt 1 op de 3 vrouwen en 1 op de 5 mannen ouder dan 50 jaar een botbreuk als gevolg van osteoporose.
De IOF schat ook dat ongeveer 75 miljoen mensen in de Verenigde Staten, Europa en Japan osteoporose hebben en dat osteoporose wereldwijd tot meer dan 8,9 miljoen botbreuken per jaar leidt.
In hun studiepaper schrijven de auteurs dat de mitochondria-naar-nucleus retrograde signalering (MtRS) -route cellen helpt zich aan te passen aan stress.
Een eerder onderzoek had al geleid tot de ontdekking dat een manier om dit pad op gang te brengen, macrofagen kan aanzetten om zich te differentiëren tot osteoclasten die bot resorberen.
"Echter," merken ze op, "mechanismen waardoor macrofagen cellulaire stress detecteren en erop reageren, blijven onduidelijk."
Beschadigde mitochondriën bevorderen osteoclasten
Om te onderzoeken hoe mitochondriale schade kan worden veroorzaakt, hebben ze enkele experimenten uitgevoerd met in het laboratorium gekweekte macrofagen van muizen. Ze veroorzaakten schade aan de macrofagen door het verstoren van een enzym genaamd cytochroom oxidase C, dat helpt bij het reguleren van de mitochondriale energieproductie.
Dit zorgde ervoor dat de macrofagen verschillende signaalmoleculen vrijgaven die niet alleen ontstekingen veroorzaakten, maar de cellen ook leken te differentiëren tot osteoclasten.
Nader onderzoek wees uit dat er iets vreemds aan de hand was met een ander molecuul genaamd RANK-L. Bij botgeneratie komt RANK-L vrij, waardoor botresorptie wordt geactiveerd. Dit helpt om het evenwicht tussen de twee processen te behouden.
Het team ontdekte echter dat wanneer de beschadigde mitochondriën signalen uitzonden, macrofagen zich bleven differentiëren tot osteoclasten - en als gevolg daarvan botresorptie bevorderden - zelfs als er niet veel RANK-L in de buurt was.
Een laatste reeks tests in een muismodel van mitochondriale disfunctie bevestigde de bevindingen.
Het team overweegt verder onderzoek te doen om erachter te komen of het behoud van de mitochondriale functie het risico op osteoporose kan verminderen.
“In sommige opzichten kan mitochondriale stress-signalering zelfs RANK-L vervangen. Dat weten we nu niet, maar we zijn van plan daar verder naar te kijken. "
Prof. Narayan G. Avadhani
