Valutazione del ruolo dell'espressione di IRS-1 nel differenziamento osteoblastico di cellule di osteosarcoma ed MSCs

L’osteosarcoma (OS) è il tumore primitivo dell’osso più comune in età pediatrica e adolescenziale. L’OS è stato recentemente riconsiderato come una patologia da de-differenziamento, legata all’interruzione del processo cui vanno incontro i precursori osteoblastici, quali le cellule staminali mesenchimali (MSCs), per trasformarsi in osteoblasti maturi. Il sistema IGF è coinvolto nella regolazione della proliferazione e del differenziamento di cellule di OS. IRS-1 è un mediatore critico di tale via di segnalazione e il suo livello di espressione modula il differenziamento di cellule ematopoietiche. Lo scopo di questa tesi è stato quello di definire il ruolo di IRS-1 nel differenziamento osteoblastico di MSCs e cellule di OS. Il potenziale differenziativo di cellule di OS umano e murino e di MSCs derivate da midollo osseo è stato valutato tramite Alizarin Red staining e Real Time-PCR. Dai dati ottenuti è emerso come i livelli di espressione di IRS-1 diminuiscano durante il differenziamento osteoblastico. Conseguentemente, i livelli di espressione di IRS-1 sono stati manipolati utilizzando shRNA per down-regolare l’espressione della proteina o un plasmide per sovra-esprimerla. Sia la down-regolazione sia la sovra-espressione di IRS-1 hanno inibito il differenziamento osteoblastico delle linee cellulari considerate. Allo scopo di valutare il contributo di IRS-1 nella via di segnalazione di IGF-1R è stato utilizzato l’inibitore di tale recettore, αIR-3. Anche in questo caso è stata osservata una riduzione della capacità differenziativa. L’inibitore del proteasoma MG-132 ha portato ad un aumento dei livelli di IRS-1, portando nuovamente all’inibizione del differenziamento osteoblastico e suggerendo che l’ubiquitinazione di questa proteina potrebbe avere un ruolo importante nel mantenimento di appropriati livelli di espressione di IRS-1. I risultati ottenuti indicano la criticità dei livelli di espressione di IRS-1 nella determinazione della capacità differenziativa sia di cellule di OS umano e murino, sia delle MSCs.

Osteosarcoma (OS) is the most common primary malignant bone tumor affecting children and adolescents. OS has recently been re-considered as a differentiation disease, caused by genetic and epigenetic alterations which may impair normal bone development by blocking multipotent mesenchymal stem cell (MSCs) differentiation into osteoblasts. The IGF-system is involved in regulating OS cell proliferation and differentiation. IRS-1 is a critical mediator of IGF-1R signaling and its expression level modulates hematopoietic cell differentiation. The aim of this study is to define the role of IRS-1 in the osteoblastic differentiation of MSCs and OS cells. Differentiating potential of human and murine OS cell lines and bone marrow-derived mouse MSCs was evaluated by Alizarin Red staining and real-time PCR. We found that IRS-1 expression level decreased during differentiation. Consequently, IRS-1 expression levels were manipulated using shRNAs to knock-down, or a plasmid to over-express the protein. Both down-regulation and over-expression of IRS-1 inhibited osteoblastic differentiation. To understand the contribution of IRS-1 in the IGF-1R pathway we used the αIR-3 IGF-1R blocking antibody, which inhibited the differentiation process. The proteasome inhibitor MG-132 led to an increase in IRS-1 protein level that again inhibited osteoblastic differentiation, suggesting ubiquitination may play a role in maintaining the appropriate expression level of IRS-1. Taken together, these results indicate that IRS-1 expression level is critical for determining the differentiating capacity of MSCs as well as human and mouse OS cells and that precise regulation of IRS-1 expression by cells is required for this commitment to osteoblastic differentiation.