title: How FcγR and IFNγR signaling regulates bone loss on human osteoclasts in rheumatoid arthritis (RA)
title: Wie die FcγR- und IFNγR-Signalübertragung den Knochenverlust in humanen Osteoklasten bei Rheumatoide Arthritis (RA) reguliert
Creators: name: Schachtschabel, Elisabeth
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024

description: Osteoclasts are multinucleated cells of the myeloid lineage. Their activity is important for bone homeostasis and skeletal growth. In contrast, osteoclasts are responsible for the destruction of bone and cartilage in inflammatory bone diseases such as rheumatoid arthritis (RA). Activation of osteoclast differentiation and bone loss in RA is triggered by IgG immune complexes like anti-citrullinated protein antibodies (ACPAs), which activate the Fc gamma receptor (FcγR) on the osteoclast surface and shift the balance toward bone resorption and alter bone homeostasis. Apart from this, by secreting interferon gamma (IFNγ), immune cells can block osteoclast differentiation in vitro, although the role of IFNγ is discussed controversially. IFNγ has been described to induce osteoclast activation in vivo via Tumor necrosis factor alpha (TNFα). Despite the role of IFNγ and IgG immune complexes in regulating osteoclast differentiation, no link between these two signaling pathways has been described. Here, I demonstrated that the inhibitory effect of IFNγ in vitro depends on the differentiation state of human osteoclasts. Whereas IFNγ completely inhibits the differentiation of early osteoclast precursor cells into multinucleated osteoclasts, IFNγ promotes their fusion in pre-mature osteoclasts. Moreover, in gene expression analyses, interferon gamma receptor (IFNγR) activation induces FcγR expression in early osteoclasts but not in premature osteoclasts. This suggests a co-regulation of FcγR and IFNγR in human osteoclast progenitor cells. Furthermore, using total internal reflection (TIRF) microscopy, I could show that the activation of FcγR and IFNγR affects the position of the two receptors relative to each other on the osteoclast surface. In addition, my data suggest that IFNγ targets phosphorylation of proteins important for plasma membrane remodeling, cell matrix, and cytoskeleton organization, which represents crucial steps in osteoclast maturation and bone resorption. Taken together, my data show that FcγR and IFNγR signaling pathways influence osteoclast activity depending on the differentiation state, which may reflect the bone erosion state of rheumatoid arthritis.
description: Osteoklasten sind mehrkernige Zellen, die von der myeloiden Linie abstammen. Ihre Aktivität ist wichtig für die Knochenhomöostase und das Knochenwachstum. Im Gegensatz dazu sind Osteoklasten auch für die Zerstörung von Knochen und Knorpel bei der rheumatoiden Arthritis (RA) verantwortlich. Die Aktivierung der Osteoklasten-Differenzierung und des Knochenverlusts bei RA werden auch durch IgG-Immunkomplexe wie Antikörper gegen zitrullinierte Proteine, anti-citrullinierte Protein Antikörper (ACPAs) verursacht, die den Fc-gamma-Rezeptor (FcγR) auf der Osteoklastenoberfläche aktivieren, dadurch das Gleichgewicht in Richtung Knochenresorption verschieben und die Knochenhomöostase verändern. Darüber hinaus wird die Rolle von Interferon gamma (IFNγ) noch kontrovers diskutiert. Durch die Sekretion von IFNγ können B-Zellen die Osteoklastendifferenzierung in vitro blockieren. Im Gegensatz dazu wurde beschrieben, dass IFNγ in vivo über den Tumor-Nekrose-Faktor alpha (TNFα) zu einer Osteoklastenaktivierung führt. Trotz der Rolle von IFNγ und IgG-Immunkomplexen bezüglich ihrer Regulation der Osteoklastendifferenzierung in RA wurde noch keine Interaktion beider Signalwege beschrieben. Hier konnte ich zeigen, dass die hemmende Wirkung von IFNγ in vitro von dem Differenzierungszustand der menschlichen Osteoklasten abhängig ist. Während IFNγ die Differenzierung von frühen Osteoklastenvorläuferzellen zu mehrkernigen Osteoklasten vollständig hemmt, fördert IFNγ deren Fusion bei vorreifen Osteoklasten. Darüber hinaus induziert die IFNγR-Aktivierung die FcγR-Expression bei Genexpressionsanalysen bei frühen Osteoklasten, nicht aber bei ausgereiften Osteoklasten. Dies deutet auf eine Ko-Regulation von FcγR und IFNγR in menschlichen Osteoklasten-Vorläuferzellen hin. Ferner konnte ich mit Hilfe der Totalreflexionsmikroskopie (TIRF) zeigen, dass die Aktivierung von FcγR und IFNγR die Position der beiden Rezeptoren zueinander auf der Osteoklastenoberfläche beeinflusst. Meine Daten legen zusätzlich nahe, dass IFNγ auf die Phosphorylierung von Proteinen abzielt, die für den Umbau der Plasmamembran, die Zellmatrix und die Organisation des Zytoskeletts wichtig sind, welches entscheidende Schritte bei der Osteoklastenreifung und der Knochenresorption darstellen. Insgesamt zeigen meine Daten, dass die Signalwege von FcγR und IFNγR die Osteoklastenaktivität in Abhängigkeit vom Differenzierungszustand beeinflussen, was die verschiedenen Stadien der RA widerspiegeln könnte.