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Erschienen in: Journal of Bone and Mineral Metabolism 5/2022

10.08.2022 | Original Article

Deletion of Tfam in Prx1-Cre expressing limb mesenchyme results in spontaneous bone fractures

verfasst von: Hiroki Yoshioka, Shingo Komura, Norishige Kuramitsu, Atsushi Goto, Tomoka Hasegawa, Norio Amizuka, Takuya Ishimoto, Ryosuke Ozasa, Takayoshi Nakano, Yuuki Imai, Haruhiko Akiyama

Erschienen in: Journal of Bone and Mineral Metabolism | Ausgabe 5/2022

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Abstract

Introduction

Osteoblasts require substantial amounts of energy to synthesize the bone matrix and coordinate skeleton mineralization. This study analyzed the effects of mitochondrial dysfunction on bone formation, nano-organization of collagen and apatite, and the resultant mechanical function in mouse limbs.

Materials and methods

Limb mesenchyme-specific Tfam knockout (Tfamf/f;Prx1-Cre: Tfam-cKO) mice were analyzed morphologically and histologically, and gene expressions in the limb bones were assessed by in situ hybridization, qPCR, and RNA sequencing (RNA-seq). Moreover, we analyzed the mitochondrial function of osteoblasts in Tfam-cKO mice using mitochondrial membrane potential assay and transmission electron microscopy (TEM). We investigated the pathogenesis of spontaneous bone fractures using immunohistochemical analysis, TEM, birefringence analyzer, microbeam X-ray diffractometer and nanoindentation.

Results

Forelimbs in Tfam-cKO mice were significantly shortened from birth, and spontaneous fractures occurred after birth, resulting in severe limb deformities. Histological and RNA-seq analyses showed that bone hypoplasia with a decrease in matrix mineralization was apparent, and the expression of type I collagen and osteocalcin was decreased in osteoblasts of Tfam-cKO mice, although Runx2 expression was unchanged. Decreased type I collagen deposition and mineralization in the matrix of limb bones in Tfam-cKO mice were associated with marked mitochondrial dysfunction. Tfam-cKO mice bone showed a significantly lower Young’s modulus and hardness due to poor apatite orientation which is resulted from decreased osteocalcin expression.

Conclusion

Mice with limb mesenchyme-specific Tfam deletions exhibited spontaneous limb bone fractures, resulting in severe limb deformities. Bone fragility was caused by poor apatite orientation owing to impaired osteoblast differentiation and maturation.
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Literatur
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Metadaten
Titel
Deletion of Tfam in Prx1-Cre expressing limb mesenchyme results in spontaneous bone fractures
verfasst von
Hiroki Yoshioka
Shingo Komura
Norishige Kuramitsu
Atsushi Goto
Tomoka Hasegawa
Norio Amizuka
Takuya Ishimoto
Ryosuke Ozasa
Takayoshi Nakano
Yuuki Imai
Haruhiko Akiyama
Publikationsdatum
10.08.2022
Verlag
Springer Nature Singapore
Erschienen in
Journal of Bone and Mineral Metabolism / Ausgabe 5/2022
Print ISSN: 0914-8779
Elektronische ISSN: 1435-5604
DOI
https://doi.org/10.1007/s00774-022-01354-2

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