Abstract
Two metabolites of vitamin D3, 25-hydroxycholecalciferol (25-OHD3) and 1,25-dihydroxy-cholecalciferol (1,25-(OH)2D3) are potent stimulators of bone resorption in two test systems whereas vitamin D3 itself is inactive. These substances were tested (a) by directly comparing their action on bone explants of mouse half-calvariain vitro, and (b) by injecting them into young mice and measuring the degree of resorptionin vitro when explants were made 18 hours atter the injection. In both tests the 1,25-metabolite was about 100 times more potent than 25-OHD3. The dose-response curve for 1,25-(OH)2D3 indicates that doses above about 0.2 ng/g body weight are capable of inducing an increase in bone resorption in normal young mice. These data show that 1,25-(OH)2D3 is one of the most potent substances known that affects bone metabolism. The results are discussed in relation to the possible role of 1,25-(OH)2D3 in the normal mobilization of calcium from bone.
Résumé
Deux métabolites de la vitamine D3, le 25-hydroxycholecalciferol (25-OHD3) et 1,25-dihydroxycholecalciferol (1,25-(OH)2D3), stimulent la résorption osseuse dans deux systèmestests alors que la vitamine D3 est inactive. Ces substances sont testées a) en comparant directement leur action dans les explants osseux de calottes craniennes de sourisin vitro et b) en les injectant dans de jeunes souris et en mesurant le degré de résorptionin vitro, lorsque les explants sont réalisés 18 heures après l'injection. Dans les deux tests, le métabolite 1,25 est environ 100 fois plus puissant que 25-OHD3. La courbe dose-résponse de 1,25-(OH)2D3 indique que des doses au-dessus d'environ 0.2 ng/g de poids corporel sont capables d'induire une augmentation de la résorption osseuse chez de jeunes souris normales. Ces résultats montrent que 1,25-(OH)2D3 est une des substances connues les plus actives qui agit sur le métabolisme osseux. Le rôle possible de 1,25-(OH)2D3 sur la mobilisation normale du calcium osseux est envisagé.
Zusammenfassung
Bei Anwendung zweier verschiedener Versuchsanordnungen konnte gezeigt werden, daß die beiden Vitamin D3-Metaboliten 25-Hydroxycholecalciferol (25-OHD3) und 1,25-Dihydroxycholecalciferol (1,25-(OH)2D3) als starke Stimulatoren der Knochenresorption wirken, während sich Vitamin D3 selbst inaktiv verhält. Diese Substanzen wurden folgendermaßen geprüft: a) durch direkten Vergleich ihrer Wirkung auf Knochenexplantate (Hälften von Mäusecalvarien)in vitro und b) indem die Metaboliten jungen Mäusen injiziert wurden und der Resorptionsgrad an Explantaten 18 Std nach Injektionin vitro gemessen wurde. Bei beiden Versuchsanordnungen war der 1,25-Metabolit etwa 100mal wirksamer als der 25-OHD3-Metabolit. Aus der Dosiswirkungskurve für 1,25-(OH)2D3 geht hervor, daß es möglich ist, mit Dosen über ca. 0,2 ng/g Körpergewicht bei normalen jungen Mäusen bereits eine erhöhte Knochenresorption auszulösen. Diese Resultate zeigen, daß 1,25-(OH)2D3 eine der wirksamsten bisher bekannten Substanzen ist, die auf den Knochenmetabolismus einwirken können. Die Ergebnisse werden im Zusammenhang mit der Rolle, die das 1,25-(OH)2D3 bei der normalen Freisetzung von Calcium aus dem Knochen spielt, besprochen.
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References
Blunt, J. W., DeLuca, H. F.: The synthesis of 25-hydroxycholecalciferol. A biologically active metabolite of vitamin D3. Biochemistry8, 671–675 (1969).
Boyle, I. T., Gray, R. W., DeLuca, H. F.: Regulation by calcium ofin vivo synthesis of 1,25-dihydroxycholecalciferol and 1,25-dihydroxycholecalciferol. Proc. nat. Acad. Sci. (Wash.)68, 2131–2134 (1971).
Carlsson, A.: Tracer experiments on the effect of vitamin D on the skeletal metabolism of calcium and phosphorus. Acta physiol. scand.26, 212–220 (1952).
Cousins, R. J., DeLuca, H. F., Gray, R. W.: Metabolism of 25-hydroxycholecalciferol in target and non-target tissues. Biochemistry9, 3649–3652 (1970).
Fraser, D. R., Kodicek, E.: Unique biosynthesis by kidney of a biologically active vitamin D metabolite. Nature (Lond.)228, 764–766 (1970).
Frolick, C. A., DeLuca, H. F.: Metabolism of 1,25-dihydroxycholecalciferol in the rat. J. clin. Invest.51, 2900–2906 (1972).
Garabedian, M., Holick, M. F., DeLuca, H. F., Boyle, I. T.: Control of 25-hydroxycholecalciferol metabolism by parathyroid gland. Proc. nat. Acad. Sci. (Wash.)69, 1673–1676 (1972).
Gray, R., Boyle, I., DeLuca, H. F.: Vitamin D metabolism: the role of kidney tissue. Science172, 1232–1234 (1971).
Holick, M. F., DeLuca, H. F.: A new chromatographic system for vitamin D3 and its metabolites: Resolution of a new vitamin D3 metabolite. J. Lipid Res.12, 460–465 (1971).
Holick, M. F., Garabedian, M., DeLuca, H. F.: 1,25-dihydroxycholecalciferol: metabolite of vitamin D3 active on bone in anephric rats. Science176, 1146–1147 (1972).
Holick, M. F., Schnoes, H. K., DeLuca, H. F.: Identification of 1,25-dihydroxycholecalciferol, a form of vitamin D3 metabolically active in the intestine. Proc. nat. Acad. Sci. (Wash.)68, 803–804 (1971b).
Holick, M. F., Schnoes, H. K., DeLuca, H. F., Suda, T., Cousins, R. J.: Isolation and identifiliation of 1,25-dihydroxycholecalciferol. A metabolite of vitamin D active in the intestine. Biochemistry10, 2799–2804 (1971a).
Raisz, L. G.: Bone resorption in tissue culture. Factors influencing the response to parathyroid hormone. J. clin. Invest.44, 103–116 (1965).
Raisz, L. G., Trummel, C. L., Holick, M. F., DeLuca, H. F.: 1,25-dihydroxycholecalciferol: a potent stimulator of bone resorption in tissue culture. Science175, 768–769 (1972).
Reynolds, J. J.: Skeletal tissue in culture. In: The biochemistry and physiology of bone (Bourne, G. H., ed.), vol. 1, p. 69–126. New York-London: Academic Press 1972a.
Reynolds, J. J.: A sensitivein vivo/in vitro method for studying substances that influence the resorption of bone. In: Calcium, parathyroid hormone and the calcitonins (Talmage, R. V. and Munson, P. L., eds.), p. 454–462. Amsterdam: Excerpta Medica 1972b.
Reynolds, J. J.: Bone remodelling:in vitro studies on the role of vitamin D metabolites. In: Hard tissue growth, repair and remineralization. London: Ciba Foundation, in press 1973.
Reynolds, J. J., Dingle, J. T.: A sensitivein vitro method for studying the induction and inhibition of bone resorption. Calcif. Tiss. Res.4, 339–349 (1970).
Tanaka, Y., DeLuca, H. F.: Bone mineral mobilization activity of 1,25-dihydroxycholecalciferol, a metabolite of vitamin D. Arch. Biochem. Biophys.146, 574–578 (1971).
Trummel, C. L., Raisz, L. G., Blunt, J. W., DeLuca, H. F.: 25-hydroxycholecalciferol: stimulation of bone resorption in tissue culture. Science163, 1450–1451 (1969).
Weber, J. C., Pons, V., Kodicek, E.: The localization of 1,25-dihydroxycholecalciferol in bone nuclei of rachitic chicks. Biochem. J.125, 147–153 (1971).
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Reynolds, J.J., Holick, M.F. & De Luca, H.F. The role of vitamin D metabolites in bone resorption. Calc. Tis Res. 12, 295–301 (1973). https://doi.org/10.1007/BF02013742
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