Abstract Pathological obesity and its complications are associated with an increased propensity for bone fractures. Humans with certain genetic polymorphisms at the kinase suppressor of ras2 ( Ksr2 ) locus develop severe early-onset obesity and type 2 diabetes (T2D). Both conditions are phenocopied in mice with Ksr2 deleted, but whether this affects bone health remains unknown. Here we studied the bones of global Ksr2 null mice and found that Ksr2 negatively regulates femoral, but not vertebral, bone mass in two genetic backgrounds, while the paralogous gene, Ksr1 , was dispensable for bone homeostasis. Mechanistically, KSR2 regulates bone formation by influencing adipocyte differentiation at the expense of osteoblasts in the bone marrow. Compared with Ksr2 ’s known role as a regulator of feeding by its function in the hypothalamus, pair feeding and osteoblast-specific conditional deletion of Ksr2 reveals that Ksr2 can regulate bone formation autonomously. Despite the gains in appendicular bone mass observed in absence of Ksr2 , bone strength, as well as fracture healing response remains compromised in these mice. This study highlights the interrelationship between adiposity and bone health and provides mechanistic insights into how Ksr2 , an adiposity and diabetic gene, regulates bone metabolism.

Abstract Increased intracellular iron spurs mitochondrial biogenesis and respiration to satisfy high-energy demand during osteoclast differentiation and bone-resorbing activities. Transferrin receptor 1 (TFR1) mediates cellular iron uptake through endocytosis of iron-loaded transferrin and its expression increases during osteoclast differentiation. Nonetheless, the precise functions of TFR1 and TFR1-mediated iron uptake in osteoclast biology and skeletal homeostasis remain incompletely understood. To investigate the role of TFR1 in osteoclast lineage cells, we conditionally deleted Tfr1 gene in myeloid precursors or mature osteoclasts by crossing Tfr1 - floxed mice with LysM-Cre and Ctsk -Cre mice, respectively. Skeletal phenotyping by µCT and histology unveiled that loss of Tfr1 in osteoclast progenitor cells resulted in a three-fold increase in trabecular bone mass in the long bones of 10-week old female but not male mice. Although high trabecular bone volume in long bones was seen in both male and female mice with deletion of Tfr1 in mature osteoclasts, this phenotype was more pronounced in female knockout mice. Mechanistically, disruption of Tfr1 expression attenuated mitochondrial metabolism and cytoskeletal organization in mature osteoclasts, leading to decreased bone resorption with no impact on osteoclastogenesis. These results indicate that Tfr1-mediated iron uptake is specifically required for osteoclast function and is indispensable for bone remodeling.

There are three FAM98 family proteins (FAM98A/B/C) in humans and mice. Their physiological functions remain largely unknown. We have previously reported that Fam98a interacts with Plekhm1 in murine osteoclasts and functions in lysosome trafficking/secretion and bone resorption in osteoclasts in vitro. In this study, we found that all three Fam98 genes were expressed in precursor and mature osteoclasts. While the knockdown of Fam98c by a specific short-hairpin RNA (shRNA) in osteoclast precursors attenuated osteoclastogenesis, depletion of Fam98b by an shRNA specifically disrupted osteoclast lysosome trafficking and bone resorption with phenotypes similar to Fam98a shRNA-knockdown in our previous study. Loss of Fam98a in myeloid osteoclast precursors was dispensable for trabecular and cortical bone mass in mice, as well as osteoclastogenesis/bone resorption in vitro, possibly due to compensation by increased Fam98b expression in Fam98a-null osteoclasts. These findings indicate that the three Fam98 proteins play distinct roles in osteoclastogenesis and osteoclast function and need further investigation in future studies.