Osteoporosis is a skeletal disease affecting millions of people worldwide, often leading to fragility fractures and a decreased quality of life. There is an unmet medical need for new anabolic, bone building, treatments. WNT proteins, signaling via the WNT canonical or non-canonical pathway, are known to regulate cortical bone, trabecular bone, or both. There is currently a knowledge gap on the mechanisms behind this regulation, and it would be of great interest to find targets to specifically manipulate the different compartments. The aim of this thesis is to study the effect that WNT signaling modulators NOTUM and RSPO3 have on bone, using both in vivo and in vitro methods. In mouse studies, we inactivated NOTUM and RSPO3 globally and in specific cells using the Cre-loxP system, enabling us to, in detail, study these modulators mechanistically. First, we found that endogenous NOTUM, a WNT inhibiting secreted lipase, is a specific regulator of cortical bone, and that inactivation of NOTUM in all osteoblast-lineage cells increased cortical bone quality and thickness by increasing periosteal bone formation. Cell culture experiment showed that this effect is via enhanced osteoblast differentiation, and further studies concluded that it is the NOTUM expressed by late osteoblasts/osteocytes that is the main source of NOTUM. RSPO3, part of the R-spondin family, enhances WNT signaling and inactivation of RSPO3 in osteoblast-lineage cells specifically decreases trabecular bone in the vertebral column, with no effect on cortical bone. Osteoblast cultures revealed that inhibition of RSPO3 decreased proliferation and differentiation of osteoblasts through inhibition of WNT canonical signaling. In ovariectomized mice, a model for postmenopausal osteoporosis, RSPO3 was nonessential for the beneficial effects of estrogens on trabecular bone, but it was, surprisingly, needed for a full effect of estrogen on cortical bone. Together, the results presented in this thesis provide important new knowledge about the WNT signaling modulators NOTUM and RSPO3 and reveals them to be new possible targets for anabolic drugs against osteoporosis.

Benskörhet, eller osteoporos, är en skelettsjukdom där benet över tid bryts ned. Det drabbar miljoner av människor världen över, och leder ofta till frakturer med en minskad livskvalitet som följd. I dagsläget används främst läkemedel som hämmar nedbrytningen av ben, men det finns ett stort behov av läkemedel som främjar uppbyggnaden av benet, så kallade anabola läkemedel. Det är sedan tidigare känt att WNT-proteiner kan reglera trabekulärt ben, kortikalt ben, eller båda två. Det finns dock inte så mycket kunskap om hur den här regleringen går till, och för att i framtiden kunna utveckla bättre osteoporosläkemedel, vore det av stort värde att hitta proteiner som specifikt kan påverka de olika bentyperna. Syftet med den här avhandlingen var att studera betydelsen av två modulatorer av WNT-signalering för skelettet. Den ena, det extracellulära lipaset NOTUM, är en hämmare av WNT-signalering, och den andra, RSPO3, är en förstärkare av WNT-signalering. För att i detalj studera betydelsen av NOTUM och RSPO3 inaktiverade vi dessa modifierare i möss, både i hela musen och i specifika celler. Vi såg att endogent NOTUM specifikt reglerar kortikalt ben, och när vi inaktiverade NOTUM i alla osteoblastceller så ökade kvaliteten på kortikalbenet samt tjockleken, detta genom en ökad benbildning på ytan av kortikalbenet. I odlade osteoblaster såg vi att denna effekt berodde på en ökad mognad av cellerna, och vidare studier visade att det NOTUM som påverkar benet produceras av de sena osteoblasterna och osteocyterna. När vi i stället inaktiverade RSPO3 i alla osteoblastceller ökade det trabekulära benet i ryggkotorna, men vi såg ingen effekt på det kortikala benet. I de odlade osteoblasterna såg vi att hämning av RSPO3 i osteoblaster leder till minskad celldelning och mognad av osteoblasterna genom en hämmad WNT-signalering. I en modell som används för att studera postmenopausal osteoporos såg vi att RSPO3 och östrogen reglerar trabekulärt ben oberoende utav varandra, men att RSPO3 bildat av osteoblaster behövs för att östrogen ska ha sin fulla effekt på kortikala benet.

Resultaten som presenterats i denna avhandling ger oss ny kunskap om hur WNT-signaleringmodifierarna NOTUM och RSPO3 påverkar skelettet, vilket gör dem till möjliga mål för framtida anabola läkemedel mot osteoporos.