文摘
间充质干细胞(msc)分化为成骨细胞,导致体内骨形成。成骨细胞分化和骨发育是受网络的分子信号和转录因子诱导由几个蛋白质,包括BMP2 osterix, Runx2。我们最近发现growth-arrest-specific 7 (Gas7)是调节基因在人类msc分化成成骨细胞。Downregulation Gas7使用短发卡RNA Runx2的表达减少,骨生成的主调节器,其目标基因(碱性磷酸酶、I型胶原蛋白,骨钙蛋白和骨桥蛋白)。此外,击倒Gas7减少dexamethasone-treated msc的矿化的文化。相反,异位表达Gas7诱导Runx2-dependent转录活性和基因表达矩阵导致成骨细胞分化和矿化。Gas7基因的基因突变小鼠骨密度增加身体脂肪水平和减少。这些结果表明,Gas7在调节过程中发挥作用的途径对于成骨细胞分化和骨发育至关重要。在这次审查中,我们总结了Gas7参与MSC-based骨生成和骨质疏松症和描述的可能机制负责维护细胞内稳态msc和成骨细胞。
1。Gas7:非洲酒Cdc15同源蛋白质
Gas7蛋白的部分非洲酒疾控中心15同源性(PCH)家庭属于脯氨酸,丝氨酸,threonine-rich磷酸酶(PSTPIP)相互作用的蛋白质亚科(1,2]。Gas7最初识别作为一个调节基因在NIH3T3细胞培养的无血清,和编码蛋白质的结构同源性Oct2 synapsins,蛋白质,分别在神经元的发展,和神经递质释放3,4]。Gas7选择性地表达成熟小脑神经元,大脑皮质神经元,海马神经元(4,5]。人类Gas7基因位于染色体17 p12(根据提供的信息运用和UDB / GeneLoc)。开放阅读框的分析412氨基acid-coding Gas7基因预测47266 - da蛋白的生产。Gas7a Gas7b蛋白亚型,通过可变剪接,也描述了(6]。
几项研究已经进行检查Gas7在人类和啮齿动物的生理功能3,7]。这些研究表明,Gas7主要表达于大脑和参与形态分化和neuritogenesis [3,5- - - - - -7]。这些观察是一致的观察到Gas7表达式模式在正常人体组织的量化表达序列标签(est)从不同组织在Unigene集群。Gas7亚型似乎也差异表达和调控大鼠的大脑海马神经元损伤后(5]。最近,海马神经元的神经突结果被证明需要绑定Gas7 N-WASP (8]。这个绑定所需WW-Pro domains-unique PCH蛋白质也是主要的SH3-Pro类型。这些观察表明之间的绑定Gas7 N-WASP可能导致膜的形成突起,可能通过招聘Cdc42 [Arp2/3复杂和独立的8]。控制的表达Gas7似乎也是组织发展的关键MLL-GAS7易位检测个人痛苦的治疗相关的急性髓系白血病(9]。其他作者表明Gas7b结合WW域τ,Gas7b /τ复杂Neuro2A细胞与微管结合,促进微管蛋白聚合的过程(10]。显示差别Gas7b对这些保护成神经细胞细胞在体外对细胞凋亡(11]。在其他生物类似Gas7基因已经被鉴定。比较预测Gas7蛋白的各种生物独特的蛋白质的保护域(图确认1)。
这些结果说明Gas7涉及几个散播他们的细胞过程,保存在不同的物种。早些时候,我们还发现之间的功能联系的表达Gas7人类骨骼和软骨形成的过程和骨生成来源于人类的msc (12,13]。
2。间充质干细胞
msc代表nonhematopoietic干细胞能够分化成不同的血统,包括成骨细胞的,chondrogenic,脂肪形成的血统。最近的研究表明,msc还可能分化成其他血统,包括神经元和cardiomyogenic的。细胞外刺激使有效的起始mechanotransductive信号调节干细胞的命运。例子包括stereotopography和矩阵刚度的影响在msc的命运14,15]。初始检测和隔离后从骨髓msc已经从许多其他组织,包括脂肪组织、肌肉、肌腱、胎盘、肝、软骨、脾脏和胸腺。我们组曾表明,密度梯度媒体是一种有效的方法来源于人类的孤立msc与成骨的潜在(16]。他们容易分离和体外扩张及其immune-privileged自然使干细胞再生疗法(msc受欢迎的候选人17]。msc可以改变疾病的病理生理学以各种方式,包括通过区分成不同的血统,导致细胞因子分泌和免疫调制,通过互动和病变组织受损。MSC生物学的主要特点,如文化、分化能力,和归巢机制,都进行了广泛的审查(18]。msc在骨髓和脂肪组织代表的共同前体可以分化为成骨细胞和脂肪细胞。一些转录因子和细胞外和细胞内的信号调节脂肪形成和osteoblastogenesis已确定。例如,Wnt /β连环蛋白通路诱导osteoblastogenesis和抑制脂肪生成,而过氧物酶体扩散者激活受体-γ(PPAR -γ)是一种有效的诱导物脂肪形成和抑制剂osteoblastogenesis [19]。
3所示。在MSC-Based Gas7骨生成
在过去的二十年里,许多因素已确定,调节细胞分化。Runx2 / Cbfa1 [20.,21],osterix [22要看更多有关憩苑),同源框2 (23],BMP2 [24)、Wnt和刺猬(25]都扮演一个角色在osteoblastogenesis [26,27]。同样,PPAR -γCCAAT /增强子结合蛋白(C / EBP)α和β糖皮质激素受体(GR)、胰岛素和Kruppel-like因子5 (KLF5)被确认为脂肪形成的关键监管机构(28]。值得注意的是,脂肪形成的主要诱导物,PPAR -γ,可以抑制osteoblastogenesis [29日]。功能性Wnt和PPAR -之间的串扰γ详细讨论了信号通路调控MSC分化(19]。骨钙是一种特殊的组织,骨钙蛋白,氨基酸代表细胞外信号调节矿化。Runx2,例如,代表一个重要转录因子控制成骨细胞分化的观察从Runx2-deficient老鼠并不会形成骨骼由于缺乏成骨细胞(21,30.]。与这些结果一致,Runx2突变被发现cleidocranial发育不良患者,疾病特点是畸形的锁骨和头骨(31日]。骨由Runx2的承诺后,骨细胞表型的发展强化了osterix;因此,osterix-deficient preosteoblasts只有软骨细胞的基因表达标记(22]。此外,Runx2-overepressing老鼠产生异常的成骨细胞显示矩阵生产受损和矿化32,33]。因此,Runx2在控制中扮演着重要角色的承诺多能间充质细胞在骨形成成骨细胞的谱系。几个体外研究表明Runx2可以移植骨基质的基因表达,包括骨涎蛋白、纤连蛋白、骨钙蛋白、骨桥蛋白、I型胶原蛋白(20.,27]。Runx2-dependent转录激活的角色已经证明通过分析骨钙素和I型胶原蛋白基因启动子(34,35]。
最近,我们发现Gas7代表一个新颖的调节器MSC-based骨(13]。Gas7控制人类msc分化成成骨细胞功能增强Runx2-dependent基因表达。我们发现Gas7,特别是b同种型(Gas7b),是调节在msc dexamethasone-induced分化成成骨细胞。Downregulation Gas7使用成分减少Runx2及其目标基因的表达碱性磷酸酶、骨钙蛋白、骨桥蛋白、I型胶原蛋白。此外,击倒Gas7减少矩阵dexamethasone-treated msc在体外矿化。相反,过度的Gas7诱导基因表达矩阵与成骨细胞分化和矿化,并诱导msc在体外的矿化。此外,通过使用一个记者化验监测骨钙素基因表达在人类msc、我们发现Runx2-dependent转录活动被Gas7的异位表达增强。这些观察表明,Gas7增强Runx2-dependent成骨分化的基因表达和代表一个内生监管机构在人类msc。Gas7在早期发展的重要性也被观察到在斑马鱼36]。与吗啉代Gas7击倒(MO)反义寡核苷酸骨密度降低,缩短了脊柱,产生弯曲的身体形状在实验动物(图2)。Gas7降价造成的缺陷,可以获救的超表达Gas7斑马鱼和人类的起源。进一步的研究正在进行,以确定Gas7需要其他蛋白质的监管作用的合作伙伴。
(一)
(b)
4所示。Gas7在骨质疏松症
在最近的一项研究中,我们提供了一个详细的帐户的创建和表征Gas7-deficient表达不稳定Gas7突变蛋白的小鼠与野生型Gas7相同的属性(37]。我们的数据表明,Gas7参与运动神经元函数与肌肉力量维护。Gas7蛋白表达中没有检测到从Gas7突变小鼠骨髓msc的准备。值得注意的是,这些突变msc显示骨受损(未发表的观察)。骨密度在野生型和Gas7突变小鼠决心(图3)。体积为每组骨小梁和皮质骨的图像重建使用商业表面呈现程序从一系列micro-X-ray计算地形(CT)图像。其他的计算在胫骨骨小梁骨质量和分形维数也支持大规模减少观察小梁骨男性Gas7突变小鼠与野生型相比。与我们的研究结果一致,其他作者报道,Gas7扰动,组织,或Gpx3导致重大改变鼠标与肥胖相关的特征(38]。新验证的基因中,Gas7被认为是参与脂肪代谢和其他途径,如胰岛素信号通路。鉴于PPAR -γ,C / EBPα和β、GR、胰岛素和KLF5已经被确认为脂肪形成的重要监管机构(28),是否以及如何Gas7功能与这些转录因子或其下游基因产物将会在将来的研究中一个有趣的话题。
(一)
(b)
5。结束语
两种信号通路确定msc分化成脂肪细胞或成骨细胞通过抑制transactivation PPAR -的函数γ已被描述。这些信号级联促进成骨细胞的分化从PPAR - msc通过两种不同的模式γtransrepression。最近的研究表明,某些分化因素可能会影响其他监管机构的生物活性。例如,分化因素调节osteoblastogenesis抑制脂肪生成,反之亦然。Runx2-dependent msc向成骨细胞分化的基因表达和增强骨形成。Gas7也起着调节作用途径,这对成骨细胞分化和骨发育至关重要,可能通过诱导待定因素与Runx2交互。Gas7的作用在调节这些途径受到强烈的调查和可能导致新的治疗方法。目前治疗骨质疏松症的预防主要是基于骨吸收磷酸盐治疗和选择性雌激素受体调节剂(39]。然而,这些药物已报告严重的副作用,特别是增加乳腺癌和卵巢癌的发病率(40]。诱导osteoblastogenesis可能是有益的治疗骨质疏松症。我们希望把焦点从抑制骨吸收与骨形成的刺激可能会导致更好的发展策略来预防和治疗骨质疏松症。
确认
作者要感谢帮助他们的研究小组的成员讨论和s . j .涂博士帮助微ct成像分析。本文是基于研究支持部分由国家科学委员会(台湾),长庚大学和长庚医院(林口,台湾),和进步的优秀奖学金的基础。