文摘
牙间充质干细胞(dmsc)是至关重要的在牙齿发育和牙周健康,和他们multipotential分化和自我更新能力发挥重要作用在组织工程和再生医学。甲基化修饰能促进适当的生物行为postsynthetic修改DNA或蛋白质,使有机体适应发展和环境提示通过调节基因表达而不改变DNA序列。甲基化修饰参与DMSC命运包括DNA甲基化、RNA甲基化和组蛋白修饰,已被证实施加重大影响的规定DMSC的命运,如增殖、自我更新和分化潜能。理解监管行为和immunoinflammatory反应的甲基化修饰参与dmsc有助于进一步研究甲基化机制的组织再生和炎症。在本文中,我们简要总结组蛋白甲基化的关键功能,RNA甲基化和DNA甲基化的分化潜能和自我更新dmsc以及机遇和挑战他们的应用程序的组织再生和疾病治疗。
1。背景
牙间充质干细胞(dmsc)与multilineage多能祖细胞分化和自我更新能力1]。最近,dmsc已经获得牙周,根尖周的,从恒牙和牙髓的组织2]。dmsc,一群多功能msc、包含牙科毛囊干细胞(DFSCs) [3),干细胞从牙槽骨(ABMSCs) [4(PDLSCs)[],牙周韧带干细胞5(DPSCs)[],牙髓干细胞6],干细胞从顶端的乳头状突起(scap) [7),从脱落乳牙干细胞(棚)2),牙龈组织中的干细胞(业务)(图1)[8,9]。dmsc可以分化为成软骨细胞、成骨细胞、脂肪细胞、神经细胞等(10]。DMSC的优良性能使他们发挥重要作用在组织工程和再生医学(10- - - - - -13]。
(一)
(b)
表观遗传调控基因表达在不改变DNA序列的改变,即改变细胞增殖和分化过程中基因表达潜在的稳定(14]。表观遗传机制能促进适当的生物行为postsynthetic修改DNA或蛋白质,使有机体适应发展和环境提示通过调节基因表达(15,16]。表观遗传调控的主要机制包括甲基化、泛素化、乙酰化、染色质重塑,已被证明对dmsc的行为产生重要影响,如增殖、自我更新和分化潜能(16]。最近,有定量研究生物和病理过程的表观遗传强调在胚胎发生、发展和疾病。一个重要的研究课题是甲基转移酶在DMSC命运的影响,包括DNA甲基化、RNA甲基化和组蛋白修饰15,17- - - - - -19]。例如,组蛋白demethylase赖氨酸(K)特殊demethylase 6 b (KDM6B)和赖氨酸demethylase 2 (KDM2A) [20.)参与的成骨分化dmsc [21]。专门的组蛋白demethylase KDM6B脱甲基dimethylation / trimethylation赖氨酸27组蛋白3 (H3K27me2/3)和依靠骨形成蛋白2 (BMP2),负责监管dmsc成骨分化,在牙齿再生中起着至关重要的作用22]。KDM2A沉默的增加促进SFR2 H3K36me2水平,这增强了scap的成牙质细胞分化潜能(21]。5-Aza-2 - - - - - -脱氧胞苷(5-Aza)是一种DNA甲基转移酶抑制剂提高牙原性的分化的PDLSCs dmsc减少增殖率(4]。据报道,DNA和组蛋白甲基化可以调节的成骨分化和增殖DPSCs [23]。
在本文中,我们简要总结组蛋白甲基化的关键功能,RNA甲基化和DNA甲基化的分化潜能和自我更新dmsc以及机遇和挑战他们的应用程序的组织再生和疾病治疗。
2。特点和临床dmsc的潜力
dmsc优良性能,包括自我更新能力和多功能分化能力,为再生医学提供一种新的途径(24]。类似于干细胞(SCs) dmsc通过细胞表面标记识别,如CD13、CD29、CD44, CD73, CD90、CD105。同时,dmsc负面表达造血标记,包括CD14、CD19、CD34、CD45、CD11b, HLR [25]。
其中dmsc DPSCs吸引了越来越多的关注在组织再生由于他们单独使用效率和容易获得26- - - - - -29日]。此外,DPSCs牙原性的能力和成骨分化形成象牙质和骨骼组织。PDLSCs展览multilineage分化潜能,是人类牙周韧带隔绝。PDLSCs可以有效地应用于骨缺损修复牙齿的调节免疫微环境复杂(30.,31日]。一系列的研究表明DFSCs multilineage分化潜力和免疫抑制特性,及其统一的特性使其适用于牙周缺损的修复和镇压炎症的慢性炎症性疾病(32]。scap可以分化为成骨细胞、神经细胞和脂肪细胞和具有免疫抑制功能(33]。流可以调节T细胞和抑制17辅助T细胞的功能实现免疫调节功能(34]。ABMSCs可以再生新的牙周膜组织和牙槽骨(35]。业务可以修复舌肌肉,下颌,和头顶的缺陷以及改善牙骨质、牙周韧带和牙槽骨再生(36,37]。msc来源于牙胚(TGSCs)显示良好的成骨分化的潜能。此外,TGSCs可以分化成成骨,chondrogenic,神经源性,脂肪形成的细胞(38]。TGSCs可用于牙龈组织再生和治疗,因为他们的简单的可访问性和优秀的分化潜能32,39]。
目前,dmsc可以应用于口腔疾病的治疗。dmsc可以减少炎症反应通过抑制炎性细胞因子的释放治疗牙周疾病通过促进牙槽骨再生(1,40]。临床研究发现,dmsc能够再生人类下颚的紧凑的物质,表明dmsc可以再生治疗的一个有吸引力的自体移植来源(41,42]。例如,PDLSCs与骨移植材料移植到16缺陷三牙周炎患者的牙齿,和探测深度都减少了43]。在骨组织工程中,PDLSCs结合组织工程支架可以在30牙周炎患者牙槽骨再生没有显著不利影响(44]。自体PDLSC领域移植14例,囊袋深度降低(45]。DPSCs结合支架材料植入根分叉的缺陷区域两个病人,和结果表明,牙周缺损修复(46]。DPSCs五牙髓炎患者的移植安全有效地促进牙本质形成(47]。此外,当DPSCs喜忧参半的支持材料和估算牙周炎患者的骨缺损,骨缺损修复,骨矿物质密度增加,减少患者的牙周袋深度(48,49]。
3所示。甲基化修饰的表观遗传学
甲基化修饰是最常见的机制复杂的表观遗传过程,可以调节基因通过改变染色质的状态不改变细胞的DNA序列(50),基因表达中起着至关重要的作用,蛋白质功能,RNA加工。此外,甲基化的修改包括组蛋白甲基化、甲基化DNA甲基化,RNA (51),动态过程由组蛋白甲基转移酶和demethylases, DNA和RNA(图2)。这些酶能控制的命运通过调解他们的多能性干细胞或分化9,52- - - - - -56]。
3.1。DNA甲基化
DNA甲基化是一种特殊的表观遗传机制,调节基因表达和SC函数(57- - - - - -60]。DNA甲基化是指对称的5-position上添加甲基胞嘧啶。这个过程是由一组酶,催化DNA甲基转移酶(DNMTs),包括DNMT1 DNMT3 L, DNMT3B, DNMT3A [17,61年- - - - - -66年]。DNMTs胞嘧啶残基的CpG甲基二核苷酸转移的5-position山姆(S-adenosylmethionine)长官(S-adenosylhomocysteine)并生成5-methylcytosine (5-mC) [67年]。DNA 5 mc在1948年被发现,标志着连续研究的序幕在表观遗传修饰66年]。作为最常见的一种修改网站在真核生物14,68年- - - - - -70年),它压制绑定的RNA聚合酶和新兵通常结合蛋白,从而作用于基因表达的表观遗传沉默(18,71年]。DNA甲基化状态是通过DNMTs和DNA demethylases稳定。细胞增殖和分化过程中DNA脱甲基作用也至关重要。5-mC转化为5-hydroxy methylcytosine (5-hmC)通过氧化反应。这个过程是DNA demethylases的第一途径,由一千零一十一年的易位(春节)的家庭,包括TET1 TET2, TET3 [61年,72年]。此外,胸腺嘧啶DNA糖基化酶(隔离)5-hmC转换回完整的DNA脱甲基胞嘧啶完全unmethylated,有关的修改在DNA修复(G / T)不匹配17,72年)(图3)。因此,DNA甲基化的命运起着关键作用的基因调控(SCs的59,72年]。
3.2。组蛋白甲基化
DNA缠绕在组蛋白蛋白质,包括两个二聚体,H3和H4 H2A、H2B,所有这一切构成一个球状组蛋白八聚物和形成染色质,核小体的基本单位73年]。组蛋白在真核生物的特殊结构展览组蛋白修饰的多样性,如甲基化、乙酰化、磷酸化和ADP核糖基化(74年]。组蛋白甲基化导致改变染色质结构通过调整核小体的密度、调节基因转录(73年)(图4)。组蛋白甲基化主要发生在精氨酸和赖氨酸残基的尾巴H3/4是由蛋白质和赖氨酸甲基转移酶(PKMTs)和蛋白质精氨酸甲基转移酶(PRMTs) [74年]。赖氨酸甲基化网站,包括组蛋白H3赖氨酸4 (H3K4) H3K79, H3K36, H3K27, H3K9,和trimethylation网站对组蛋白赖氨酸4 3 (H3K4me3),赖氨酸27组蛋白3 (H3K27me3)和赖氨酸9组蛋白3 (H3K9me3)已经被广泛研究了基因的修改(73年,75年- - - - - -77年]。例如,PRMTs催化精氨酸甲基化。酵母Dot1和哺乳动物的同族体端粒的沉默1 (DOT1L)催化赖氨酸甲基化(78年,79年]。组蛋白demethylases主要包含加双氧酶家族Jumonji-C (JmjC)域蛋白质的胺氧化酶类家庭non-JmjC蛋白质,如KDM6B和lysine-specific demethylase1 (LSD1) [20.]。例如,KDM6B氧化酶家族的成员在JmjC域中,可以表达下调胰岛素样生长因子结合蛋白5 (IGFBP5)增强牙周组织再生msc (80年,81年]。LSD1能扭转H3K4甲基化的,这可能会抑制基因转录(20.,76年,82年]。组蛋白甲基化已被广泛研究和影响SCs的命运83年,84年),如癌症干细胞,成人组织干细胞和胚胎干细胞(19,78年,83年]。此外,组蛋白甲基化有能力调节ESC分化,维持神经干细胞的再生和肌肉干细胞(85年]。他们还可以促进肝再生的动物实验(86年]。
3.3。核糖核酸甲基化
核糖核酸甲基化是指的过程中添加一个甲基甲基腺嘌呤的RNA (87年]。核糖核酸甲基化包括N1-methyladenosine (m1A) N6-methyladenosine (m6A) 7-methyl鸟苷(m7G)和5-methylcytosineylation (m5C)修改mRNA在真核生物88年- - - - - -90年]。作为最普遍的RNA甲基化,m6A RNA的甲基化是指甲基化腺苷(A)基地nitrogen-6网站(87年),这在近年来吸引了更多的关注。RNA RNA的甲基化是一种可逆的和转译后的修改由甲基转移酶的催化和demethylase [91年]。m6A RNA甲基转移酶催化RNA甲基化和被称为“作家”,包括methyltransferase-like蛋白3 (METTL3) METTL14, WTAP [92年,93年]。m6A RNA demethylase被称为一个“橡皮擦”,包含肥胖相关蛋白质(FTO)和脂肪质量ALKB同族体5 (ALKBH5),负责监管RNA脱甲基作用[87年,89年]。读者包括从技术上说,云天化域家庭(YTHDFs和YTHDCs)和IGF2BP1/2/3家庭,可以直接绑定到下游m6A调解过程包括mRNA出口与信使核糖核酸的翻译(89年- - - - - -93年)(图5)。m6A RNA甲基化在生物过程中起着至关重要的作用通过影响基因翻译、DNA损伤反应,自噬,脂肪干细胞增殖,形成87年,89年,94年- - - - - -97年]。例如,METTL3的最佳单元m6A“作家”,可以减缓慢性阻塞性肺疾病的发生,可能促进肿瘤形成、迁移和入侵(98年- - - - - -One hundred.]。此外,ALKBH5高表达在胚胎阶段和胶质母细胞瘤干细胞样细胞(GSC),揭示ALKBH5可能在大脑发育中扮演不可或缺的角色和GSC扩散101年- - - - - -103年]。FTO与人类疾病有关,包括肥胖、2型糖尿病、冠心病、和癌症(90年,104年,105年]。
4所示。监管dmsc的甲基化
甲基化已被证明在dmsc发挥关键作用,包括PDLSCs DFSCs, DPSCs, scap [4]。我们简要总结最近的一些研究甲基化修饰和dmsc的临床应用潜力。
4.1。PDLSCs
PDLSCs可以孤立于牙周韧带(106年),可以分化成牙槽骨,周围神经、血管、脂肪细胞,肝细胞,成骨细胞在特定条件下(21,107年]。PDLSCs对牙槽骨形成有积极的影响,这将拯救在牙周炎牙槽骨丧失108年]。此外,PDLSCs用于牙周组织的修复和治疗软骨疾病在再生医学领域(109年,110年]。
以下4.4.1。修改PDLSCs DNA甲基化
DNA甲基化是表观遗传修饰的一个关键管理组件。一些论文表明,DNA甲基化可以调节PDLSCs(表的命运1)。在基因组DNA甲基化分析,在PDLSCs骨形成相关基因的DNA甲基化是不同于DPSCs DFPCs。PDLSCs osteogenic-related基因的低甲基化,比如runt-related转录因子2 (RUNX2),骨桥蛋白(OPN)和碱性磷酸酶(ALP),导致PDLSCs更好的体内骨形成能力(111年]。因此,更好的理解基因的DNA甲基化在PDLSCs至关重要调节成骨分化PDLSCs和牙周组织的再生。例如,coculture RUNX2的表达增强的脂肪细胞肉瘤(dfat) PDLSCs RUNX2的差别,由于对这些基因的DNA甲基化,促进成骨的潜在PDLSCs和dfat [112年]。此外,RUNX2的甲基化抑制成骨分化PDLSCs [113年],RG108和5-Aza DNMT1抑制剂,可以恢复RUNX2表达式和增加的成骨潜能PDLSCs通过消除DNMT1的调节表达PDLSCs [114年- - - - - -116年]。此外,牙周组织的破坏引起的脂多糖(LPS)导致PDLSCs RUNX2的甲基化,这可能直接影响牙周再生(115年]。5-Aza和RG108可能潜在治疗牙周疾病通过恢复RUNX2的甲基化。
此外,high-glucose (HG)环境抑制PDLSCs[的增殖和分化117年]。种能阻碍DNMT3B DNMT3A的表达增加,和DNMT1 HG环境导致PDLSCs osteogenic-related基因的DNA甲基化,具有抑制作用的基质矿化PDLSCs。然而,5-Aza减少了DNA甲基化水平和复苏成骨的标记基因的表达,如高山、OCN, OPN,和osterix (OSX,也叫做Sp7),从而拯救基质矿化和刺激成骨分化PDLSCs [108年]。此外,肿瘤坏死因子α(肿瘤坏死因子-α)治疗的PDLSCs HG环境可能导致PDLSCs有较低的细胞生存能力118年]。HG环境还能抑制DNMT1蛋白的表达而移植肿瘤坏死因子-αreceptor-1 (TNFR-1)由于hypomethylation PDLSCs TNFR-1基因内的CpG岛。然而,山姆可以下调TNFR-1通过增加甲基化TNFR-1然后表达下调TNF -α和拯救PDLSCs的细胞生存能力118年]。调制DNA甲基化的山姆或者5-Aza可以调节的可行性和分化PDLSCs HG,这将是一个潜在的治疗牙周炎(108年,118年]。
另一方面,抑制一千零一十一易位(TET1)和一千零一十一易位的差别(TET2)可能会导致对这些PDLSCs成骨和脂肪形成的能力,而扩散PDLSCs可以增强[119年]。此外,Dickkopf-related蛋白1 (shh)施加负面影响Wnt通路,从而抑制PDLSCs[的免疫调节能力120年]。TET1和TET2绑定的shh启动子可以维持hypomethylation shh PDLSCs然后PDLSCs引起的抑制T细胞的功能。因此,抑制TET1 TET2可能导致shh的启动子甲基化和显著抑制shh的表达,进而增强的免疫调节能力PDLSCs [121年]。TET1和TET2差别因此,对这些可能会加强PDLSC-mediated免疫疗法的效果(119年,122年]。
4.1.2。修改PDLSCs由组蛋白甲基化
众所周知,组蛋白甲基化调节PDLSCs的增殖和分化(表1)。例如,表达下调长非编码RNA SNHG1上调Kruppel-like因子2 (KLF2) PDLSCs的促进成骨细胞的分化。SNHG1 PDLSCs抑制成骨细胞的分化,调节H3K27me3 KLF2通过zeste同族体2 (EZH2) [123]。此外,压力刺激导致的upregulation H3K27me3信号的差别和轻微的对这些转录因子2 (E2F),诱导转录组变化和受损PDLSCs的多能性。同时,过度的EZH2提高脂肪形成的差异化PDLSCs而抑制成骨分化的110年,123年]。PDLSCs Downregulation EZH2表达提高高山活动引起的有限合伙人(124年]。因此,EZH2,组蛋白甲基转移酶,发挥着重要的作用在维护PDLSCs的分化。此外,在体外和体内的研究结果表明,LPS诱导H3K4me3炎症相关的基因的表达。抑制组蛋白赖氨酸甲基转移酶domain-containing 1 b (SETD1B)的差别导致了对这些H3K4me3,减少炎症基因和促进成骨的基因PDLSCs [125年]。此外,移植特定的甲基转移酶H3K36me3,称为设置domain-containing蛋白2 (SETD2),可以促进成骨分化PDLSCs [126年]。此外,组蛋白甲基转移酶如EZH2, SETD1B, SETD2调节PDLSCs的成骨分化。
组蛋白甲基化可以通过组蛋白demethylases逆转,如lysine-specific demethylase 6 (KDM6A)和KDM6B。例如,KDM6A促进osteogenesis-related基因的表达通过脱甲基H3K27me3在启动子区域和促进PDLSCs的成骨分化。因此,过度PDLSCs [KDM6A提高成骨分化的22,127年]。此外,缺乏KDM6A H3K27me3水平提高及减少trimethylation的表达对组蛋白赖氨酸4 3 (H3K4me3),最终抑制PDLSCs的chondrogenic潜力(22]。然而,治疗PDLSCs EZH2的抑制剂(出口加工区- 6438)救了受损的软骨形成PDLSCs KDM6A的损失造成的。因此,监管KDM6A EZH2的脱甲基作用和应用抑制剂可能诱发MSC-mediated在骨关节炎软骨再生22]。此外,江和贾发现mir - 153 - 3可以抑制KDM6A的表达和成骨分化PDLSCs [127年]。mir - 153 - 3或差别因此,对这些基因的超表达PDLSCs KDM6A促进成骨分化。这些发现提供了一个新的潜在的治疗应用的PDLSCs牙槽骨再生。
此外,组蛋白甲基转移酶和demethylases调节炎症环境中PDLSCs的命运。击倒KDM6B抑制RUNX2的表达和炎症因子刺激PDLSCs有限合伙人(124年]。此外,治疗与LPS引起的增加PDLSCs H3K27me3 OSX的倡导者,RUNX2和il - 1β。因此,有限合伙人可以抑制增殖和成骨细胞的分化能力PDLSCs通过增加H3K27me3 PDLSCs基因。糖蛋白nonmetastatic黑色素瘤蛋白B (GPNMB)减少PDLSCs LPS-induced凋亡以及移植KDM6B的表达,这可能导致抑制炎症反应和细胞凋亡在牙周炎128年]。IGFBP5能促进细胞增殖,趋化性和迁移PDLSCs [80年]。然而,公关的删除域包含9个(PRDM9)基因可以上调IGFBP5通过增加H3K4me3 IGFBP5启动子,增强了转录IGFBP5和促进扩散,趋化作用,迁移PDLSCs [109年]。因此,组蛋白甲基化的命运有能力调节PDLSCs通过不同基因的规定,如RUNX2 GPNMB, PRDM9。
4.2。DPSCs
DPSCs首次培养体外Gronthos等人于2000年(6]。正面DPSCs可以分化为成骨细胞、软骨、脂肪、血管,成,等等130年]。与其他间充质干细胞相比,DPSCs显示更好的能力,比如更好的成牙质细胞分化和生存能力。然而,DPSCs显示低chondrogenic能力(131年- - - - - -134年]。因此,分化能力和临床应用的潜力DPSCs在再生医学吸引了广泛关注27]。
4.2.1。准备修改DPSCs DNA甲基化
众多研究也报道了DNA甲基化的作用和调节DPSCs(表2)。种能阻碍DNMT3B DNMTs,比如DNMT1 DNMT3A,,对分化有重要影响的DPSCs [135年]。DNA甲基化由这些DNMTs可以调节odontogenic-related基因和钙结节形成。例如,微rna - 675 (mir - 675)调节DPSCs的牙原性的分化抑制DNMT3B-mediated甲基化的distal-less同源框3 (DLX3) [136年]。此外,过度的lncRNA段H19(一个典型的长非编码RNA)和mir - 675促进牙原性的分化潜力的DPSCs下调DNMT3B-mediated DLX3基因的甲基化(137年]。KLF4推动者由DNMT1的甲基化是一种转录因子,可以抑制DPSCs成牙质细胞分化[138年]。Kruppel-like因子4 (KLF4)和SP1增强DPSCs odontoblastic分化转录因子(139年,140年]。相比之下,RG108和5-Aza DPSCs分化中发挥积极作用。抑制DNMT1的RG108 KLF4增加,使成牙质细胞分化的效率(138年]。DNMT1抑制剂,因此,RG108介导upregulation SP1 / KLF4 DPSCs成牙质细胞分化过程中。5-Aza抑制DNMT1和BMP活动而促进DPSCs阳性转录因子。5-Aza增强DPSCs的骨胳肌原性的分化141年]。此外,5-Aza可以促进DPSCs肌原性的分化和肌原性的蛋白质表达,它可用于治疗颅面肌肉(142年]。DPSCs 5-Azax也增加高山活动和钙化结节形成,而牙原性的标记,包括牙本质基质蛋白1 (DMP-1),象牙质sialo磷蛋白质(DSPP) RUNX2, DLX5,和OSX调节143年]。因此,5-Azax提高DPSCs的增殖和分化的能力通过抑制DNA甲基化。也发现,预处理的DPSCs 5-Aza LPS刺激后减少了m5C TNF水平receptor-associated因子6 (TRAF6)启动子144年]。因此,炎症相关的信号通路被激活,如增殖蛋白激酶(MAPK)和核factor-k-gene绑定(NF -κB)信号通路(144年]。因此,DNA甲基化DPSCs监管起着消极的作用。
相比之下,DNA demethylase负面作用由有限合伙人DPSCs诱导的炎症反应。DPSCs刺激有限合伙人增加TET2的表达。TET2降价会使DNA hydroxymethylation骨髓分化因子88 (MyD88)启动子和抑制NF -κB信号通路(145年]。因此,了解DNA甲基化的规定是一个潜在的治疗牙髓炎、牙周炎。此外,一个体外实验证实的表达TET1期间显著增加的扩散PDLSCs [146年]。因此,早期分化和牙发生DPSCs与TET1水平相关联。抑制的表达TET1 DPSCs减少高山活动和矿化结节DPSCs牙原性的分化,从而最终抑制DPSCs[的增殖和分化147年]。DPSCs牙原性的分化中,删除TET1家庭的差别导致了对这些相似20 C (FAM20C)和提高成员的矿化DPSCs [148年]。FAM20C也叫牙本质基质蛋白4 (DMP4),参与DPSCs的成骨细胞的分化149年]。因此,TET1增强DPSCs odontoblastic分化的脱甲基FAM20C。
4.2.2。修改DPSCs由组蛋白甲基化
组蛋白甲基化的三个关键标记、H3K4me3 trimethylation对组蛋白赖氨酸9 3 (H3K9me3)和H3K27me3,扮演了一个重要的角色在DPSCs的规定(150年)(表2)。例如,在DPSCs早期矿化基因的启动子,如RUNX2 DLX5, MSX2,包含H3K4me3活动标记,提高DPSCs的分化(150年]。此外,EZH2催化H3K27me3的甲基化,而KDM6B脱甲基H3K27me3。EZH2的表达和炎症条件下H3K27me3却降低了151年的差别),对这些EZH2提高DPSCs的分化和抑制炎症反应在DPSCs [152年]。此外,EZH2抑制可以通过激活增强DPSCs成骨分化β连环蛋白转录和Wnt信号通路153年]。因此,EZH2抑制成骨分化,促进炎症反应。相比之下,KDM6B(也称为JMJD3)氧化酶家族成员JmjC领域,催化的脱甲基H3K27me3 [154年]。在炎症条件下,KDM6B的表达增加,而H3K27me3减少DPSCs [151年]。KDM6B激活牙原性的转录基因和增强了牙原性的分化的DPSCs脱甲基H3K27me3成骨的基因,如BMP2和RUNX2 [154年,155年]。因此,EZH2和KDM6B可以应用到再生的潜在治疗牙齿的结构。此外,KDM5A是组蛋白demethylase (HDM)、分化和增殖过程中增加DPSCs [156年]。击倒KDM5A提高牙发生和矿化DPSCs通过增加H3K4me3牙原性的标记基因的启动子(156年]。因此,脱甲基的H3K4me3 KDM5A抑制DPSCs的牙质分化。这些结果表明,脱甲基的KDM5A牙质修复可以应用。
4.2.3。修改的DPSCs RNA甲基化
也有一些报告有关规定m6A RNA甲基化的成骨分化和增殖DPSCs(表2)。m6A RNA甲基转移酶(METTL3和METTL14)和demethylases (FTO和ALKBH5)存在于PDLSCs [157年]。m6A METTL3-mediated甲基化的RNA调节扩散,迁移,分化DPSCs [157年,158年]。生物信息学分析发现METTL3成熟DPSCs中高度表达,可以调节细胞的衰老和凋亡158年]。删除METTL3导致p53通路的激活在DPSCs DPSCs自我更新的负面影响。此外,METTL3介导的表达Polo-like激酶1 (PLK1),有丝分裂监管机构,参与细胞周期控制和衰老细胞凋亡(158年]。体内实验的结果表明,条件敲除METTL3受损的自我更新、分化、和DPSCs扩散,从而损害齿根发展(159年]。LPS刺激的增加METTL3的表达,而击倒METTL3抑制炎症相关因子的表达和炎症相关的信号通路,如MAPK和NF -κB信号通路(157年]。因此,表达下调METTL3-catalyzed RNA m6A甲基化可能抑制LPS-induced DPSCs炎症反应。
4.3。DFSCs
DFSCs可以分化成牙槽骨、牙周韧带和根牙骨质。像一些牙周细胞的祖细胞谱系160年- - - - - -164年],DFPCs可以分化成软骨细胞、成骨细胞、脂肪细胞和neural-like细胞(4]。
4.3.1。修改DFSCs DNA甲基化
DNMT1的甲基化可以抑制成骨细胞的分化DFSCs HOXA2(表3)。过度的lncRNA HOXA成绩单1 (HOTAIRM1)反义RNA骨髓抑制增殖,增加成骨细胞的分化DFSCs [78年,165年,166年]。HOTAIRM1抑制DNMT1和DNA甲基化HOXA2 DNMT1的催化,促进骨生成DFSCs。HOTAIRM1调节HOXA2基因启动子的甲基化状态控制DNMT1。调制HOXA2基因的表达调节成骨细胞的分化DFSCs [78年,165年,166年]。HOTAIRM1 upregulation可能防止DFSCs的overmethylation破坏牙周组织通过抑制DNMT1。
4.3.2。修改DFSCs由组蛋白甲基化
H3K4me3是激活组蛋白甲基化标记,和H3K9me3 H3K27me3标记的组蛋白甲基化抑制组蛋白甲基化。所有这些标记可以调节DFSCs的分化(表3)。的启动子调控成骨分化的重要因素DFSCs和早期矿化包含活跃H3K4me3的标志。DFSCs成骨分化,H3K27me3显示显著影响DSPP DMP-1,象牙质形成的启动子的基因(111年,150年,167年]。H3K4me3 DFSCs可以改变的表达活跃,而PDLSCs和ABMSCs不能。H3K4me3标记可以在成骨分化转向H3K9me3标记(167年]。EZH2的表达和H3K27me3可以减少DFSCs骨中。EZH2的骨生成抑制DFSCs减少H3K27me3级别的Wnt基因启动子(168年]。
4.4。scap
scap被发现在人类未成熟的乳牙顶端的乳头,他们可以分化成根尖周的组织和果肉组织(7,169年,170年]。scap可以对牙齿发育起到至关重要的作用,特别是在成牙的根(171年]。在合适的条件下体外,scap可以分化成脂肪细胞、肝细胞、成骨细胞、神经细胞和成7,169年,171年]。
4.1.1。修改scap的组蛋白甲基化
最近,组蛋白甲基化参与SCAP命运的规定已经吸引了越来越多的关注(表4)。KDM2A scap的成骨分化起到消极的作用。epiregulin (EREG)是KDM2A的目标(也称为FBXL11)提高成骨分化scap的172年]。例如,EREG调节而KDM2A是scap的成骨分化过程中表达下调。KDM2A / BCL6辅阻遏物(BCOR)复杂抑制组蛋白H3赖氨酸36/4 dimethylation EREG启动子(H3K36me2 / H3K4me2),压制EREG启动子的转录和抑制成骨分化scap的172年]。此外,在scap oculofaciocardiodental (OFCD)综合症患者,H3K4甲基化和H3K36 EREG赞助者的增加,导致沉默基因的转录激活和增强scap的成骨分化潜力的173年,174年]。然而,过度的组蛋白demethylase KDM2A scap减少EREG,这抑制了bone-dentin分化的关键转录因子的表达,如OSX和DLX2,减少bone-dentin scap的分化潜能172年]。upregulation OSX和DLX2 scap提高高山活动的促进成骨分化和矿化钙175年]。此外,分泌卷曲的相关蛋白2 (SFRP2)抑制NF -κ通过抑制Wnt信号/β连环蛋白信号通路在缺氧和炎症条件和表达式SCAP的KDM2A调节而SFRP2的转录抑制和H3K4me3和H3K36me2 SCAP启动子的甲基化是减少176年]。此外,研究发现,删除demethylase KDM2A scap H3K4甲基化的增加和H3K36 SFRP2和抑制其转录的启动子。SFRP2激活OSX和增强bone-dentin分化,而KDM2A产生相反的效果(177年]。因此,KDM2A scap的抑制成骨细胞的分化表达下调SFRP。
Lysine-specific demethylase 3 b (KDM3B) Lysine-specific demethylase 1 (KDM1A) mixed-lineage白血病(MLL)和KDM6B也起到了至关重要的作用在调节scap的命运。KDM3B施加积极影响成骨细胞的分化scap OCN上调表达,RUNX2, OSX, DSPP。此外,KDM3B参与调节细胞周期加速scap的扩散(178年]。体外,击倒的KDM1A scap会使高山scap的活动和钙矿化。KDM1A结合PLOD2形成蛋白质复合体抑制scap的bone-dentin分化(179年]。MLL的甲基化酶H3K4me3, KDM6B demethylase H3K27me,和促进牙原性的分化scap的移植Wnt5a [180年- - - - - -182年]。的转录活动Wnt5a受H3K27me3 H3K4me3。此外,缺乏demethylase KDM6B增强H3K27me3和抑制牙原性的分化182年]。
5。结论
越来越多的关注已经给分化、自我更新,监管dmsc再生医学领域的(183年- - - - - -185年]。例如,DPSCs用于治疗下颌骨缺损和慢性牙周炎患者牙周再生(48,186年- - - - - -188年]。一个ABMSC-based治疗策略在27岁患者的牙周重建增强牙周组织愈合,减少牙周骨重建,囊袋深度( , 毫米),没有不良反应后12个月(189年]。PDLSCs被填充进10牙周骨缺损患者,和牙周探测深度降低( 毫米)射线骨高度增加时( 毫米)在所有10例无严重的不良反应在临床试验6个月(190年]。dmsc的应用是一个机会对于再生医学,包括治疗龋齿、牙髓坏死,根尖周的疾病,等等。然而,dmsc的生物学和再生能力的机制需要进一步研究。
甲基化修饰严格和精确调节SC分化的命运。例如,DNMT-mediated DNA甲基化对ESC分化[至关重要191年]。因为DNMT1的缺乏维护,广泛的ESCs nonCpG甲基化在注册会计师存在二核苷酸(192年]。此外,METTL3 - / -小鼠显示ESCs体外分化异常。METTL3是作家m6A RNA甲基化可以提高分化和减少的ESCs的自我更新193年,194年]。此外,甲基化修饰的SCs已应用于临床治疗。5-AZA, DNMT抑制剂针对脑癌SCs,已经使用在第一阶段试验治疗脑癌53]。它也用于治疗青少年单核白血病(JMML)与同种异体造血干细胞移植(HSCT)。
最近,研究相关细胞增殖和免疫调节的dmsc甲基化修饰吸引了更多的关注[157年,158年]。例如,甲基转移酶催化SETD1B H3K4组蛋白trimethylation dmsc刺激有限合伙人时,这增加了H3K4me3 il - 1基因启动子β和il - 6,从而激活炎症信号通路和释放炎性细胞因子(125年]。击倒METTL3 TET2 MyD88使之抑制和抑制LPS-induced炎症反应在DPSCs [145年,157年]。因此,了解甲基化的规定修改在牙周炎immunoinflammatory反应参与dmsc有助于进一步研究甲基化机制的炎症。
已报告增加了DNA甲基化和组蛋白甲基化调节dmsc的成骨分化,包括PDLSCs DPSCs DFSCs, scap。应给予更多的关注在dmsc RNA甲基化的规定。此外,还需要进一步的研究来研究DMSC扩散的甲基化修饰,自噬,细胞凋亡和迁移。目前的研究仍然集中在动物实验。例如,DLX3敲除小鼠在Wnt1-cre神经嵴删除原因主要牙质缺陷(195年]。METTL3条件性基因敲除小鼠出现磨牙根发育不良(159年]。葡萄糖抑制DNMT1的激活和TNFR-1 [118年),TNF -α受体p55-deficient小鼠肺泡骨质流失较少牙周组织(196年]。Kdm3C KO小鼠对有限合伙人更敏感和显示增加牙槽骨丢失(197年]。Osr2-Cre;Ezh2fl / fl小鼠表现出EZH2参与根模式在臼齿根开发(198年]。在未来,更多的研究集中于dmsc的甲基化修饰,特别是在组织工程中的应用和调节炎症,是必要的。这些研究提供了基础的治疗口腔疾病和组织再生的应用程序。
缩写
| dmsc: | 牙间充质干细胞 |
| DPSCs: | 牙髓干细胞 |
| DFSCs: | 牙科毛囊干细胞 |
| PDLSCs: | 牙周韧带干细胞 |
| scap: | 干细胞从顶端的乳头状突起 |
| 流: | 乳牙干细胞剥落了 |
| ABMSCs: | 干细胞从牙槽骨 |
| 业务: | 干细胞从牙龈组织 |
| KDM6B: | 赖氨酸(K)特殊demethylase 6 b |
| KDM2A: | 赖氨酸demethylase 2 |
| H3K27me2/3: | 脱甲基/ trimethylation赖氨酸27组蛋白3 |
| BMP2: | 骨形成蛋白2 |
| 5-Aza: | 5-Aza-2 - - - - - -脱氧胞苷 |
| SCs: | 干细胞 |
| TGSCs: | msc源自于牙胚。 |
| 山姆: | S-Adenosyl蛋氨酸 |
| 长官: | S-Adenosyl同型半胱氨酸 |
| DNMTs: | DNA甲基转移酶 |
| 肝星状细胞: | 造血干细胞 |
| 春节: | 一千零一十一年易位 |
| TET1: | 一千零一十一易位 |
| ESCs: | 胚胎干细胞 |
| TET2: | 一千零一十一易位2 |
| 5-mC: | 5-Methylcytosine |
| 5-hmC: | 5-Hydroxy methylcytosine |
| 隔离: | 胸腺嘧啶DNA糖基化酶 |
| PRMTs: | 蛋白质精氨酸甲基转移酶 |
| PKMTs: | 蛋白质赖氨酸甲基转移酶 |
| DOT1L: | 端粒的沉默1一样 |
| JmjC: | Jumonji c端 |
| LSD1: | Lysine-specific demethylase 1 |
| IGFBP5: | 胰岛素样生长因子结合蛋白5 |
| H3K4: | 组蛋白H3在赖氨酸4 |
| m1A: | N1-Methyladenosine |
| m6A: | N6-Adenine甲基化 |
| m7G: | 7-Methyl鸟嘌呤核苷 |
| METTL3/14: | Methyltransferase-like蛋白3/14 |
| FTO: | 肥胖相关的蛋白质 |
| ALKBH5: | 脂肪量alkB同族体5 |
| gsc: | 恶性胶质瘤干细胞样细胞 |
| RUNX2: | Runt-related转录因子2 |
| 高山: | 碱性磷酸酶 |
| OPN: | 骨桥蛋白 |
| dfat: | 脂肪细胞肉瘤 |
| 有限合伙人: | 脂多糖 |
| HG: | 高葡萄糖 |
| EZH2: | 增强剂的zeste同族体2 |
| OSX: | Osterix |
| E2F: | 转录因子2 |
| 肿瘤坏死因子-α: | 肿瘤坏死因子α |
| SETD1B: | 设置domain-containing 1 b |
| TNFR-1: | 肿瘤坏死因子-αreceptor-1 |
| 消退: | Dickkopf-related蛋白1 |
| hnRNPL: | 异构核L核糖核蛋白 |
| KLF2: | Kruppel-like因子2 |
| SETD2: | 设置domain-containing蛋白2 |
| KDM6A: | 赖氨酸-具体demethylase6A |
| H3K4me3: | Trimethylation组蛋白赖氨酸4的3 |
| GPNMB: | 糖蛋白nonmetastatic黑色素瘤蛋白B |
| PRDM9: | 公关领域包含9个 |
| mir - 675: | 微rna - 675 |
| DLX3: | Distal-less同源框3 |
| KLF4: | Kruppel-like因子4 |
| DSPP: | 牙质sialophosphoprotein |
| DMP-1: | 牙本质基质蛋白1 |
| NF -κB: | 核因子-κB |
| TRAF6: | TNF receptor-associated因子6 |
| MAPK: | 增殖蛋白激酶 |
| MyD88: | 88年骨髓分化因子 |
| FAM20C: | 家庭使用序列相似性20日成员 |
| H3K9me3: | Trimethylation对组蛋白赖氨酸9 3 |
| DMP4: | 牙本质基质蛋白4 |
| hdm: | 组蛋白demethylases |
| EREG: | 上皮细胞调节因子 |
| HOTAIRM1: | lncRNA HOXA成绩单反义RNA骨髓1 |
| PLK1: | Polo-like激酶1 |
| H3K36me2 / H3K4me2: | 组蛋白H3赖氨酸36/4 dimethylation |
| BCOR: | BCL6辅阻遏物 |
| OFCD: | Oculofaciocardiodental |
| SFRP2: | 秘密frizzled-related蛋白2 |
| KDM3B: | Lysine-specific demethylase 3 b |
| KDM1A: | Lysine-specific demethylase 1 |
| MLL: | Mixed-lineage白血病 |
| JMML: | 幼稚单核细胞白血病 |
| HSCT: | 造血干细胞移植。 |
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
所有作者都取得了实质性的、直接的、和知识贡献的工作。与此同时,所有作者参与设计研究,起草和编写手稿,提交和批准。回族张和香港富了同样工作。
确认
这项工作是支持由中国国家自然科学基金(国家自然科学基金委;82101012,82101012,82170887),四川科技项目(2021 jdrc0158),基础研究基金中央大学(2682020 zt80),和四川科技项目(2021 yj0048)。