文摘
牙周韧带干细胞(PDLSCs)扮演重要角色在正畸牙移动(移动),能够应对机械应力。我们先前的研究表明,牙周韧带干细胞来源于牙周炎组织(pPDLSCs)更敏感的静态机械应变(SMS)比来自健康组织(hPDLSCs)和报道的长非编码RNA (lncRNA)表达谱pPDLSCs暴露于短信。越来越多的lncRNAs已经被各种研究报道与间充质干细胞的成骨分化。许多研究已经证明,n6-methyladenosine (m6A)修改施加重要影响lncRNA和信使rna调控细胞行为。然而,监管影响lncRNA和mRNA m6A修改PDLSCs尚未研究。因此,我们执行一个m6A微阵列分析与pPLDSCs hPDLSCs暴露于12%的短信,发现143 lncRNAs和739 mrna差异甲基化。这些rna被认为是参与多个分化和炎症反应。此外,我们发现,METTL3 m6A系统中不可缺少的蛋白质表达的下级strain-exposed pPDLSCs比strain-exposed hPLDSCs,和pPDLSCs METTL3促进成骨分化。
1。介绍
牙周炎是一种复杂的炎症性疾病,其特征是牙周组织的破坏,导致牙齿漂移和损失,严重影响健康和美丽1]。牙周炎患者通常寻求矫正治疗达到更好的咬合的功能和美学2]。矫正治疗也涉及轻微改善牙周参数(3]。此外,矫正治疗结合牙周组织再生增强牙周炎治疗的临床疗效4]。然而,牙周炎症增加牙槽骨丢失在矫正移动和牙科根吸收的(5]。
PDLSCs与潜在的间充质干细胞分化成多种类型的细胞和展示自我更新能力(6]。他们被认为是有前途的种子细胞对牙周组织再生(7在移动[],他们扮演的角色8]。然而,对于牙周炎患者,PDLSCs受到炎症微环境显示成骨分化能力低于PDLSCs来源于健康的牙周膜(9]。因此,不同的hPDLSCs成骨分化能力和pPDLSCs可能导致牙周炎牙槽骨丢失在移动的扩充。
机械应力对骨代谢和移动(10]。移动依靠组织吸收和牙槽骨和牙周韧带的形成。矫正力导致破骨细胞吸收区域的压缩和成骨细胞沉积区域的张力(11]。然而,不恰当的矫正力破坏骨生成和骨吸收之间的平衡,导致更大的牙槽骨丢失(12]。此外,我们之前的研究表明,hPDLSCs和pPDLSCs表现出不同的敏感性和适应SMS (9]。在6%、8%、10%、12%、12%和14%的短信治疗,短信是最有效的促进成骨分化hPDLSCs。然而,当细胞含有12%的短信,pPDLSCs的成骨分化能力明显低于hPDLSCs。这个结果进一步说明了炎症微环境的影响和SMS PDLSCs的生物学性质。
长非编码rna (lncRNAs), 200或更多个核苷酸组成的,调节许多生理和病理过程和牙周炎中扮演的角色13]。有研究报道大量的lncRNAs hPDLSCs之间差异表达和pPDLSCs暴露于短信14),其中一些lncRNAs影响PDLSCs[的成骨分化能力15,16]。例如,lncRNA-XIST促进骨生成PDLSCs和下级表达strain-exposed pPDLSCs比strain-exposed hPDLSCs [14]。此外,m6A丰富mrna和lncRNAs。m6A系统包括“作家”(甲基转移酶),“橡皮擦”(demethylases),和“读者”17]。M6A在基因调控和疾病过程中扮演的角色由甲基化RNA (18]。“作家”m6A METTL3, m6A系统中的一个重要蛋白质,调节多种间充质干细胞的分化潜能针对JAK1 [19]。因此,甲基化的lncRNAs METTL3-induced m6A修改可能扮演的角色之间的差异hPDLSC SMS和pPDLSC响应。
尽管许多lncRNAs已报告PDLSCs的多个分型有关,他们的机制已经只能部分解释道。信使rna的差异和lncRNA m6A修改丰富pPDLSCs和hPLDSCs之间m6A修改的影响仍然未知。因此,在这项研究中,我们旨在分析m6A修改pPDLSCs之间的差异和hPDLSCs暴露在短信和确定METTL3施加pPDLSCs成骨分化的影响。
2。材料和方法
2.1。分离、培养、纯化和鉴定hPDLSC pPDLSC
hPDLSC样品和pPDLSC样本获得矫正患者和慢性牙周炎患者的前磨牙和/或第三磨牙需要提取的原因治疗,分别。所有样本获得的正畸治疗牙周病学部门,第四军医大学口腔学院。牙周炎患者筛选按照下列标准:探索出血;牙周袋< 6毫米;附件3 - 4毫米损失;牙槽骨水平吸收钾根长度确定在x射线图像。没有慢性牙周炎患者治疗急性感染在前6个月,出现系统性疾病,或有吸烟史,orthognathic手术、放疗或化疗。所有志愿者签署知情同意书,第四军医大学伦理委员会批准了这项研究(批准号:2017 (026))。胶原酶I型(σ,圣路易斯,密苏里州,美国)被用来消化牙周韧带组织获得免费的单个细胞。组织和细胞培养αmem(美国纽约Gibco,大岛)补充10%胎牛血清(的边后卫)(Gibco,大岛,纽约,美国)和100 U /毫升青霉素和链霉素(美国纽约Gibco,大岛)37°C的5%股份2。限制稀释技术被用来净化PDLSCs从其他种类的细胞。单个细胞被播种在96 -孔板的密度1-cell /获得single-cell-derived殖民地。后7天文化,形成殖民地消化的殖民地,混合,播种在75 T培养瓶及签署1 st-generation细胞。当达到80%融合,细胞消化和收集的亚文化。所有实验在本研究中进行了使用2 - 4代细胞。
流仪分析评估PDLSCs表面标记物的表达。PDLSCs与PBS洗一次,然后消化trypsin-EDTA 0.25%解决方案(美国UT Hyclone、南洛根)。单细胞悬液是在4°C PBS洗两次。识别的MSC表型,大约 PDLSCs / 200μL PBS的EP管与荧光素孵化isothiocyanate-conjugated人类CD34单克隆抗体、CD45、CD106, stro-1(美国BD生物科学,圣何塞,CA) 1小时在黑暗中在4°C。然后,细胞与PBS洗两次。最后,标记细胞分析FlowJo,仪数据流分析软件(美国TreeStar、亚什兰或)。
成骨分化试验进行检查的成骨分化能力hPDLSCs pPDLSCs。PDLSCs培养在αmem和10%的边后卫,100 nM地塞米松,50μg / ml抗坏血酸,10毫米β甘油磷酸盐为21天。每2天中被改变。钙积累检测2%茜素红染色(Beyotime、上海、中国)。三次后用蒸馏水洗净,钙结节染色显微镜下确认。
去化验检查执行hPDLSCs和pPDLSCs脂肪形成的分化能力。PDLSCs培养在αmem和10%的边后卫,2μisobutylmethylxanthine g / ml胰岛素,0.5毫米,0.5μ地塞米松21天。每2天中被改变。油红O (Beyotime、上海、中国)进行染色,然后脂滴显微镜下识别。
2.2。短信加载
细胞被播种到胶原蛋白I-coated 6-well BioFlex板块(Flexcell国际、伯灵顿、数控、美国)。当达到95%融合,Flexcell张力+系统(fx - 4000 T, Flexcell国际)是利用加载细胞为12%,0.1赫兹短信12 h。pPDLSCs和hPDLSCs以同样的方式对待。
2.3。RNA提取
总RNA提取使用试剂盒试剂(美国表达载体,卡尔斯巴德,CA)根据制造商的协议,然后量化NanoDrop nd - 1000(热费希尔科学、沃尔瑟姆,妈,美国)。
2.4。m6A修改微阵列分析
三总RNA样本hPDLSC和pPDLSC文化收集m6A修改芯片检测。样品制备和微阵列杂交进行根据Arraystar的标准协议。简而言之,总RNA免疫沉淀反应的anti-N6-methyladenosine (m6A)抗体(突触系统,哥廷根,德国)。修改后的rna从免疫沉淀反应筛选了磁珠和所谓的“知识产权”样本。“知识产权”RNA被贴上Cy5, cRNAs在反应使用Arraystar RNA标签协议。cRNAs结合,杂化到Arraystar人类mRNA&lncRNA Epitranscriptomic微阵列(8 x60k Arraystar)。洗后的幻灯片,数组和一个安捷伦扫描仪扫描G2505C(美国安捷伦科技,圣克拉拉,CA)。
2.5。微阵列分析
安捷伦特征提取软件11.0.1.1被用来分析获得阵列图像。原始强度的IP(免疫沉淀反应分数,Cy5-labelled)是基于平均归一化log2-scaled激增RNA强度。“m6A数量”是计算m6A甲基化数量基于IP (Cy5-labelled)归一化强度。两个比较组之间不同m6A-methylated rna被过滤基于褶皱变化和统计学意义(值)阈值。层次聚类进行展示样品之间的区分m6A-methylation模式。
2.6。Me-RIP确认
总RNA样本的免疫沉淀反应anti-N6-methyladenosine (m6A)抗体(突触系统,哥廷根,德国)。修改后的rna从免疫沉淀反应筛选了磁珠和称为“知识产权”rna。“知识产权”rna反转录成cDNA使用上标第一链合成装备(美国表达载体,卡尔斯巴德,CA)。qPCR执行使用一个应用生物系统公司ViiA 7实时PCR系统。反应系统包括孵化10分钟在95°C,紧随其后的是40 10年代周期在95°C, 1分钟和60°C。“m6A数量”是计算使用2- - - - - -ΔCt方法, 。特定的引物(豆类、东京、日本)展示在表1。所有的实验都进行了一式三份。
2.7。实时qPCR
RT-qPCR都使用了SYBR绿色PCR试剂盒(Toyobo、大阪、日本)和CFX96触摸实时PCR检测系统(美国大力神,CA)。反应系统包括孵化1分钟在95°C,紧随其后的是40周期为5 s在95°C, 50年代和60°C。相对的mrna水平和lncRNAs计算了2- - - - - -ΔΔCt方法和规范化GAPDH。特定的引物(Toyobo,大阪,日本)展示在表1。所有的实验都进行了一式三份。
2.8。生物信息学分析不同m6A-Methylated rna
基因本体论分析来确定之间的关联差异甲基化特定基因的mrna丰富本体功能和条件(http://www.geneontology.org);注释是据报道生物过程(BP),细胞组件(CC)和分子功能(MF)类别。京都基因和基因组的百科全书(KEGG) (http://www.genome.jp/kegg/)通路分析副不同甲基化mrna浓缩在特定的生物通路。
2.9。龙头、网络建设
寻找潜在的小分子核糖核酸(microrna)和组合确定lncRNAs mrna,内部microrna的目标预测软件基于TargetScan &米兰达(使用20.]。常见的有针对性的microrna通过合并,我们构建了一个竞争内源性RNA(龙头)网络(21]。龙头、网络与Cytoscape软件绘制。
2.10。慢病毒质粒转染
METTL3进行靶向治疗的慢病毒重组LV5 (EF-1aF / GFP&Puro)向量设计和建造GenePharma(上海,中国)。METTL3干扰的慢病毒重组LV3 (H1 / GFP&Puro)向量从GenePharma购买(上海,中国)。细胞与慢病毒转染24小时然后用共同培养介质。
2.11。免疫印迹分析
细胞细胞溶解与里帕裂解缓冲(Beyotime、上海、中国)冰,和溶菌产物被添加到加载缓冲(Beyotime、上海、中国)和加热10分钟的100°C。蛋白质的溶解产物分离的电泳(Bio-Rad、大力神、钙、美国)和转移到聚偏二氟乙烯膜(美国微孔,Billerica的)。膜被封锁的阻断缓冲区(Beyotime、上海、中国)25°C 2 h。然后,膜与初级孵化抗体(细胞信号技术,丹弗斯、马、美国)12 h与二次抗体在4°C和孵化(美国表达载体,卡尔斯巴德,CA) 1.5 h 25°C。最后,高灵敏度ECL化学发光工具包(Beyotime、上海、中国)被用来可视化聚偏二氟乙烯膜上的污点。
2.12。茜素红染色分析
茜素红染色2.1中描述的方法。茜素红染色公布了氯化十六烷基吡啶(CPC)(σ,圣路易斯,密苏里州,美国),用分光光度计量化为562 nm。
2.13。统计分析
SPSS 16.0软件SPSS,圣拉斐尔、钙、美国)被用来分析数据。所有实验进行了一式三份,所有数据提出的 (美国)。学生的 - - - - - -测试确定统计学意义。一个值< 0.05被认为是具有统计学意义。
3所示。结果
3.1。hPDLSCs和pPDLSCs的识别
两个hPDLSCs(图1(一))和pPDLSCs(图2 (b))阳性CD106 STRO-1;CD34、CD45和消极。和他们两人成骨分化(图的能力1 (c))和脂肪形成的分化(图1 (d))。
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3.2。分析不同m6A-Modified lncRNAs和mrna在pPDLSCs短信
探讨不同m6A-modified lncRNAs pPDLSCs之间mrna和hPDLSCs短信,一个m6A芯片检测。lncRNAs m6A修改的分布和mrna热图(数据所示2(一个)和2 (b))。我们发现96年hypermethylated lncRNAs和535 hypermethylated mrna ( ,褶皱变化> 2)和47 hypomethylated lncRNAs和204 hypomethylated mrna ( ,褶皱变化< 0.5)。20大多数差异甲基化lncRNAs和mrna如表所示2和3。
基于位置的关系,不同的甲基化lncRNAs分为六类:天然反义,intronic反义,基因内区sense-overlapping,基因间,外显子sense-overlapping,和双向的。大多数lncRNAs包含基因间m6A网站,占49%和36%的hypermethylated lncRNAs和hypomethylated lncRNAs,分别为(数字2 (c),2 (d),2 (e))。
我们进一步分类差异甲基化lncRNAs长度。不到1000元的lncRNAs长度占总数的一半以上lncRNAs(图2 (f))。此外,hypermethylated lncRNAs分布在所有染色体,而hypomethylated lncRNAs分布在染色体除了chr9 chr10 chr14, chr23(图2 (g))。
3.3。确认差异甲基化的rna
来验证芯片结果,Me-RIP和qPCR进行评估lncRNAs和mrna的甲基化水平。我们选择两个hypermethylated lncRNAs (NR_103853和NR_104061),两个hypomethylated lncRNAs (ENST412811和ENST490098),两个hypermethylated mrna (PITX1和PLEKHA6),和两个hypomethylated mrna (CDC25B和EIF3L)从20大多数差异甲基化rna,如表所示2。m6A NR_103853修改的数量、NR_104061 PITX1和PLEKHA6 pPDLSCs暴露于短信更比hPDLSCs暴露于短信,和大量的m6A修改ENST412811 ENST490098, CDC25B, EIF3L pPDLSCs暴露于短信更小(图3(一个))。这些研究结果与芯片结果一致。
(一)
(b)
此外,验证是否相关的四个lncRNAs骨生成,我们检测到的相对水平这些lncRNAs pPDLSCs 7天成骨诱导后。结果表明,相对NR_103853水平增加,ENST412811, ENST490098建议三个lncRNAs和成骨分化之间的正相关关系(图3 (b))。
3.4。研究不同甲基化mrna
去和KEGG分析这些mrna进行进一步探索不同甲基化mrna的功能。去分析显示hypermethylated mrna主要富集在beta-tubulin绑定,细胞代谢过程,氧化还原酶的活动,等等(图4(一))。Hypomethylated mrna主要富集在发育过程中,细胞骨架蛋白绑定,商店−钙通道操作活动,等等(图4 (b))。
(一)
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KEGG分析表明hypermethylated mrna参与肿瘤坏死因子信号通路,氧化磷酸化等。(图4 (c))。Hypomethylated mrna主要是参与炎性介质管理的渠道,钙信号通路,等等(图4 (d))。
3.5。龙头、网络建设,研究不同甲基化lncRNAs
先前的研究已经报道,lncRNAs可以影响细胞生理和病理过程,许多机制,microrna的骗取等调节mRNA的表达。因此,我们选择了前5 hypermethylated和前5 hypomethylated lncRNAs除了lncRNAs不能充当microrna的海绵在20大多数差异甲基化lncRNAs构建lncRNA-miRNA-mRNA龙头、网络。其中,ENST00000515377和ENST00000412811并不包括在龙头、网络,因为只有与之交互的microrna预测但没有信使rna预测。最终结果,网络包括8 lncRNAs 440 microrna和158 mrna(图5(一个))。进一步评估的影响选择8 lncRNAs细胞通过miRNA-mRNA互动,去KEGG 158 mrna进行分析。分析显示,这些mrna浓缩在脚手架蛋白结合,细胞外基质结构组成、磷酸酶活动,钙离子绑定,等等(图5 (b))。KEGG分析显示,这些信使rna参与时间,AMPK信号通路,Notch信号通路等。(图5 (c))。
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3.6。METTL3彩色pPDLSCs差异表达,促进pPDLSCs的成骨分化
一个“作家”,METTL3 m6A修改的关键蛋白,据报道,在间充质干细胞分化中扮演角色。评估METTL3表达水平的差异之间的紧张hPDLSCs pPDLSCs,确定执行qPCR METTL3表达水平。结果显示,METTL3表达水平较低的pPLDSCs暴露于短信比hPDLSCs暴露在SMS(图6(一))。进一步评估METTL3所扮演的角色pPDLSC成骨分化,我们调节和表达下调通过慢病毒转染pPDLSCs METTL3表达式。为了防止非目标短发卡RNA(成分)的影响,对METTL3设计三种不同的成分。结果显示,慢病毒成功地监管METTL3 mRNA和蛋白水平。此外,最有效的成分(shRNA-1)选择下调METTL3表达式(数字6 (b),6 (c),6 (d))。成骨的基因(RUNX2、高山和OCN)表达水平是衡量qPCR 7天的成骨诱导后,和茜素红染色进行成骨诱导后21天。METTL3过度增加成骨的基因表达水平和矿化骨基质pPDLSCs的形成。METTL3的差别相比之下,对这些基因的表达减少成骨的基因表达水平和矿化骨基质形成pPDLSCs(数字6 (e),6 (f),6 (g))。综上所述,SMS抑制pPDLSCs成骨分化的表达下调METTL3表达式。低METTL3表达水平诱导通过短信抑制pPDLSCs的成骨分化。
(一)
(b)
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4所示。讨论
进一步确定m6A-mediated mrna的机制和lncRNAs PDLSCs装载进程的多个分型的短信,我们执行一个m6A微阵列分析hPLDSCs和pPDLSCs不堪重负。96年hypermethylated lncRNAs和535年hypermethylated mrna和47 hypomethylated lncRNAs和204 hypomethylated mrna。和KEGG分析表明这些差异甲基化rna与各种生理和病理过程有关。此外,METTL3 m6A系统重要组成部分,据报道,在多种间充质干细胞的分化重组中扮演角色。在这项研究中,METTL3在hPDLSC差异表达,pPDLSCs下短信,和pPDLSCs METTL3促进成骨分化。
M6A修改丰富RNA和信使RNA代谢参与了几乎所有的方面,包括处理,出口从细胞核到细胞质中,翻译,和衰变22,23]。M6A修改也参与的生物起源与稳定lncRNAs [24]。越来越多的研究报道,m6A修改在间充质干细胞分化中扮演的角色通过甲基化lncRNAs和mrna (25- - - - - -27]。M6A-related lncRNAs也被确认为标记预测癌症的发展和预后[28,29日]。因此,分析不同甲基化mrna和lncRNAs可能提供参考识别机制hPDLSCs之间生理上的差异和pPDLSCs不堪重负。
来验证芯片结果的准确性,我们执行meRIP-qPCR检测四个选择lncRNAs m6A丰富。结果与微阵列分析一致。值得注意的是,两种模式通常用于描述m6A修改RNA的程度。“m6A数量”,代表每个RNA m6A甲基化的程度,,另一个是“m6A水平”,代表的甲基化比例记录在所有总记录。在这项研究中,我们基于m6A筛选差异甲基化RNA数量在每个RNA因为先前的研究已经表明,甲基化记录生理和病理过程中发挥了关键作用,与unmethylated成绩单(30.,31日]。此外,实验组的条件可能影响RNA的表达水平14),从而影响m6A水平。因此,该研究发现,143 lncRNAs和739 mrna基于m6A数量有差异甲基化。生物信息学分析显示,这些rna纯度在beta-tubulin绑定,细胞代谢过程,发育过程中,细胞骨架蛋白绑定,脚手架蛋白结合,已报告等,与压力反应和有关发展和代谢的细胞(32,33]。KEGG分析还表明,不同甲基化rna参与途径与炎症反应和成骨分化,包括AMPK信号通路和Notch信号通路34- - - - - -36]。根据这些结果,差异甲基化rna很可能相关的成骨分化和不同的反应hPDLSCs pPDLSCs短信。
M6A修改在细胞体内平衡中扮演着关键角色,但异常M6A修改水平可以影响细胞功能,甚至导致疾病(37]。m6A系统的“作家”,METTL3报道与干细胞功能增加的研究。Mettl3抑制骨髓干细胞(BMSC)脂肪形成的差异化定位JAK1和调节牙髓干细胞分化影响糖酵解(19,38]。在这项研究中,我们发现,总数量和METTL3 m6A pPDLSCs暴露于短信的表达水平相比降低hPDLSCs暴露于短信,可能与成骨分化能力的区别这两种细胞之间。进一步确定的影响METTL3 pPDLSCs, METTL3被慢病毒转染过表达或表达下调。结果显示,超表达pPDLSCs METTL3促进成骨分化,METTL3表达的差别而对这些抑制成骨分化。这个结果是类似的功能METTL3在骨髓间充质干细胞(39]。
总之,我们确定了不同甲基化mrna和lncRNAs m6A微阵列通过去KEGG分析并预测其功能。生物信息学分析表明,筛选rna可能是有关pPDLSC应对短信。然而,m6A修改调控细胞行为的机制通过修改mrna或lncRNAs还有待进一步研究。此外,我们表明,METTL3在hPDSLCs差异表达,pPDLSCs pPDLSCs接受短信和促进成骨分化。这项研究的结果补充证据表明lncRNA和mRNA m6A修改调节PDLSCs的成骨分化,揭示pPDLSCs METTL3的影响,从而为牙周炎患者的矫正治疗提供参考,在某种程度上。
5。结论
在这项研究中,我们分析了不同m6A-modified lncRNA mRNA和披露96年hypermethylated lncRNAs, 535 hypermethylated mRNA, 47 hypomethylated lncRNAs,和204年hypomethylated mRNA。根据生物信息学的分析,提出了这些lncRNAs和mrna hPDLSCs密切相关的功能区别和pPDLSCs 12%以下短信。一些差异甲基化lncRNAs已经被证明是与pPDLSCs的成骨分化有关。此外,METTL3下级表达在pPLDSCs hPDLSCs处理短信,,METTL3提升pPLDSCs的成骨分化。这些结果表明,m6a修改RNA PDLSCs成骨分化中起着重要的作用。进一步的研究应考虑METTL3如何影响成骨分化通过调节m6A-modified lncRNAs和mrna。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者声明没有潜在的利益冲突。
作者的贡献
威孚孙、刘贾和徐张同样贡献了这个工作。
确认
这项工作得到了国家自然科学基金(批准号81701002和81701002)和支持项目的关键人才空军军医大学第三附属医院(批准号2020 ggrc05)。