Transcriptional activation of glucose transporter 1 in orthodontic tooth movement-associated mechanical response.
Transcriptional activation of glucose transporter 1 in orthodontic tooth movement-associated mechanical response.
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正畸牙齿移动相关机械反应中葡萄糖转运蛋白1的转录激活
DOI：
10.1038/s41368-018-0029-7
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发表时间：
2018-08-15
影响因子：
14.9
通讯作者：
Zhou Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang Y;Li Q;Liu F;Jin S;Zhang Y;Zhang T;Zhu Y;Zhou Y
机械响应与广泛的基本生物学过程（如细胞周期进程、生长和分化）之间的相互作用已得到广泛研究。然而，力学生物学中的代谢调控在很大程度上仍未被探索。在此，我们确定葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）——各种细胞中主要的葡萄糖转运蛋白——是正畸牙齿移动（OTM）中的一种新型机械敏感基因。利用体内大鼠正畸牙齿移动模型，我们证明了在受到物理应变的牙周膜受压侧Glut1蛋白的特异性诱导。这种转录激活在体外培养的人牙周膜细胞（PDLCs）中可以重现，呈现出时间和剂量依赖性的机械响应。重要的是，应用GLUT1特异性抑制剂WZB117在小鼠正畸牙齿移动模型中极大地抑制了正畸牙齿移动的效率，并且这种降低与破骨细胞活性的下降有关。一项机制研究表明，GLUT1抑制通过损害压力介导的RANKL上调影响核因子 - κB受体激活剂配体（RANKL）/骨保护素（OPG）系统。一致地，用WZB117预处理PDLCs严重阻碍了共培养的RAW264.7细胞的破骨细胞分化。进一步的生化分析表明GLUT1和MEK/ERK级联之间存在相互调节，以传递葡萄糖摄取和机械应激反应之间的潜在联系。总之，这些跨物种实验揭示了GLUT1的转录激活是代谢和骨重塑之间一种新颖且保守的联系。
中国的研究人员称，一种葡萄糖转运蛋白是帮助牙齿对正畸植入物作出反应的关键。植入物对牙齿和将牙齿固定在适当位置的牙周膜（PDL）施加力，导致一侧骨生长，另一侧骨被身体吸收。北京北京大学的周彦恒及其同事表明，在受到机械力的大鼠、小鼠和人PDL细胞中，一种通过细胞膜转运葡萄糖的蛋白质GLUT1大幅上调。他们还向一些小鼠注射了GLUT1抑制剂，发现这种处理极大地减少了牙齿移动的距离。这可归因于当GLUT1被抑制时，分解骨组织的细胞活性下降以及信号通道失效。
The interplay between mechanoresponses and a broad range of fundamental biological processes, such as cell cycle progression, growth and differentiation, has been extensively investigated. However, metabolic regulation in mechanobiology remains largely unexplored. Here, we identified glucose transporter 1 (GLUT1)—the primary glucose transporter in various cells—as a novel mechanosensitive gene in orthodontic tooth movement (OTM). Using an in vivo rat OTM model, we demonstrated the specific induction of Glut1 proteins on the compressive side of a physically strained periodontal ligament. This transcriptional activation could be recapitulated in in vitro cultured human periodontal ligament cells (PDLCs), showing a time- and dose-dependent mechanoresponse. Importantly, application of GLUT1 specific inhibitor WZB117 greatly suppressed the efficiency of orthodontic tooth movement in a mouse OTM model, and this reduction was associated with a decline in osteoclastic activities. A mechanistic study suggested that GLUT1 inhibition affected the receptor activator for nuclear factor-κ B Ligand (RANKL)/osteoprotegerin (OPG) system by impairing compressive force-mediated RANKL upregulation. Consistently, pretreatment of PDLCs with WZB117 severely impeded the osteoclastic differentiation of co-cultured RAW264.7 cells. Further biochemical analysis indicated mutual regulation between GLUT1 and the MEK/ERK cascade to relay potential communication between glucose uptake and mechanical stress response. Together, these cross-species experiments revealed the transcriptional activation of GLUT1 as a novel and conserved linkage between metabolism and bone remodelling.
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