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Ⅰ型BMP受体BMPR1B介导的BMP信号与WNT信号交叉对话在骨重塑中的作用机理研究

批准号:
81600843
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
17.0 万元
负责人:
史册
依托单位:
学科分类:
口腔颅颌面组织器官缺损修复与再生
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘麒麟、张雪、李道伟、徐晓薇、倪世磊、布文奂、胡月、刘杰

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项目成果

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中文摘要
骨重塑对骨生长发育至关重要。已知BMP信号和WNT信号交叉对话参与了骨重塑,而且Ⅰ型BMP受体BMPR1A和ACVR1介导的BMP信号通过与WNT信号通路相互作用而负性调控骨量。我们前期通过在小鼠体内敲除另一种Ⅰ型BMP受体Bmpr1b基因,发现小鼠体内骨量减少;进一步发现WNT信号通路的抑制基因Sost和Dkk1表达下降,推测BMPR1B介导的BMP信号通过与WNT信号交叉对话正性调控骨量。为此,拟利用所建立的基因敲除小鼠模型,采用影像学、组织形态测量学和分子生物学等方法,研究Bmpr1b基因敲除后对成骨细胞和破骨细胞分化及其相互作用对骨形成与骨吸收的影响;进一步采用细胞生物学、细胞化学和分子生物学等方法,研究Bmpr1b基因敲除后,BMP和WNT信号通路改变同破骨细胞和成骨细胞分化与功能的关系,阐明BMPR1B介导的BMP信号通路在骨重塑中的作用机理,为防治骨吸收破坏性疾病奠定基础。
英文摘要
Bone remodeling is critical to bone development and growth. It is known that BMP-WNT signaling cross-talk participates in bone remodeling. It is also known that BMP signaling mediated by type I BMP receptor, BMPR1A or ACVR1, negatively regulates bone mass through communication with WNT signaling. Our preliminary data showed that deletion of Bmpr1b gene, another BMP type I receptor, decreased bone mass. Further, we found that the expression of WNT signaling inhibitors Sost and Dkk1 was decreased in Bmpr1b knockout mice. We hypothesized that BMP signaling mediated by BMPR1B positively regulates bone mass through communication with WNT signaling. To test this hypothesis, we used the Bmpr1b knockout mouse model, and will study bone formation and bone resorption mediated by osteoblast and osteoclast and their communication using micro-CT, histomorphometry and molecular biology; we will evaluate the differentiation of osteoclast and osteoblast, as well as the molecular changes in BMP signaling and WNT signaling. The objective is to clarify the molecular mechanisms of BMP signaling mediated by BMPR1B in bone remodeling. Our findings will lay the foundation for the prevention and treatment of bone diseases.
针对临床上应用BMP蛋白治疗骨吸收破坏性疾病效果不显著这一科学问题,已知BMP信号和WNT信号交叉对话参与了骨重塑,而且I型BMP受体BMPR1A和ACVR1介导的BMP信号通过与WNT信号通路相互作用而负性调控骨量。本项目旨在探讨另一种I型BMP受体BMPR1B介导的BMP信号对骨重塑的调控作用及其机理。结合前期基础,提出假设:BMPR1B介导的BMP信号通过与WNT信号交叉对话正性调控骨量。为此,利用所建立的基因敲除小鼠模型,采用影像学、组织学和分子生物学等方法,研究Bmpr1b基因敲除后对成骨和破骨细胞分化及其相互作用对骨形成与骨吸收的影响;进一步采用细胞生物学、细胞化学和分子生物学等方法,研究Bmpr1b基因敲除后,BMP和WNT信号改变同破骨和成骨细胞分化与功能的关系。结果发现Bmpr1b基因敲除导致8w雄性小鼠骨量下降,此表型是一过性的,并且是性别特异性的。然而减少的骨量不是由成骨细胞性骨形成和破骨细胞性骨吸收的改变引起的。在体外研究中,Bmpr1b基因敲除的破骨细胞分化增加但是骨吸收功能降低;Bmpr1b基因敲除的颅骨前成骨细胞的分化没有改变,然而却表现出BMP刺激后BMP-SMAD信号的上调;与颅骨前成骨细胞不同的是,Bmpr1b基因敲除的骨髓间充质细胞的分化降低,这可能是引起Bmpr1b基因敲除小鼠骨量下降的原因。BMPR1B对不同细胞的不用作用可能是由于该受体在不同组织细胞中的表达模式引起的。结合以往的研究,我们提出了BMP受体介导的BMP信号在成骨细胞分化过程中的作用模式,说明不同受体在不同阶段所发挥的作用不同。本研究提示了BMPR1B在维持骨量和转导BMP信号中的作用与BMPR1A和ACVR1不同。研究结果为改善骨的健康状态提供新视角;通过调控BMP信号下游分子,提高应用BMP蛋白促骨再生的疗效,对防治骨吸收破坏性疾病具有潜在的实际意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Distinctive role of ACVR1 in dentin formation: requirement for dentin thickness in molars and prevention of osteodentin formation in incisors of mice
ACVR1在牙本质形成中的独特作用:磨牙牙本质厚度的要求和预防小鼠门牙骨牙本质形成
DOI: 10.1007/s10735-018-9806-z
发表时间: 2019
期刊: Journal of Molecular Histology
影响因子: 3.2
作者: [Zhang Xue, Shi Ce, Zhao Huan, Zhou Yijun, Hu Yue, Yan Guangxing, Liu Cangwei, Li Daowei, Hao Xinqing, Mishina Yuji, Liu Qilin, Sun Hongchen]
通讯作者: Sun Hongchen
An injectable and thermosensitive hydrogel: Promoting periodontal regeneration by controlled-release of aspirin and erythropoietin
可注射的热敏水凝胶:通过控制释放阿司匹林和促红细胞生成素促进牙周再生
DOI: 10.1016/j.actbio.2019.01.001
发表时间: 2019-03-01
期刊: ACTA BIOMATERIALIA
影响因子: 9.7
作者: [Xu, Xiaowei, Gu, Zhongyi, Sun, Hongchen]
通讯作者: Sun, Hongchen
New Strategies for the Prevention and Treatment of Bone Loss - From Mechanical Loading Point of View
预防和治疗骨质流失的新策略——从机械负荷的角度来看
DOI: 10.2174/1381612823666171108121350
发表时间: 2017
期刊: Current Pharmaceutical Design
影响因子: 3.1
作者: [Shi Ce, Yang Bai, Sun Hongchen]
通讯作者: Sun Hongchen
Small molecules modified biomimetic gelatin/hydroxyapatite nanofibers constructing an ideal osteogenic microenvironment with significantly enhanced cranial bone formation.
小分子修饰仿生明胶/羟基磷灰石纳米纤维构建理想的成骨微环境,显着增强颅骨形成
DOI: 10.2147/ijn.s174553
发表时间: 2018
期刊: International journal of nanomedicine
影响因子: 8
作者: [Li D, Zhang K, Shi C, Liu L, Yan G, Liu C, Zhou Y, Hu Y, Sun H, Yang B]
通讯作者: Yang B
11
    凋亡骨细胞通过HMGB1调控成骨细胞和破骨细胞糖代谢重编程导致骨质疏松症的机制研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      53万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      史册
    • 依托单位:
    ACVR1—RhoGTP酶信号在成牙本质细胞极化及牙本质矿化中的作用机理研究
    • 批准号:
      81970903
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      55.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      史册
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金