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PLS3基因通过骨基质蛋白代谢通路调控骨质疏松症的新机制及治疗新靶点的研究

批准号:
82070908
项目类别:
面上项目
资助金额:
53.0 万元
负责人:
李梅
学科分类:
骨转换、骨代谢异常及钙磷代谢异常
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李梅

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
随着我国老龄化进程加剧,骨质疏松症患病率急剧攀升,严重威胁人群健康。骨质疏松症受遗传和环境因素的复杂调控,但遗传调控机制尚未明。本课题组前期研究发现调控骨基质蛋白合成的重要基因PLS3突变可致母系遗传性骨质疏松症,我们得出科学假设:PLS3表达量下降,将导致重要骨基质蛋白Ⅰ型胶原的合成代谢缺陷,引起骨密度降低、骨折风险增加,这可能是骨质疏松症的重要发病机制。本课题将采用CRISPR/Cas9基因编辑技术,构建PLS3大片段缺失的新型骨质疏松大鼠模型,从分子、细胞、组织多层面深入研究PLS3突变对Ⅰ型胶原代谢及调控通路、骨转换、骨密度、骨微结构、骨生物力学性能的影响,并采用转染PLS3高表达质粒的骨髓间充质干细胞进行移植,探索分子靶向治疗对骨质疏松症的有效性。本研究对于揭示骨质疏松症的遗传调控新机制,探索新型干细胞靶向治疗的应用前景,具有重要意义。
英文摘要
With the progressive aging of Chinese population, the prevalence of osteoporosis is rapidly increasing, which has become a serious threat to people's health. Osteoporosis is complicatedly regulated by genetic and environmental factors, however, the genetic mechanism is unclear. In research of our group, we found that the mutation of PLS3, an important gene regulating the synthesis of bone matrix protein, could lead to maternal hereditary osteoporosis. We conclude a scientific hypothesis that the decrease of PLS3 expression would lead to the synthesis and metabolism defect of type I collagen, an important bone matrix protein, and lead to the decrease of bone mineral density and the increase of bone fracture risk, which could be the main mechanism of osteoporosis. To confirm this hypothesis, we will generate a novel rat model of osteoporosis with a large fragment deletion in PLS3 through CRISPR/Cas9 gene editing technology. The effects of PLS3 mutation on type I collagen metabolism and its signaling pathways, bone remodeling, bone mineral density, bone microstructure and bone biomechanical properties will be studied from the molecular, cellular and tissue levels. Then, bone marrow mesenchymal stem cells transfected with PLS3 high expression plasmid will be used for transplantation to the PLS3 knock-out rats, to explore the effectiveness of molecular targeted therapy in osteoporosis. This study is of great significance for revealing the new genetic mechanism of osteoporosis and exploring the application prospect of novel stem cell targeted therapy.
随着社会老龄化,我国骨质疏松症患病率快速攀升,目前患病人数高居世界首位。骨质疏松症是骨强度下降和骨折风险增加为特征的全身性骨骼疾病,严重威胁人群健康。骨质疏松症是受遗传和环境因素调控的复杂疾病,其遗传调控机制尚未明。本课题组前期研究发现调控骨基质蛋白合成的重要基因PLS3突变可致母系遗传的早发性骨质疏松症,PLS3是骨质疏松症的重要候选基因。深入研究PLS3基因功能,对于阐明骨质疏松症的遗传调控新机制、寻找治疗新靶点具有重要意义。本课题锚定科学问题:PLS3表达下降是否影响骨基质蛋白代谢,导致骨折风险增加?PLS3调控骨代谢的关键靶点和信号通路是什么?PLS3高表达的干细胞移植能否改善骨质疏松表型?我们采用CRISPR/Cas9基因编辑技术,自主构建了全新PLS3基因大片段敲除大鼠模型,成功构建骨骼微结构受损、骨强度下降的骨质疏松表型。予以阿仑膦酸钠或特立帕肽治疗,显著改善突变鼠骨微结构和骨强度。蛋白组学研究显示,PLS3突变大鼠骨骼蛋白富集于细胞迁移等生物学过程和氨基酸代谢通路,抗骨质疏松药物治疗后异常的氨基酸代谢通路得到改善。干细胞移植实验表明过表达PLS3干细胞治疗效果欠佳,但正常干细胞治疗可部分纠正骨骼表型。同时,本组聚焦于骨质疏松性骨折的天然疾病模型——成骨不全症,扩展研究:绘制中国特色成骨不全症表型谱、基因谱;锚定I型胶原代谢通路重要的基因探索机制。课题组同时关拓展完成了多种其他遗传性骨病与罕见骨病的基因型、表型及致病机制研究。本课题临床与基础研究相结合,从多角度揭示了骨质疏松症的复杂遗传调控机制,有助于骨质疏松的早期预警和防治关口前移,并为建立骨质疏松症的治疗新靶点提供帮助。课题发表SCI论文13篇,其中Q1区论文9篇,制定疾病诊疗指南1部,获授权发明专利1项,获得省部级奖励1项,培养青年研究人才11人,圆满完成研究任务。
从SERPINH1-Wnt/β-连环素通路探索骨质疏松性骨折高风险的遗传调控新机制及核酸适配子靶向治疗新策略
从重要的骨基质蛋白代谢通路探索原发性骨质疏松症早期诊治的新靶点
成骨不全症新型二代捕获测序平台的建立及准确校正致病基因突变的分子靶向治疗探索
骨质疏松症候选基因与药物疗效的相关性及其分子机制研究
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