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BMP与mTOR信号间对话影响成骨分化的机制研究

批准号:
32070774
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
崔忠凯
依托单位:
学科分类:
细胞信号转导
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
崔忠凯

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
骨再生是一个复杂且精细的生理过程。成骨分化过程中细胞信号间的对话(crosstalk)机制是骨细胞生物学领域内重要的基础科学问题。文献报道mTOR信号通路促进成骨分化的研究结果存在较大争议,同时关于BMP和mTOR信号通路间对话的机制尚未阐明。本课题组前期研究发现,在成骨细胞中,早期mTORC1的激活有利于成骨细胞增殖以及成熟,然而在分化后期则抑制骨重塑。由此我们提出科学假设:mTOR信号通路对成骨分化的影响依赖于严格的时序动态调控机制;BMP和mTOR信号通路间对话可协同促进骨再生。本项目拟通过对成骨分化细胞谱系决定过程中涉及的脂肪间充质干细胞、成骨前体细胞以及成骨细胞的系统研究,明确mTORC1活性时序动态调控的机制;深入探究BMP和mTOR信号间对话的分子机制,明确关键节点分子。研究结果可望为BMP2联合小分子药物促进骨再生的临床应用提供理论依据,为临床骨缺损治疗提供新的思路。
英文摘要
Bone regeneration is a complex and delicate physiological process. The mechanism of signaling crosstalk during osteogenic differentiation is an important basic scientific issue in the field of bone cell biology. In the literature, researchers are debating the results of the mTOR signaling pathway promoting osteogenic differentiation, and the mechanism of the crosstalk between BMP and mTOR signaling pathways remains unclarified. Our previous study found that in osteoblasts, the activation of mTORC1 in the early stage is beneficial to their proliferation and maturation, while in the late stage of differentiation, it inhibits bone remodeling. Therefore, we propose a scientific hypothesis: the effect of the mTOR signaling pathway on osteogenic differentiation depends strictly on a temporally dynamic regulation mechanism, and the crosstalk between BMP and mTOR signaling pathways can synergistically promote bone regeneration. In this project, we aim to study the adipose-derived mesenchymal stem cells, preosteoblasts and osteoblasts involved in the process of osteoblastic lineage, to unravel the mechanism of temporally dynamic regulation of mTORC1 activity; to further explore the molecular mechanism of the crosstalk between BMP and mTOR signaling pathways, and to identify the key molecules. The results are expected to provide a theoretical basis for the clinical application of BMP2 combined with small molecular drugs to promote bone regeneration and provide new treatment strategy for clinical bone defects.
骨不连和骨缺损的治疗一直是临床面临的重大挑战。骨再生是一个复杂且精细的生理过程,涉及骨折愈合和生理性骨重塑。细胞信号转导通路的交叉与互作形成了一个高度复杂的信号网络,精确调控机体的生命活动。在骨再生修复中,细胞信号通路间的相互作用机制及其调控网络是国内外研究的前沿和难点。尽管已有研究探讨了mTOR信号通路在骨再生中的作用,但其对成骨分化的影响存在较大争议,尤其是BMP和mTOR信号通路间对话的机制仍未明确。.本研究通过成骨分化细胞谱系中三种细胞模型——脂肪间充质干细胞(ADSCs)、成骨前体细胞(MC3T3-E1)和原代成骨细胞(Obs),深入揭示了成骨分化进程中mTORC1活性的动态变化规律,阐明了BMP与mTOR信号通路间的对话及关键节点分子。研究证实,通过联合BMP2蛋白与缓释递送小分子药物雷帕霉素(Rapamycin)进行序贯给药的新策略,能够显著加速骨再生修复。具体而言,mTORC1活性在成骨分化进程中表现出先抑制后激活的特征,因此在成骨分化的不同阶段,通过Rapamycin精确调控mTORC1的活性,能够加速成骨分化进程。.在成骨分化的早中期,部分抑制mTORC1活性有助于持续激活BMP信号通路,进而增强成骨效果。通过转录组测序分析,我们发现纤维调节蛋白Fmod在Rapamycin促成骨分化进程中呈现低表达,且FMOD能与BMP2形成复合物,抑制BMP/Smad信号的激活。Rescue实验进一步验证了FMOD敲低细胞株中,Rapamycin的促成骨效果显著减弱,表明FMOD在BMP与mTOR信号间的对话中发挥着关键作用。.本研究创新性地设计了BMP2蛋白与缓释递送Rapamycin的序贯给药系统,通过精准调控BMP和mTOR信号通路间的crosstalk,显著加速了体内骨再生。研究成果为BMP与mTOR信号间对话的调控机制提供了新的理论基础,并为临床骨缺损的治疗提供了新的治疗策略,具有优异的科学价值和临床转化潜力。
自治疗型甾醇脂质体的研发、应用及其促进骨再生修复机制的研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    15.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    崔忠凯
  • 依托单位:
α-酮戊二酸通过上调Sox9促进IL1-RN表达延缓骨关节炎的作用及机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    崔忠凯
  • 依托单位:
新型固有抗菌和骨诱导性能的非磷脂脂质体的设计、表征及其应用
  • 批准号:
    31800840
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    崔忠凯
  • 依托单位:
国内基金
海外基金