Wnt10a通过抑制mTOR信号诱导自噬调控骨衰老的机制研究
批准号:
82100976
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
余淼
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:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
余淼
中文摘要
骨衰老是导致骨质疏松、颌骨缺损和牙槽嵴重度吸收等疾病的重要因素,严重危害口腔功能和全身健康。骨衰老的影响因素复杂,mTOR信号调控的自噬可能参与延缓骨衰老的过程。申请人前期发现WNT10A失功能突变患者有早发型骨密度降低和增龄性骨流失的骨早衰表型,成功构建了复制患者骨衰老的Wnt10a敲除小鼠EIIa-Cre;Wnt10afl/fl并进行初步研究,提出科学假设“Wnt10a抑制mTOR,诱导细胞自噬,延缓骨衰老”。本项目拟利用该小鼠模型,观察不同年龄段的骨发育和增龄性骨质骨量变化,明确Wnt10a在骨衰老中的表达模式及延缓骨衰老的作用;利用小鼠模型和WNT10A突变患者颌骨骨髓间充质细胞,以RNA-seq和表型逆转实验,验证Wnt10a-mTOR-自噬在延缓骨衰老中的机制。本项目为阐明骨衰老的分子机制提供新视角,对于精准防控增龄性骨流失,延缓或防止老龄化相关的骨质疏松等疾病具有积极意义。
英文摘要
Bone aging plays an important role in diseases such as osteoporosis, jaw defect and severe alveolar bone resorption, which seriously damages the patients’ oral function and general health. Autophagy regulated by mTOR signaling might act as one of the complex biological processes against body aging. In our preliminary research, we found that patients with WNT10A loss-of-function variants had the phenotype of premature bone aging, including reduced bone density at young age and age-related bone loss. We further created the Wnt10a knockout mouse and observed the bone aging phenotype similar to human patients. Therefore, we hypothesize that Wnt10a slows bone aging by inducing cell autophagy via inhibiting mTOR signaling. In this study, we will employ mouse model to observe bone development and age-related bone quality in different age groups, and then to explore the expression pattern of Wnt10a in bone aging process and its specific role in delaying bone aging. Secondly, we will use mouse model and culture mesenchymal cells of jaw bone marrow from the patient with Wnt10A mutation. RNA-seq and rescue experiment will then be employed to verify the mechanism of Wnt10a-mTOR-autophagy axis in delaying bone aging. This study findings will provide new perspectives to help us understand the molecular mechanism of bone aging, which is of great significance to precisely control age-related bone loss and prevent health problems in aging population such as osteoporosis.
研究背景:携带WNT10A失功能突变的成年患者出现骨质疏松和骨早衰症状,提示WNT10A基因对骨稳态维持有关键调控作用,但其具体机制尚不明确。本研究旨在探究WNT10A失功能突变对颌骨间充质干细胞稳态的影响,并通过小鼠模型揭示Wnt10a在骨稳态中的分子机制。研究内容:我们通过对一例发现的WNT10A失功能突变家系进行全外显子组测序(WES),分析该突变的遗传特征,推测该突变对WNT10A蛋白的结构影响。通过评估该WNT10A突变患者的颌骨骨髓间充质干细胞(ABMSCs)的增殖与成骨分化能力,研究突变体对其功能的影响。其次,通过RNAscope和qRT-PCR检测Wnt10a在长骨发育关键阶段的动态表达,构建成骨细胞特异性敲除Wnt10a的Sp7-Cre;Wnt10afl/fl小鼠以及破骨细胞特异性敲除Wnt10a的Ctsk-Cre;Wnt10afl/fl小鼠,分析其骨骼发育状态。通过Micro-CT、钙黄绿素双标实验等,评估长骨微结构与矿化沉积速率变化,分析Wnt10a缺失对骨组织衰老、成骨功能和线粒体功能的影响。重要结果及科学意义:在WNT10A突变的研究中,我们发现患者及其父亲携带WNT10A杂合错义突变(c.353 A>G),并且患者出现颌骨骨质疏松的早衰表型。通过评估ABMSCs的增殖与成骨分化能力,发现WNT10A突变体显著降低了其增殖与成骨分化能力,表明WNT10A在骨形成中起着重要作用。在小鼠模型的研究中,我们发现Wnt10a在小鼠股骨骨髓腔中的表达随年龄变化呈动态变化。构建的Sp7-Cre;Wnt10afl/fl小鼠显示,成骨细胞特异性敲除Wnt10a会导致骨质疏松和早衰表型。Micro-CT、ALP染色、茜素红染色及qRT-PCR等分析表明,成骨细胞特异性敲除Wnt10a会导致长骨骨质疏松、衰老表型和成骨能力降低。同时,线粒体功能检测揭示,Wnt10a缺失破坏了成骨细胞线粒体的动力学平衡。此外,Ctsk-Cre;Wnt10afl/fl小鼠模型未出现骨早衰表型,表明Wnt10a主要通过调控成骨细胞中的线粒体动态平衡来维持骨骼稳态。结论:本研究表明,WNT10A突变与颌骨骨质疏松的早衰表型相关,且Wnt10a通过调节成骨细胞中的线粒体动态平衡对骨稳态具有重要作用。这为进一步研究Wnt10a在骨形成与骨质疏松中的分子机制提供了新的思路。
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