骨细胞来源的力学敏感lncRNA在骨髓间充质干细胞分化中的作用及机理研究
批准号:
82100943
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:
伏学坤
依托单位:
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:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
伏学坤
中文摘要
摘要:机械应力刺激是影响骨组织生长和重建的重要调控因素,骨细胞作为骨组织中的核心力学感受器,可以将力学负荷转换为生物信号来调节成骨细胞和破骨细胞参与骨重建。然而关于应力刺激后骨细胞如何调控骨髓间充质干细胞(BMSCs)分化以及长链非编码RNA(lncRNA)在其中的作用还有待研究。本项目将利用细胞流体剪切力和小鼠活体力学负荷模型探究骨细胞在应力作用下对BMSCs分化的影响,分析力学敏感lncRNA的差异表达,构建lncRNA骨细胞特异性敲除小鼠。通过综合运用loss of function和gain of function细胞生物学和分子生物学手段,在体内和体外研究应力刺激下骨细胞来源的lncRNA调控BMSCs分化的分子机制并分析其对骨骼生物力学以及骨稳态的影响。本研究揭示了骨细胞调控骨重建的新作用方式,为骨细胞生物力学的研究提供新的视角,具有重要的科学创新意义。
英文摘要
The mechanical force applied on bone tissue regulates both bone growth and bone remodeling. As a core mechanoreceptor in bone tissue, osteocytes can translate mechanical forces into biological signals to orchestrate the participation of osteoblasts and osteoclasts in bone remodeling. However, the way of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) differentiation governed by osteocytes under mechanical force and the role of long non-coding RNA (lncRNA) are still in need of research. The current proposal will explore the impact of osteocytes under mechanical loading on BMSCs differentiation by using fluid shear stress and the in vivo mouse force loading model, analyze the differential expression of mechano-sensitive lncRNA and generate osteocyte conditional lncRNA knockout mice. It will endeavor to discover the underlying mechanisms of osteocyte-derived lncRNA regulating BMSCs differentiation after mechanical stimulation and affecting bone mechanobiology and homeostasis by virtue of the gain- and loss-of-function. In addition, the proposal provides insight into the regulation mechanism of bone remodeling by osteocytes from a new perspective and significantly contributes to study in osteocyte mechanobiology.
机械应力是调节骨组织生长与重建的关键因素。沃夫定律指出,骨骼在生长过程中可通过改变微观结构来快速适应外部力学变化。骨细胞作为骨组织内丰度最高的细胞,也是机械应力的核心感受细胞,能够通过调控成骨细胞和破骨细胞的活动与功能,影响骨组织的形成和吸收,进而引起骨组织形态的改变。然而,目前对于骨细胞在应力作用下如何调控骨髓间充质干细胞,尚缺乏充分的理论和实验依据。在本项目中,我们发现骨细胞在受到流体力刺激后可以促进骨髓间充质干细胞的成骨分化并抑制成脂分化。通过长链非编码RNA测序分析,发现LncRNA Gm16046在受流体力刺激的骨细胞中显著上调。在C57BL/6小鼠胫骨的体内力学加载实验中,我们观察到力学加载可增加骨小梁数量并使皮质骨增厚,原位杂交实验进一步证实,Gm16046在加载后的骨细胞中表达水平显著提高。此外,跑台锻炼的小鼠表现出骨量显著增加,骨细胞中Gm16046表达水平的提升与力学加载模型结果一致。进一步的体外实验中,我们构建了Gm16046稳定敲除的骨细胞株,发现Gm16046的缺失会降低骨细胞对流体剪切力的敏感性,削弱其对骨髓间充质干细胞成骨分化的调控能力。通过RNA pull-down结合质谱分析,揭示了Gm16046与波形蛋白Vimentin之间的相互作用,并发现Gm16046通过结合Vimentin促进骨髓间充质干细胞的迁移和成骨分化。此外,在骨细胞特异性敲除Gm16046的小鼠模型中,骨量明显减少,对力学加载和跑台训练的响应能力显著下降。这些研究结果表明,骨细胞在应力作用下通过LncRNA Gm16046促进骨髓间充质干细胞的成骨分化,加速骨的形成。该研究为理解骨细胞在骨重建中的作用提供了新的视角,并为骨细胞生物力学研究开辟了新的研究方向。
核纤层蛋白Lamin B1对BMSCs成骨和成脂分化平衡的调控及其在骨质疏松发病机制中的作用
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2023
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负责人:伏学坤
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依托单位:
国内基金
海外基金