FoxO transcription factors in joint aging and osteoarthritis pathogenesis
FoxO转录因子在关节衰老和骨关节炎发病机制中的作用
基本信息
- 批准号:9916681
- 负责人:
- 金额:$ 54.14万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-05-15 至 2023-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Abnormal CellAffectAgingApoptosisAutophagocytosisCartilageCell AgingCell DeathCellsCessation of lifeChIP-seqChondrocytesData SetDegenerative polyarthritisElementsEquilibriumEventExtracellular Matrix DegradationFOXO1A geneFOXO3A geneFailureFoundationsGatekeepingGenesGrowthHistonesHomeostasisHumanImpairmentIn VitroInjuryJointsKnockout MiceLeadMaintenanceMediator of activation proteinMolecularMusOperative Surgical ProceduresOutcomeOxidantsPathogenesisPathway interactionsPharmacologyPrevention approachProcessProteinsRegulationReportingResearchRisk FactorsRoleSeveritiesSeverity of illnessSignal TransductionSirolimusSurgical ModelsTestingTherapeuticTissuesWorkage relatedagedarthropathiesarticular cartilagebasecartilage degradationextracellularin vitro Modelknock-downmRNA Expressionnovelnovel strategiesoverexpressionpostnatalpreventpromoterprotective effectprotein expressiontranscription factortranscriptome sequencing
项目摘要
ABSTRACT
Osteoarthritis (OA) is the most prevalent joint disease. Although aging represents one of the most important
risk factors for OA, mechanisms leading to the aging-related cartilage degeneration remain to be determined.
We reported that cellular homeostasis mechanisms such as autophagy and oxidant defenses are
compromised in aging and OA-affected cartilage. In our recent studies we investigated FoxO transcription
factors, which regulate expression of autophagy proteins and autophagy activation. FoxO3a in particular is
known as molecular gatekeeper of cellular aging. We observed a reduction in FoxO mRNA and protein
expression in aging and OA-affected cartilage in humans and mice.
These findings support the hypothesis that ‘Aging-related reduction of FoxO expression impairs protective
cellular homeostasis mechanisms, compromises chondrocyte survival and biosynthetic capacity and leads to
accelerated joint aging and initiation of OA pathogenesis’. This hypothesis will be tested in the following aims.
Aim 1: Regulation of FoxO expression and function in chondrocytes. We will examine the extracellular
regulators and mechanisms of FoxO suppression or activation and identify the responsible cis-elements in the
FoxO promoters. Using in vitro models of FoxO knock down and overexpression in normal and OA human
chondrocytes and cartilage explants from FoxO deficient mice we will examine the role of FoxO in regulating
chondrocyte functions.
Aim 2: The FoxO signaling network in cartilage. FoxO target genes are tissue and context specific. We will
establish FoxO target genes in mouse cartilage and human chondrocytes by using RNA-seq, ChIP-seq and
ChIP-seq for histone marks. Integrative analysis of these datasets will identify pathways and signaling
mechanisms that are regulated by FoxO.
Aim 3: Role of FoxO in cartilage homeostasis, aging and experimental OA. Our preliminary studies show
that conditional cartilage specific deletion of FoxO1 leads to abnormal cartilage growth postnatally and
spontaneous OA-like degradation by 6 months. We will generate postnatal triple and single knock out mice
using Acan-CreER and test them for aging related changes and severity of experimental OA.
Aim 4: Protective effects of FoxO overexpression and activation
We will generate mice that overexpress active forms of FoxO1 or FoxO3 in cartilage to balance the OA
associated suppression and determine outcomes with respect to homeostasis mechanisms and OA severity in
the aging and surgical models.
This project will establish that aging-related reduction in FoxO expression is an early and critical event in OA
pathogenesis. This will provide the foundation for therapeutic approaches aimed at modulating FoxO
expression and/or activity to prevent age-related and injury-induced onset and progression of OA.
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抽象的
骨关节炎 (OA) 是最常见的关节疾病,尽管衰老是最重要的关节疾病之一。
骨关节炎的危险因素、导致衰老相关软骨退化的机制仍有待确定。
我们报道了细胞稳态机制,例如自噬和氧化防御
在我们最近的研究中,我们研究了 FoxO 转录。
调节自噬蛋白表达和自噬激活的因子尤其是 FoxO3a。
被称为细胞衰老的分子守门人 我们观察到 FoxO mRNA 和蛋白质的减少。
在人类和小鼠的衰老和 OA 影响的软骨中表达。
这些发现支持这样的假设:“与衰老相关的 FoxO 表达减少会损害保护性功能”。
细胞稳态机制,损害软骨细胞的存活和生物合成能力,并导致
加速关节老化和 OA 发病机制的启动”这一假设将在以下目标中得到检验。
目标 1:软骨细胞中 FoxO 表达和功能的调节我们将检查细胞外。
FoxO 抑制或激活的调节因子和机制,并确定中负责的顺式元件
FoxO 启动子在正常人和 OA 人类中使用 FoxO 敲低和过度表达的体外模型。
来自 FoxO 缺陷小鼠的软骨细胞和软骨外植体,我们将检查 FoxO 在调节中的作用
软骨细胞功能。
目标 2:软骨中的 FoxO 信号网络是组织和环境特异性的。
通过使用RNA-seq、ChIP-seq和在小鼠软骨和人类软骨细胞中建立FoxO靶基因
对组蛋白标记进行 ChIP-seq 的综合分析将确定通路和信号传导。
FoxO 调节的机制。
目标 3:我们的初步研究表明 FoxO 在软骨稳态、衰老和实验性 OA 中的作用。
FoxO1 的条件性软骨特异性缺失会导致出生后软骨生长异常,
6个月时,我们将产生出生后三重和单重敲除小鼠。
使用 Acan-CreER 并测试它们的老化相关变化和实验性 OA 的严重程度。
目标 4:FoxO 过度表达和激活的保护作用
我们将培育出在软骨中过度表达 FoxO1 或 FoxO3 活性形式的小鼠,以平衡 OA
相关抑制并确定体内平衡机制和 OA 严重程度的结果
衰老和手术模型。
该项目将确定与衰老相关的 FoxO 表达减少是 OA 的早期且关键事件
这将为旨在调节 FoxO 的治疗方法奠定基础。
表达和/或活性以预防年龄相关和损伤诱导的 OA 的发作和进展。
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项目成果
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