Vesicle Trafficking and Osteoblast Function
囊泡运输和成骨细胞功能
基本信息
- 批准号:10709486
- 负责人:
- 金额:$ 17.12万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-09-23 至 2024-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AccelerationAdultAffectAgeBiological AssayBiologyCRISPR/Cas technologyCellsCollagenCollagen Type IDataFibroblastsFractureFutureGene DeletionGene ExpressionGene MutationGenesGolgi ApparatusGreen Fluorescent ProteinsHumanHydroxylationImpairmentKnockout MiceMeasuresMethodsModificationMonitorMusNoduleOntologyOsteoblastsOsteogenesisOsteoporosisPharmaceutical PreparationsPluripotent Stem CellsPost-Translational Protein ProcessingProductionProtocols documentationQualifyingRattusReporterRoleSmall Interfering RNASourceTechniquesVesicleWomanboneconditional knockoutdirected differentiationembryonic stem cellendoplasmic reticulum stressgene transplantation for gene therapyin vitro Assayin vivoinnovationinsightinterestknock-downmenmineralizationnew therapeutic targetnovelosteoblast differentiationpromoterskeletal disordersmall hairpin RNAsubcutaneoustherapeutic targettraffickingtranscriptome sequencing
项目摘要
Project Summary
Osteoporosis is a disease of skeletal fragility that causes fractures in 50% of women and 25% of men over age
50. The most commonly prescribed anti-resorptive osteoporosis medications cannot cure osteoporosis, while
currently available bone-building anabolic osteoporosis medications are limited by waning efficacy. There is still
a great unmet need for safe and sustained approaches to increasing bone formation. We have shown
that 2.3-kb rat type I collagen promoter-driven green fluorescent protein (Col2.3GFP) is highly expressed in
mature osteoblasts. We isolated Col2.3GFP(hi) osteoblasts from bones, cultured bone chips, and directed
differentiation of embryonic stem cells, and by RNA-sequencing identified 593 genes that are enriched in mature
osteoblasts. Gene ontology (GO) analysis identified ER-to-Golgi vesicle trafficking as the most highly enriched
GO term. Our preliminary data reveal that transient knockdown in MC3T3 osteoblasts of several vesicle
trafficking genes results in increased mineralized nodule formation and accelerated osteoblast marker
expression. Our central hypothesis is that disruption of vesicle trafficking impairs bone formation due to
collagen overmodification and hypermineralization. We will leverage several innovative methods: direct
reprogramming of fibroblasts to derive induced osteoblasts, CRISPR/Cas9 gene editing to delete vesicle
trafficking genes in induced osteoblasts, Col2.3GFP as a cell-autonomous osteoblast reporter, and
subcutaneous transplantation of gene-edited osteoblasts to assess in vivo bone formation. We screened vesicle
trafficking genes with transient siRNA knockdown, and selected 9 genes (Preb, Stx5a, Rab2a, Gosr2, Bet1,
Ramp1, Arf4, Cog6, Pacs1) whose knockdown increased mineralized nodule formation, osteoblast marker
expression, and ER stress. In Aim 1 we will determine whether disruption of vesicle trafficking increases
mineralization due to collagen overmodification. We will perform permanent knockdown by CRISPR/Cas9 gene
editing of each gene in mouse and human induced osteoblasts with the Col2.3GFP osteoblast reporter and
assess osteoblast marker expression and mineralized nodule formation. We will measure collagen production
and post-translational modification by prolyl hydroxylation, and determine whether inhibition of collagen
overmodification can restore osteoblast function. In Aim 2 we will determine whether disruption of vesicle
trafficking impairs bone formation in vivo. We will examine bone formation in vivo by subcutaneous
transplantation of gene-edited mouse and human iOBs. We will determine whether inhibition of collagen
overmodification restores bone formation in vivo. Successful completion of these aims will identify novel genes
involved in osteogenesis as potential therapeutic targets for the treatment of osteoporosis, and will provide
mechanistic insights into the role of vesicle trafficking machinery in osteoblast function.
项目摘要
骨质疏松症是一种骨骼脆弱性的疾病,会导致50%的女性和25%以上的男性骨折
50。最常见的抗敏感性骨质疏松症药物无法治愈骨质疏松症,而
当前可用的骨建造合成代谢骨质疏松药物受到降低功效的限制。还有
对安全和持续的骨骼形成方法的巨大需求。我们已经显示了
2.3-kb大鼠I型胶原蛋白启动子驱动的绿色荧光蛋白(Col2.3GFP)在
成熟的成骨细胞。我们从骨骼,培养的骨芯片中分离了Col2.3GFP(HI)成骨细胞,并定向
胚胎干细胞的分化,并通过RNA测序鉴定出593个基因,这些基因富含成熟
成骨细胞。基因本体论(GO)分析确定ER到高尔基囊泡运输是最高度富集的
去学期。我们的初步数据表明,几个囊泡的MC3T3成骨细胞中的瞬时敲低
运输基因导致矿化结节形成增加并加速成骨细胞标记
表达。我们的中心假设是,囊泡运输的破坏会损害由于
胶原蛋白过度修饰和高矿化。我们将利用几种创新方法:直接
重编程成纤维细胞以得出诱导的成骨细胞,CRISPR/CAS9基因编辑以删除囊泡
诱导成骨细胞中的运输基因,Col2.3GFP作为细胞自治成骨细胞记者和
基因编辑的成骨细胞的皮下移植以评估体内骨形成。我们筛选了囊泡
具有瞬时siRNA敲低的运输基因,并选择了9个基因(PERB,STX5A,RAB2A,GOSR2,BET1,
RAMP1,ARF4,COG6,PACS1)的敲低矿化结节形成,成骨细胞标记
表达和ER应力。在AIM 1中,我们将确定囊泡运输的破坏是否增加
由于胶原蛋白过度变化而引起的矿化。我们将通过CRISPR/CAS9基因执行永久敲低
用COL2.3GFP成骨细胞记者的小鼠和人类诱导的成骨细胞编辑每个基因的编辑
评估成骨细胞标记表达和矿化结节形成。我们将测量胶原蛋白生产
和通过羟基化羟基化的翻译后修饰,并确定是否抑制胶原蛋白
过度修饰可以恢复成骨细胞功能。在AIM 2中,我们将确定囊泡的破坏
贩运会损害体内骨形成。我们将通过皮下检查体内骨形成
基因编辑的小鼠和人IOB的移植。我们将确定是否抑制胶原蛋白
过度修饰可在体内恢复骨形成。这些目标的成功完成将确定新的基因
参与骨生成,作为治疗骨质疏松症的潜在治疗靶标,将提供
囊泡运输机制在成骨细胞功能中的作用的机械洞察力。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The role of vesicle trafficking genes in osteoblast differentiation and function.
- DOI:10.1038/s41598-023-43116-8
- 发表时间:2023-09-26
- 期刊:
- 影响因子:4.6
- 作者:Zhu, Hui;Su, Yingying;Wang, Jamie;Wu, Joy Y.
- 通讯作者:Wu, Joy Y.
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