Foxq1通过调控牙乳头细胞极性分化影响牙本质发育的机制研究

Polarized differentiation of dental papilla cell is a key event in odontoblast differentiation. Polarization of odontoblast is also crucial for its proper function, which is important for dental pulp repairing. The key regulator for polarized differentiation of dental papilla cell, however, is still unclear. Result of our previous studies shown an increased expression of Foxq1 in odontoblast cell, while inhibition of Foxq1 could disrupt polarity in odontoblast layer and lead to abnormal development. We also found that wnt5a, a key factor in planar cell polarization pathway could salvage the influence on tooth germ caused by inhibition of Foxq1. The current study aim to achieve the following goals: firstly, establish cell polarization model and study Foxq1's effect on polarized differentiation of dental papilla cell; secondly, establish dental papilla cells with manipulated expression level of Foxq1 or Wnt5a, explore the relation between Foxq1 and Wnt5a with ChIP and dual luciferase assays, clarified the molecular pathway in which Foxq1 regulate polarized differentiation of dental papilla cell via regulating Wnt5a expression. Starting from Foxq1's involvement in dental papilla cell polarization, its influence on dentinogenesis and the underlying mechanisms will be studied, providing novel target for further study in dental pulp repairing.

牙乳头细胞极性分化是其向成牙本质细胞转变的标志之一，也是成牙本质细胞发挥功能的最终状态，对牙髓损伤修复具有关键意义。然而，决定牙乳头细胞极性分化的关键基因尚不明确。课题组前期研究发现：Foxq1在成牙本质细胞中高表达；干扰Foxq1后牙乳头发育形成的成牙本质细胞层极性紊乱，牙本质发育异常；平面细胞极性通路蛋白Wnt5a可挽救Foxq1干扰后对牙胚的影响。本课题拟采用极性研究模型，明确Foxq1对牙乳头细胞极性分化的作用；构建Foxq/Wnt5a突变细胞株，利用免疫共沉淀和双荧光素酶实验剖析Foxq1对Wnt5a的相互作用方式及结合位点，探索Foxq1通过Wnt5a通路影响牙乳头细胞极性分化的分子机制及通路。本研究将以极性分化这一形态学角度为切入点，揭示Foxq1对牙本质发育的影响，阐明其对牙乳头细胞极性分化为成牙本质细胞的调控机制，为牙髓的损伤修复提供新的研究靶点。

本研究主要目标是阐明Foxq1通过促进牙乳头细胞极性分化影响牙本质发育进程，明确Foxq1调控牙乳头细胞极性分化的内在联系与机制。在前期研究中，我们已经通过研究表明Foxq1可以促进牙乳头极性分化为牙本质细胞。为进一步探讨其调控极性分化和牙本质发育的机制，我们首先分离培养了牙齿发育早期的牙乳头细胞，构建了Foxq1过表达/干扰牙乳头细胞株以供后续实验使用，同时通过在体式显微镜下分离小鼠E16d钟状期牙胚的上皮和间充质（牙乳头），破坏上皮和间充质间已经形成的基底膜，同时也扰乱了原有的细胞极性状态，让细胞极性回归到帽状期时的牙胚状态，借此构建牙乳头极性分化研究模型。利用极性分化研究模型，我们比较了E14.5老鼠胚胎牙囊（包括牙间充质与牙上皮）和牙间充质细胞外培养液中的蛋白表达水平，结果提示在移除了牙上皮以后，牙间充质的骨保护蛋白（OPG）显著上调，为了了解这一现象的生理意义，开展了进一步研究。利用免疫组化染色研究OPG在牙胚的各个发育时间点上，各区域的表达情况，同时利用体内和体外实验研究了OPG分子对于牙胚发育的影响。相关研究已撰写成文，发表于Molecular Medicine Reports杂志。通过组织学中与分子生物学等层面的研究发现FOXQ1与间充质干细胞的成骨向分化存在正向相关，并进一步通过调整FOXQ1的表达水平验证了其对间充质干细胞成骨向分化具有调节作用。通过进一步的研究发现FOXQ1可影响Wnt/Beta-catenin信号通路活性，并且通过Co-ip/LC-MS以及生物信息学手段发现这一过程是借由与ANXA2的结合所介导的。相关研究已发表于Stem Cell Research & Therapy杂志。

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