成骨细胞BK通道对整合素信号介导骨代谢的分子调控机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81573478
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3507.代谢性疾病药物药理
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Bone metabolism is a physiological process in which old or damaged bone is removed by osteoclasts, and then replaced by new bone formed by osteoblasts. Nonetheless, the imbalance between bone resorption and bone formation may occur under certain pathological conditions, which leads to abnormal bone remodeling and the development of bone disorders, such as osteoporosis, renal osteodystrophy etc. Although our understanding of bone-remodeling diseases and targeted therapies is rapidly evolving, it remains necessary for the development of even more effective therapies from a better understanding the pathogenesis of bone-remodeling diseases. .Integrin is a family of transmembrane alpha beta heterodimer adhesion molecules that conveys signals to (outside-in signaling) and from (inside-out signaling) the cytosol across the plasma membrane. Recently, several lines of evidence have shown that integrin can be an important target for regulation of bone metabolism, whereas little is known about how to regulate its expression and activity on bone tissues. Our preliminary data showed that large conductance calcium activated potassium (BK) channels were expressed in osteoblast cells and had protein-protein interaction with integrin. Silencing BK channels on osteoblasts led to decrease of integrin expressions. Meanwhile, we found that the expression of BK and integrin were both reduced in metabolic bone disease models. Based on those results, we speculate that BK channel plays a pivotal role in bone metabolism while integrin is the key downstream molecules that participant in the pathophysiological mechanism. In this study, molecular biological and electrophysiological techniques such as patch clamp, FRET, flow cytometry, micro-CT and immunohistochemistry will be performed to investigate the expression profile, electrophysiological and pharmacological property of BK in osteoblasts. The aim of the study: (1) Whether BK channel regulates integrin signaling pathway and the function of osteoblasts; (2) In osteoblast conditional BK knock-out mice, whether the characteristics of bone phenotype and bone metabolism is related to integrin signaling pathway; (3) How BK channel and integrin signaling pathway are altered in osteoporosis animal and its osteoblast precursor--mesenchymal stem cells (MSC), and whether BK gene therapy is able to rescue the MSC function and BK opener is able to benefit bone building in animal model. This study will provide deep insight into understanding the pathogenesis of metabolic bone disease and explore the new therapeutic target.
整合素是调控骨代谢的关键分子,但其作为治疗骨代谢疾病的直接靶标有较大副作用。因此,寻找其上下游信号分子作为治疗疾病的药靶至关重要。我们前期研究发现,大电导钙激活钾通道(BK)参与成骨细胞功能,并对整合素信号通路有调节作用。鉴此我们推测,BK是影响整合素调控骨代谢的上游信号分子,但具体机制尚不明确。本项目拟通过膜片钳、免疫共沉淀、荧光能量共振转移、流式细胞术、micro-CT和免疫组化等方法,从不同角度阐明(1)成骨细胞BK调节整合素受体及其信号通路的分子机制,以及对成骨细胞功能的影响;(2)在成骨细胞BK条件性敲除小鼠模型中,骨表型及骨代谢特点与整合素受体及其信号通路分子之间的联系;(3)在骨代谢异常(骨质疏松)的动物和细胞模型中,BK与整合素受体及其信号通路的关系,并评价BK通道开放剂的治疗作用。本研究丰富了对骨代谢调控机制的认识,为阐明骨代谢疾病的发病机制及探索治疗靶点提供理论依据。

结项摘要

整合素是调控骨代谢的关键分子,但其作为治疗骨代谢疾病的直接靶标有较大副作用如可能增加癌症发生风险。因此,寻找其上下游信号分子作为调控骨代谢的靶标至关重要。BK通道在兴奋性细胞中的作用已有较为广泛且深入的研究,而在非兴奋细胞如骨细胞等中的作用近年来才引起重视。我们前期研究发现BK通道在成骨细胞中的转导途径与骨功能密切相关,但机制尚不清楚。本课题研究BK通道在成骨细胞上的作用及整合素介导的调节机制。我们通过检测15周龄的BK基因敲除(BKO)和成骨细胞条件性敲除小鼠的胫骨和腰椎骨,发现其骨密度和骨小梁体积下降,与骨形成和成骨细胞活性相关的指标异常。上调或下调成骨细胞BK通道对成骨细胞增殖、分化有显著影响。ALP染色、茜素红染色及CCK-8结果显示,BK通道被抑制后成骨细胞分化能力下降,增殖能力下调。Western blot 及免疫荧光结果显示BK上调或下调后,integrin β1也随之变化,免疫共沉淀及免疫荧光共定位证实成骨细胞中BK与integrin β1之间有蛋白相互作用,且相互作用部位在BK通道的α亚基C-末端与整合素β1蛋白;下调成骨细胞中的整合素并不影响BK的表达量,提示我们BK可能位于integrin β1的上游;调节成骨细胞中BK的表达量,integrin β1下游的FAK, ERK的表达量均随之改变,并会影响转录因子RUNX2的表达;ERK通路被抑制后,BK引起的RUNX2的上升也随之消失。此外,骨质疏松模型动物也显示BK蛋白及integrin β1蛋白表达量减少。综上所述,我们发现BK通道对成骨细胞分化及增殖的调节作用是通过整合素介导的,BK通道与整合素受体β 1之间存在蛋白相互作用,当调节BK的活性时,会引起整合素受体下游FAK,ERK的磷酸化,进而影响ERK对成骨转录因子RUNX2的磷酸化,最终对成骨细胞相关分化基因的表达产生影响,并且在骨质疏松病理状态下BK及整合素表达均表现异常。本项目为离子通道蛋白与细胞外基质在成骨细胞调节中的相互作用提供了新的见解,并揭示了一种新的纠正骨形成缺陷的潜在策略,为骨质疏松等疾病的治疗提供潜在靶点。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Large-Conductance Calcium-Activated Potassium Channels in Glomerulus: From Cell Signal Integration to Disease.
肾小球中大电导钙激活钾通道:从细胞信号整合到疾病
  • DOI:
    10.3389/fphys.2016.00248
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Frontiers in physiology
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Tao J;Lan Z;Wang Y;Hei H;Tian L;Pan W;Zhang X;Peng W
  • 通讯作者:
    Peng W
BK ablation attenuates osteoblast bone formation via integrin pathway
BK 消融通过整合素途径减弱成骨细胞骨形成
  • DOI:
    10.1038/s41419-019-1972-8
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Cell Death and Disease
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Yinhang Wang;Qiang Guo;Hongya Hei;Jie Tao;Yi Zhou;Jibin Dong;Hong Xin;Hui Cai;Jianjun Gao;Ker Yu;Svetlana Reilly;Peihao Yin;Xuemei Zhang
  • 通讯作者:
    Xuemei Zhang
BK Knockout by TALEN-Mediated Gene Targeting in Osteoblasts: KCNMA1 Determines the Proliferation and Differentiation of Osteoblasts.
TALEN 介导的成骨细胞基因靶向敲除 BK:KCNMA1 决定成骨细胞的增殖和分化
  • DOI:
    10.14348/molcells.2016.0033
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    Molecules and cells
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Hei H;Gao J;Dong J;Tao J;Tian L;Pan W;Wang H;Zhang X
  • 通讯作者:
    Zhang X

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  • DOI:
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  • 作者:
    王平;张冲;王沙沙;张雪梅
  • 通讯作者:
    张雪梅

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

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前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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