利用基因敲除小鼠研究NRAGE在骨代謝穩態中的功能

《利用基因敲除小鼠研究NRAGE在骨代謝穩態中的功能》是依託南京師範大學，由劉梅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：利用基因敲除小鼠研究NRAGE在骨代謝穩態中的功能
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉梅
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

骨代謝紊亂會導致以骨質疏鬆為代表的多種骨代謝疾病的產生。骨發育相關分子，尤其是影響成體骨量的分子因其易成為治療靶標而備受關注。基於基因敲除小鼠模型，我們前期研究發現，NRAGE基因敲除對胚胎期骨骼發育沒有影響，但是成體小鼠骨量明顯下降，骨超微結構發生退行性改變，體外破骨細胞的分化能力明顯增強。這些重要結果提示：NRAGE可能是一個新的成體骨代謝穩態的調控分子。本項目以基因敲除小鼠為模型，擬通過激素水平和鈣磷沉積的檢測、成骨細胞和破骨細胞功能的分析、骨代謝相關信號通路的探討，從動物整體、細胞和分子水平較為系統地揭示NRAGE在骨代謝調控和骨穩態維持中的生理功能，初步探討該基因在骨質疏鬆中的作用，希冀能夠為以骨質疏鬆為代表的骨代謝疾病的防治提供新思路。

結題摘要

骨代謝紊亂會導致以骨質疏鬆為代表的多種骨代謝疾病的產生。骨發育/代謝相關分子，尤其是影響成體骨量的分子因其易成為治療靶標而備受關注。因骨發育/代謝相關基因在人類和小鼠中極為保守，所以遺傳工程小鼠可作為研究骨代謝機制的理想模型。本項目正是基於基因敲除小鼠，發現了一個新的骨代謝穩態調控基因—NRAGE (neurotrophin receptor–interacting MAGE homolog)。做為細胞內重要的接頭分子，NRAGE已被證明可通過與不同蛋白的結合而參與調控機體多種生理病理過程，但該基因與骨代謝的關係尚未有任何報導。本項目中，我們發現NRAGE基因對胚胎期骨骼發育並沒有影響，但可顯著影響成體骨代謝穩態的維持。綜合運用多種實驗方法，我們全面分析了NRAGE基因敲除小鼠骨代謝表型，發現該基因的敲除導致骨密度顯著下降、骨超微結構發生明顯退行性改變，骨生物力學性能下降，確證該基因的敲除導致小鼠出現骨質疏鬆症狀。進一步機制研究發現，NRAGE基因的缺失並不影響小鼠鈣磷代謝水平，但可明顯提高成骨細胞和破骨細胞的功能。就破骨細胞而言，該基因的敲除不影響其凋亡能力，但明顯促進破骨細胞的分化能力和骨吸收活性。Western blot、螢光素酶報告基因和qPCR一致表明，NRAGE敲除導致破骨細胞分化能力的提高與NF-κB信號通路的激活相關。在成骨細胞方面，體內鈣黃綠素雙標實驗和體外細胞培養實驗顯示，該基因缺失對成骨細胞凋亡能力沒有影響，但可顯著提高其增殖和分化能力。表達譜數據和qPCR結果推測，wnt信號通路及其相關組分可能參與調控了敲除型成骨細胞的分化增強過程。成骨細胞和破骨細胞之間的耦聯平衡對骨代謝穩態的維持至關重要。共培養實驗和qPCR數據顯示，NRAGE基因缺失的成骨細胞可通過提高RANKL/OPG比例和增強炎性因子分泌進而提高破骨細胞的活性。綜上所述，NRAGE基因敲除後，成骨細胞和破骨細胞功能均得以提高，但破骨細胞的激活作用受其自身和成骨細胞的雙重調節，最終骨吸收大於骨形成，敲除小鼠表現為高轉換型骨質疏鬆。 本項目研究成果不僅拓寬了我們對NRAGE基因功能的認識，而且能更好的闡明以骨質疏鬆為代表的骨代謝疾病的發病機理，為其防治提供新思路。