FGF9基因在關節形成及發育中的作用

《FGF9基因在關節形成及發育中的作用》是依託上海交通大學，由吳曉林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：FGF9基因在關節形成及發育中的作用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳曉林
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

FGF家族在骨骼及關節發育中的作用越來越受到關注。課題組在前期工作中，發現FGF9基因突變能夠導致與受體FGFR3結合減弱使FGF信號激活下降, 從而引起多發性骨性關節連線綜合徵的發生，這一疾病是以多處關節形成及發育發生障礙為特徵的遺傳性疾病。在FGF9基因突變小鼠模型上發現，FGF信號的減弱可以嚴重影響各部位的關節發育和形成，並使骨骼鈣化增強。已有的研究結果提示，FGF9的失功能性突變可能打破了其單體與同二聚體間的平衡，發生彌散性異位表達，進而造成功能獲得性的顯性效應。課題組將利用該模型，從關節發育早期到關節形成後的骨骼發育，檢測突變對肢芽的形成以及軟骨細胞、成骨細胞發育的影響，從蛋白水平、RNA水平闡明FGF信號對關節發育的重要作用，以此揭示FGF信號影響關節發育的機制。這項研究有望拓展FGF家族在骨關節疾病治療中的套用，從而帶來一個新的治療前景。

結題摘要

多發性骨性關節連線綜合徵(multiple synostoses syndrome, SYNS)是一類常染色體顯性遺傳疾病，課題組在一SYNS3型家系中發現一新的致病基因-成纖維生長因子9（FGF9），並報導了這一基因第99 位的絲氨酸被天冬醯胺所替代。這一突變導致FGF9信號傳導障礙、軟骨細胞增殖及分化異常，致使關節發生骨性連線。為研究FGF9基因在骨關節發育中的作用及其突變導致SYNS3 的機制，本課題將FGF9 單鹼基突變（S99N）定點敲入小鼠基因組，在整體動物水平上研究該基因突變對關節發育的影響。FGF9（S99N）突變小鼠顯示出與人類SYNS3相似的表型，包括尾部椎骨和肢體關節部分或完全融合。進一步研究表明，在關節發育早期，FGF9（S99N）突變影響了間充質幹細胞向軟骨的分化，進而影響了關節區的形成。與此相一致的是，肢芽組織培養實驗表明，FGF9抑制了Sox6和Sox9表達。同時上調關節發育重要控制基因Gdf5，調控Interzone的形成。但突變FGF9的這些作用減弱。造成突變小鼠在關節發育早期中間層間質細胞向軟骨細胞發生過度分化，從而導致關節融合。進一步研究發現，FGF9能夠通過激活GDF5的啟動子區調控GDF5在肘關節和膝關節形成區的表達。並且突變FGF9減弱了關節區的FGF信號。利用體外親和力實驗和計算機蛋白模擬，揭示了突變改變了FGF9 蛋白的空間構象，與受體結合的胺基酸位點與中間分子肝素的結合位點發生衝突，導致肝素和FGFR競爭性地與FGF9蛋白結合，同時增強與肝素的親和力，共同造成 FGF9 蛋白與受體結合減弱，干擾了FGF9/FGFR/heparin之間的相互作用，最終導致發育關節中FGF9信號轉導下降。這項研究進一步揭示了FGF9在胚胎關節發育中的重要作用。 此外，Fgf9基因在骨代謝中發揮重要作用。突變小鼠骨密度增加，骨骼中成骨細胞數量增加，功能增強，同時破骨細胞數量減少。體外誘導分化實驗證實 S99N 突變顯著提高骨髓間質細胞向成骨細胞分化和礦化能力，抑制單核細胞向破骨細胞誘導分化和成熟。同時在體外成骨細胞系中發現Fgf9能夠通過 MAPK 和PI3K/AKT信號通路下調成骨相關基因表達，抑制成骨作用。