FGF9基因在骨關節形成中的分子遺傳學研究

《FGF9基因在骨關節形成中的分子遺傳學研究》是依託上海交通大學，由顧鳴敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：FGF9基因在骨關節形成中的分子遺傳學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：顧鳴敏
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

成纖維細胞生長因子9 (Fibroblast growth factor 9, FGF9)是FGF家族的主要成員之一，在胚胎髮生、細胞增殖和分化等方面發揮著重要作用。課題組研究發現FGF9錯義突變(S99N)可導致多發性骨性連線綜合徵（SYNS）的發生。體外研究表明，FGF9第99位的絲氨酸被天冬醯胺替代後可抑制軟骨細胞增殖，促進成骨化過程，進而出現多處關節骨性連線，相關研究成果已發表在美國人類遺傳學雜誌上。然而，迄今為止仍未知S99N突變會對小鼠的生物學功能及骨關節形成產生何種影響。為此，本項研究擬建立S99N敲入小鼠模型，以便從整體動物水平研究S99N敲入小鼠在胚胎早期發生及骨關節形成方面的作用；同時，進一步從細胞水平研究不同時空條件下突變FGF9與受體的結合能力以及對MAPK、ERK1/2信號轉導通路的影響，以期揭示突變條件下FGF9導致關節骨性連線的分子機制。

結題摘要

成纖維細胞生長因子9 (Fibroblast growth factor 9, FGF9)是FGFs家族的主要成員之一，在胚胎髮生、細胞增殖和分化中扮演重要的角色。以往的研究表明該家族的基因突變可導致骨骼發育異常或腫瘤。本課題組曾報告一個多發性骨性連線綜合徵（SYNS）大家系（現已被OMIM命名為SYNS3型，編號為612961），其中受累者均在FGF9第2外顯子出現一個突變[c.296G＞A(p.Ser99Asn)]，導致EFISIA基序中絲氨酸(Ser)被天冬醯胺(Asn)所替代。體外研究表明，Ser99Asn 突變可減少軟骨細胞的增殖和分化，增強成骨細胞分化和骨髓間充質幹細胞的骨基質礦化。研究還發現突變FGF9不能有效地與FGFR3結合。以上結果表明Ser99Asn突變是SYNS3發生的分子基礎，同時提示FGF9在關節發育中的重要作用。相關研究成果已發表在2009年7月的Am J Hum Genet上。為了進一步揭示突變FGF9導致SYNS3的分子機制，本項目採用Red/ET同源重組技術成功建立了帶有Ser99Asn突變的敲入小鼠模型。採用鉬靶攝片或微小CT分析發現在突變純合子(mt/mt)新生小鼠中尾椎關節出現捲曲及融合，肘、膝關節也出現融合，且均在1~5天內死亡。雜合子(mt/wt)小鼠一般能活到成年，但其中約58%出現尾椎關節捲曲及融合，部分雜合子小鼠還出現肘、膝關節腔變窄、第二骨化中心及軟骨板縮小或融合。約有10%的小鼠出現切牙過度生長和顴骨不對稱發育的現象。組織病理學分析顯示新生的純合子小鼠無法形成關節。成年雜合子小鼠的部分關節發育異常，生長板增殖區軟骨細胞分化增強，而增殖減弱。骨小梁變細變短且分布紊亂，骨密度增加，骨基質鈣化增強。簡言之，Fgf9突變敲入小鼠模型很好地模擬了人類SYNS3的表型。進一步研究發現，突變FGF9空間構象的改變可導致其與FGFR3受體及肝磷脂的結合位點發生衝突，打破了原有的單體-二聚體之間的平衡。推測由此產生的異常蛋白無法正常行使對軟骨細胞增殖和分化的調控作用，從而導致關節發育不良，出現關節畸形或融合。上述研究為最終搞清FGF9在骨關節形成和發育中的作用及Ser99Asn突變導致SYNS3的分子機制奠定了基礎。