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科研进展

 

邹卫国研究组发现组蛋白去甲基化酶LSD1通过调控维甲酸信号通路来影响骨折修复

        11 月 4 日,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)邹卫国研究组在国际学术期刊Science Advances 在线发表题为 Histone demethylase LSD1 is critical for endochondral ossification during bone fracture healing 的研究。该研究发现组蛋白去甲基化酶LSD1通过调控维甲酸信号通路来影响骨折修复。
 
        骨折(Fracture)指的是骨的连续性和结构遭到破坏。骨具有自愈能力,大多数骨折会慢慢愈合。然而,一部分骨折却难以愈合。骨折延迟愈合发生率约为10%-15%。骨折作为世界性的健康问题,越来越受到人们的重视。随着我国老龄化程度的加重,以骨质疏松为主引起的骨折概率不断增加。探寻骨折修复的机制对于临床治疗至关重要。
 
        骨折的过程主要包括三个时期:炎症反应时期,软骨痂形成期,硬骨痂形成和骨重塑期。在经历了血肿和炎症反应阶段后,骨折的愈合将会通过两条途径进行修复:软骨内成骨和膜内成骨。膜内成骨是直接形成骨的过程,它是由骨前体细胞直接分化成骨,不需要别的阶段。软骨内成骨则是由干细胞分化成软骨细胞,而软骨细胞则最终被成骨细胞替代的过程,其中Sox9是调控软骨生成的重要转录因子。
 
        孙军等研究人员首先构建Prx1-Cre间充质干细胞中缺乏组蛋白去甲基化酶LSD1的条件性敲除小鼠(Prx1-Cre; Lsd1 fl / fl小鼠),发现其骨折愈合受损。进一步组织学分析发现其软骨内成骨过程(软骨痂形成)发生障碍。结合报告小鼠,流式细胞术等方法,研究人员分选了骨折后第4.5天的Prx1谱系的骨痂细胞并进行了RNA测序(RNA-seq)。发现LSD1缺失可通过Aldh1a2的表观遗传调节导致维甲酸信号通路上调,其中Aldh1a2编码的ALDH1A2是一种合成维甲酸的限速酶。上调维甲酸信号通路抑制了软骨分化关键转录因子Sox9的蛋白表达并抑制骨膜细胞的向软骨细胞分化,从而抑制骨折愈合过程中的软骨形成。维甲酸信号通路的抑制剂AGN193109可以部分恢复LSD1缺失的骨膜细胞的软骨分化。腹腔注射AGN193109也可以促进Prx1-Cre; Lsd1 fl / fl小鼠骨折的软骨生成。结果表明组蛋白修饰酶LSD1是调控骨折修复过程中软骨内成骨的关键因子,为临床上骨折愈合困难提供启示。
 
        分子细胞卓越中心邹卫国研究员为本文通讯作者,邹卫国研究组的孙军博士(现为康奈尔大学医学院博后)和博士研究生冯恒为本文共同第一作者。该研究得到了康奈尔大学教授Matthew B. Greenblatt的大力支持。维甲酸的检测得到了分子细胞卓越中心分子技术平台李竑老师和吴萌老师以及上海营养与健康研究所的李紫老师、严正老师、褚茜老师的大力支持。经费支持来自中国科学院、国家自然科学基金委、国家科技部、国家杰出科学基金等。该研究得到分子细胞卓越中心公共技术服务中心动物实验技术平台、细胞分析技术平台和分子生物学技术平台的大力支持。
 
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