Site-1蛋白酶通过介导LC3转录调控破骨细胞分化

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背景:Site-1蛋白酶(S1P)是一种定位于高尔基体的蛋白,可激活特异的膜结合型转录因子如ATF6、SREBPs、GNPTAB等,在内质网应激、脂质代谢、炎症反应和溶酶体功能中起重要的作用。S1P基因敲除可导致小鼠、斑马鱼骨骼发育异常,甚至致死。S1P基因突变的患者表现出严重的骨骼发育异常,如脊柱后凸畸形,面部畸形和鸡胸。但是,S1P突变是否通过影响破骨细胞形成来调节骨重塑从而造成相关骨骼表型仍不清楚。目的:阐明S1P在破骨细胞分化中的作用及其分子机制,在体研究破骨细胞中S1P特异性敲除及其特异性抑制剂对小鼠骨量的影响,探索新的骨质疏松治疗靶点。材料与方法:本研究对小鼠骨髓单核细胞进行破骨诱导,通过Western blot,免疫荧光染色、q PCR、TRAP染色及骨吸收检测探究S1P在破骨细胞分化过程中的作用。通过数据库对比,mi RNA沉默及过表达,荧光素酶报告基因实验确定调控S1P的上游机制。使用CHIP、蛋白免疫共沉淀、分子对接模拟、荧光素酶报告基因等实验阐明S1P下游调控破骨细胞分化的机制。同时我们构建Lysm-Cre-S1Pf/f和CTSK-Cre-S1Pf/f两种破骨细胞S1P条件性敲除小鼠模型,研究在破骨细胞中敲除S1P后对小鼠骨量的影响。在野生型及S1P敲除小鼠中构建了卵巢切除(OVX)诱导的骨质疏松模型及脂多糖(LPS)颅骨骨膜下注射诱导的急性骨溶解模型,探究S1P敲除对两种疾病是否具有保护作用;同时,在野生型小鼠造模后注射S1P特异性抑制剂(PF429242),研究该抑制剂对于骨质疏松及急性骨溶解模型是否具有挽救作用。结果:在小鼠骨髓单核细胞破骨分化的过程中,S1P基因表达无显著差异但蛋白显著上调,S1P与ACP5在小鼠OVX及CIA模型中显示出更多的表达及共定位。敲除S1P或药理性抑制S1P均可阻碍破骨细胞分化及其骨吸收功能,而过表达S1P可促进破骨细胞分化及其骨吸收功能。小鼠体内破骨细胞S1P条件性敲除可导致明显的骨硬化,TRAP染色显示S1P敲除小鼠股骨骨小梁表面破骨细胞显著减少。在破骨细胞分化过程中mi R-9-5p表达量逐渐降低并靶向调控S1P表达。骨髓单核细胞中敲除S1P抑制ATF6和SREBP2的剪切成熟,随后阻碍CHOP/SREBP2复合体诱导的LC3表达和自噬流,进而破坏破骨细胞生成,过表达LC3后可促进野生型或S1P缺陷型BMMs形成破骨细胞。此外,我们通过蛋白免疫共沉淀和分子对接模拟确定CHOP的C3区(含亮氨酸拉链(b ZIP)区域)和SREBP2的S5区(含亮氨酸拉链(LZIP)区域)为二者相互作用的关键区域。小鼠体内S1P敲除或腹腔注射S1P抑制剂可有效挽救OVX和LPS诱导的骨丢失。结论:我们证明S1P通过ATF6/CHOP/LC3及SREBP2/LC3轴调节破骨细胞的分化,S1P敲除或特异性抑制剂可有效挽救OVX和LPS诱导的体内骨丢失,是骨质疏松症的潜在治疗靶标。
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