Wnt10b-BMP6间的活化-抑制信号交流调控毛囊周期性再生的研究

Hair follicle stem cells (HFSCs) are periodically activated and resulted in the cyclic regeneration of hair follicles. This characteristic provides a nice model for research on adult stem cell and regeneration medicine. Based on the previous results include Wnt10b can induce hair follicle regeneration, this project will focus on the regulation mechanism of the cyclic regeneration of hair follicles. At first, this project will research on the positive regulation of Wnt signaling pathways and negative regulation of BMP signaling pathways on hair follicle regeneration, through injection of adenovirus, immunofluorence, lineage tracing analysis and other normal methods. Then this project will focus on the mechanism of the regulation of the activation and quiescence of HFSCs both in vitro and in vivo. We will culture both hair follicles and HFSCs, and overexpress genes with adenovirus or knockout genes with a new technique named CRISPR/Cas9. For confirmation and detection, Western blot or real-time PCR will be used. The hypothesis is that canonical Wnt signaling regulates CDK4 positively through CyclinD, while BMP signaling regulates CDK4 negatively through NFATc1. The interaction between Wnt and BMP signaling pathways regulates the periodically activation of HFSCs, thus mediates the cyclic regeneration of hair follicles. This project will not only illustrate the mechanism of hair follicle regeneration, but also provide basic theory for researches on the diseases related to hair follicle cycle such as hair loss. At the same time, this project can provide new clues for research on the mechanism of activation and quiescence of other adult stem cells.

毛囊的周期性生长由毛囊干细胞（HFSC）介导。HFSC具有周期性活化与静息的特征，为成体干细胞和再生医学研究提供了一个很好的模型。本项目在青年基金研究率先发现"Wnt10b能诱导毛囊周期性再生"的基础上，对毛囊周期性再生的调控机制进行深入研究。本项目拟首先通过荧光双标、谱系示踪等方法证实毛囊周期性再生分别受到Wnt信号和BMP信号的正向和负向调控；在此基础上，培养毛囊、分离培养HFSC，通过腺病毒载体进行过表达实验、通过CRISPR/Cas9技术进行基因敲除实验，以分别从在体和离体两方面阐明HFSC静息与活化的调控机制：Wnt10b通过CyclinD正向调控CDK4，BMP6通过NFATc1负向调控CDK4，Wnt与BMP间的活化-抑制信号交流共同调控HFSC的静息与活化，从而调控毛囊的周期性再生。本研究不仅有助于深入理解毛囊周期性再生的机制，而且也可为脱发等毛囊再生障碍疾病研究提供基础。

毛囊的周期性生长由毛囊干细胞（HFSC）介导。HFSC具有周期性活化与静息的特征，为成体干细胞和再生医学研究提供了一个很好的模型。本项目在系列前期研究的基础上，对毛囊周期性再生的调控机制进行深入研究。本项目通过器官水平实验和动物水平实验研究了BMP6是否抑制毛囊生长、通过建立HFSC细胞模型以及引进K15CrePR小鼠研究Wnt10b与BMP6对HFSC的作用，并在细胞水平、器官水平、在体水平分别研究Wnt10b与BMP6对HFSC作用的机制。.通过这些研究，取得的主要研究成果包括：1. 通过原位杂交实验和免疫应该实验，检测过表达Wnt10b后，毛囊中Wnt10b的表达模式以及细胞增殖情况；结合DP细胞体外培养数据，结果提示Wnt10b毛囊干细胞为Wnt10b诱导毛囊生长的靶细胞。2. 通过腺病毒在体过表达模型，发现BMP6能抑制毛囊生长，进一步检测Wnt信号通路和BMP信号通路的关键分子的表达模式，发现BMP6过表达后，Wnt通路信号分子受到抑制，而BMP信号通路激活，说明其可能通过拮抗经典Wnt信号通路实现抑制毛囊生长的功能。3. 建立优化HFSC培养体系，成功培养出小鼠HFSC，并利用SV40T进行永生化，获得的永生化iHFSC2，通过一系列鉴定，证明其具有再生毛囊的潜能。4. 引进Dct-LacZ小鼠，在其皮肤中过表达Wnt10b后，检测LacZ在年轻和年老小鼠中的表达，结合Wnt信号通路的表达模式，发现Wnt10b会促进年龄相关的毛发变灰。5. 在开展Gsdma3在毛囊中的作用研究中，我们发现Gsdma3突变小鼠的哺乳能力基本丧失，我们分析了Gsdma3在乳腺发育不同时期中的表达情况，发现Gsdma3在乳腺发育中是必须的；通过进一步研究发现现其可能通过调节淋巴结增殖从而影响免疫系统，最终影响乳腺发育。.依托本项目，发表标注基金号的论文5篇，其中SCI收录3篇，核心期刊2篇；另有1篇SCI论文、1篇核心期刊论文已接收；申请国家专利3项，其中1项实用新型专利已获批，2项发明专利处于实质审查中；项目负责人李玉红参编英文专著1部。本研究成果不仅有助于阐明毛囊周期性再生的机制，而且也可为脱发等毛囊周期性再生障碍相关疾病研究提供理论基础。