Sufu在牙齿早期发育中的功能及调控机理研究

Shh signaling pathway is closely associated with the organogenesis and tumorigenesis in mammalian, and plays critical roles in the determination of tooth number, morphology and pattern. In Shh pathway，Sufu is a pivotal factor in regulating the signaling activity by interaction with the effectors of hedgehog pathway. However, there are no results have been reported about the functions of Sufu during tooth development. Our primary experiment results show that Sufu and Gli2/3 have the similar (maybe the same) expression patterns, implying their possible interactions in vivo. In this project we will construct the mouse model with conditional knock-out and conditional overexpression of Sufu in the region of odontogenesis to analyze its functions on the odontogenesis and on the interactions between dental epithelium and mesenchyme. Further, we will learn its genetic mechanism on the regulation of Gli. We will also carry out phenotype rescue by in vivo assay. By these efforts, we aim to uncover the effect of expression levels of endogenous Sufu on the early tooth development, and preliminarily clarify its genetic regulatory mechanism. This wil establish theoretical basis for the tooth regeneration and provide reference for the function research of Sufu on the development of the other organs.

Shh信号通路与哺乳动物器官发生和肿瘤形成有密切关系，在牙齿数量、形态、类型等方面的决定上有关键作用。Sufu是Shh通路中的关键调控因子，它主要通过与Gli转录因子的相互作用来调控Shh通路的活性。但Sufu在牙齿发育中的功能尚未见报道。我们前期实验结果显示，Sufu与Gli2/3有相似（或相同）的表达谱，暗示它们在体内也可能存在相互作用关系。本课题将通过构建Sufu基因在牙齿发生区域条件性敲除和条件性过表达的小鼠模型，分析其在牙齿发生、牙向上皮和间充质相互关系等方面的作用，进一步了解Sufu在遗传学上对Gli的调控机理，并利用体内实验来进行表型挽救分析,旨在揭示内源性Sufu的表达量对牙齿早期发育的影响，初步阐明Sufu在牙齿发育中的遗传学调控机理，为牙齿的再生研究奠定理论基础，并为Sufu在其它器官发育中的功能研究提供参考。

Shh信号通路与哺乳动物器官发生有密切关系，在牙齿数量、形态、类型等方面的决定上有关键作用。Sufu作为Shh通路中的关键调控因子，其在牙齿发育中的功能尚未见报道。依托本课题我们成功构建了Sufu基因条件性敲除和条件性过表达小鼠，通过不同Cre小鼠条件性敲除或过表达Sufu分析了以下内容：（1）Sufu在牙向上皮中的功能；（2）Sufu在牙向间充质中的功能；（3）Sufu调节牙齿发育的分子机理；（4）内源性Sufu表达量对牙齿发育的影响；（5）Sufu调控牙齿发育的遗传机理。通过以上分析我们得到如下一些研究结果：（1）牙向上皮中表达的Sufu在牙胚发育过程中不是必需的；（2）牙向间充质细胞中少量的Sufu就可以维持牙胚的正常发育，但Sufu是所有神经嵴来源的头面部器官正常发育所必需的。牙向间充质特异的Sufu敲除会造成牙齿发育延迟和形态变小，这与突变体牙向上皮和间充质细胞增殖的变化有关，而细胞凋亡情况与牙胚的发育进程一致。（3）牙向间充质细胞中Sufu缺失会造成Shh信号通路靶基因Gli1的表达在上皮和间充质中都明显上调。间充质特异的Pax9，以及其下游分子包括Bmp4，Msx1等的表达过程被延迟或抑制。Sufu可以和Gli2，Gli3蛋白结合，并维持抑制形态的Gli3（Gli3R）和抑制全长状态的Gli2（Gli2F）。Sufu缺失造成的抑制形态的Gli3R下调，进而抑制其调控基因Pax9的表达,这可能是造成突变体牙胚发育延迟的关键因素之一。上皮细胞特异的标志性分子包括Shh和Fgf4的表达抑制可能是发育异常的另一个关键因素。以上结果说明了在牙胚发育过程中复杂的上皮-间充质相互作用以及不同信号通路之间的相互调控。（4）适度的提高内源性Sufu的表达量不会对牙齿发育的造成影响，这与Shh通路靶基因Gli1，Ptc1下调不明显有关。（5）在遗传学水平上证明了Sufu是通过调节Gli2的表达量来调控牙胚的发育。而同时敲除Sufu和Shh通路效应基因Smo或Wnt信号通路调控因子β-catenin都会使发育畸形更加严重。上述研究结果初步揭示了Sufu在牙齿发育中的功能以及分子和遗传机理，为牙齿的再生研究奠定理论基础，并为Sufu在其它器官发育中的功能研究提供参考。