去苏木化修饰酶SENP6对骨关节炎的调控作用及其分子机制研究

Osteoarthritis (OA) is one of the most common skeletal diseases in the world, resulting in a significant physical, psychological and financial burden. Age and genetic predisposition are the most important risk factors, however the pathogenesis of OA is still not clear. A genome-wide association study (GWAS) showed that a SNP in the upstream of SENP6 (code desumoylase SENP6) gene locus, is closely related to OA. While the expression level of SENP6 is significantly decreased in human OA cartilages. Our preliminary work found that global and mesenchymal stem cell specific Senp6 loss significantly up-regulate the p53 signaling pathway, leading to apoptosis and cell senescence, cause skeletal aging and skeletal development defects phenotypes. Moreover, cartilage-specific Senp6 loss accelerated OA development induced by destabilized-medial-meniscus (DMM) surgery. Therefore, we hypothesize that SENP6 affects the OA development through regulating of p53-mediated cell apoptosis and senescence. We will investigate the role of SENP6 on pathological development of OA and its molecular mechanism by using adult-cartilage-specific Senp6 knockout mice and 3D pellet cultured chondrocytes. This project may further elucidate the mechanism of OA development and provide new treatment drugs.

骨关节炎（OA）是世界范围内最常见的骨骼疾病之一，造成巨大的生理、心理和经济负担。年龄和遗传倾向是最重要致病因素，然而OA的具体发病机制并不清楚。GWAS研究显示，在编码去苏木化修饰酶SENP6的基因座上游有SNP位点与OA密切相关，同时SENP6的表达在人OA软骨组织中显著性下降。申请人前期已发表研究发现，在小鼠全身性及间充质干细胞中敲除Senp6显著性上调p53信号通路，导致细胞凋亡和衰老，引起骨骼衰老和发育缺陷。此外，软骨细胞特异性敲除Senp6显著性加剧DMM手术诱导的OA病变。据此提出“SENP6通过调控p53介导的细胞凋亡和衰老影响OA的病理发展”的假说。申请人拟采用成年后软骨组织特异性敲除Senp6的小鼠及3D pellet培养的软骨细胞为研究对象，通过体内外OA模型研究SENP6对OA病变的调控作用及分子机制。本项目的研究可进一步阐明OA病变的机制，并探索新的OA治疗药物。

线粒体是真核细胞中特有的半自主细胞器，是细胞中的动力工厂，线粒体涉及细胞内稳态、细胞衰老、凋亡、信号转导等多种重要生命活动。线粒体内稳态的平衡，是机体维持细胞正常运转，对应各种损伤刺激和缓解细胞死亡必不可少的。当线粒体无法维持自身内稳态的平衡时，如线粒体融合分裂动态平衡失调、线粒体质量控制紊乱、线粒体蛋白导入障碍、抗氧化防御系统受损和线粒体未折叠蛋白的大量堆积等，会造成严重的线粒体功能障碍，往往产生许多各种各样的疾病，如衰老、癌症、代谢性疾病等，严重威胁着人类的健康。然而，在生理或病理条件下，线粒体是如何维持其内稳态的，其中的具体调控机制还不清楚。苏木化修饰是一种常见的类泛素化蛋白质翻译后修饰, 主要是改变靶蛋白的构象以及相互作用，从而改变靶蛋白的活性、稳定性以及细胞内定位。苏木化修饰是一个可逆的过程，SENP家族成员能够特异性的去除靶蛋白的苏木化修饰，SENP6是其中一员。近年来研究发现SUMO化修饰参与调控线粒体生物合成、线粒体融合分裂动态平衡、线粒体自噬、线粒体蛋白导入等生物学过程具有重要调控作用，但是具体的分子机制还不是很清楚。本项目主要研究SENP6及苏木化修饰抑制剂银杏酸对线粒体功能和细胞衰老的调控作用和分子机制。主要研究结果是：①银杏酸通过调控PGC1a介导的线粒体生物合成和FUNDC1介导的线粒体自噬影响线粒体的质量控制和功能；②银杏酸通过调控DNA损伤应答表现抗衰老作用；③SENP6缺失导致线粒体点状化，线粒体DNA量和线粒体蛋白下降，降低线粒体膜电势，抑制线粒体氧化磷酸化功能；④SENP6缺失促进线粒体分裂、线粒体自噬、损伤线粒体蛋白导入，从而影响线粒体内稳态；⑤SENP6可能通过调控线粒体内稳态影响细胞衰老。本项目的研究将为理解生理或病理条件下线粒体内稳态的维持提供新的理论基础，为治疗线粒体功能紊乱依据细胞衰老提供潜在的靶点和理论依据，具有重要意义。