Raptor调控破骨细胞分化及其机制研究

The maintenance of adequate bone mass and bone homeostasis is significantly relevant with osteoclast. However, details of mechanisms by which osteoclasts differentiation process is controlled remain ill defined. Regulatory-associated protein of TOR (raptor) is a key component of mTORC1, and plays significant roles in regulation of cell growth and metabolism. Previously, we found that deletion of raptor in myeloid cells (the osteoclast progenitors) promotes osteoclasts differentiation, and subsequently causes bone loss in mice. Besides, we detect myeloid cells lacking of Raptor with Digital Gene Expression Profiling and find NFATc1 expression significantly increased. We speculate raptor would suppress NFATc1 expression and block osteoclast differentiation. In this study, by using specific deletion of raptor in osteoclast progenitors in vivo and in vitro, we aim to investigate the role and molecular mechanisms of raptor in regulating NFATc1 to control osteoclast differentiation and bone resorpotion. Our findings will provide new knowledge for the regulation of osteoclast differentiation and experimental support and potential target for the prevention and treatment of diseases caused by osteoclast defect.

破骨细胞的骨吸收对机体维持正常骨量和骨内微环境稳态至关重要，但其分化的调控机制未完全阐明。Raptor是雷帕霉素靶标蛋白复合物1(mTORC1)的特异组分，在细胞生长与代谢的调节中起重要作用。我们的前期工作发现，髓系细胞(破骨细胞前体)特异敲除Raptor小鼠的破骨细胞分化增加、骨量减少，全基因表达谱分析Raptor缺失的髓系细胞，发现调节破骨细胞分化的重要转录因子NFATc1表达上调，提示Raptor可能抑制NFATc1表达与破骨细胞分化。本课题拟利用髓系细胞特异性敲除Raptor的小鼠和体外诱导髓系细胞破骨分化模型，从分子、细胞和整体水平研究Raptor在破骨细胞分化和骨吸收功能中的作用，探讨Raptor通过调节髓系细胞中NFATc1 表达与转录活性，从而调节破骨细胞分化的分子机制，为破骨细胞分化与骨代谢的调节机制提供新观点，为以破骨细胞为靶点的骨丢失相关疾病防治提供新依据。

破骨细胞的骨吸收对机体维持正常骨量和骨内微环境稳态至关重要，但其分化的调控机制未完全阐明。Raptor作为mTORC1信号的重要组分对细胞各种生命活动具有重要意义，但在破骨细胞中的作用未被发现。本项目基于前期发现mTOR信号在破骨细胞分化过程中的渐进变化，分别从整体、细胞和分子水平探讨Raptor对破骨细胞及骨代谢的作用和机制。我们利用cre-loxp系统，构建了髓系细胞特异性敲除Raptor的转基因小鼠，发现Raptor能作为限速信号控制破骨细胞的分化进程，破骨细胞前体的Raptor表达缺失能使体外破骨细胞分化加速，破骨细胞活性增强并导致小鼠骨质疏松。我们发现Raptor能通过激活NF-κB（nuclear factor kappa-B）非经典信号途径增加破骨细胞分化特征性转录因子NFATc1的表达，促进破骨细胞的分化进程。同时，我们构建了破骨细胞特异性敲除Raptor的转基因小鼠，同样发现敲除小鼠具有骨质疏松的表型，并明显促进破骨细胞分化。Raptor在破骨细胞谱系的表达缺失，能通过激活自噬途径，降低TRAF3（TNF Receptor Associated Factor 3）的表达，从而解除了TRAF3对NF-κB信号的抑制作用，进而促进破骨细胞分化和活动。在本项目中，为了充分了解和探讨Raptor在破骨细胞分化和功能中的角色，我们同时在髓系细胞、破骨细胞中敲除mTORC1的上游抑制基因TSC1。我们发现TSC1在破骨细胞谱系的表达缺失，均导致小鼠骨量增加，破骨细胞体外分化异常，甚至影响破骨细胞的骨吸收结构，而这些差异能在mTORC1抑制剂rapamycin的处理下得到部分逆转。由此，我们明确了抑制mTORC1活性能有效促进破骨细胞分化和活性，Raptor在破骨细胞中的功能和作用机理为临床以破骨细胞为靶向防治骨丢失相关疾病提供了理论依据。