骨形成负调控分子CKIP-1在骨发育与骨重塑中的生理功能与作用机制研究

骨骼系统的发育与功能异常可导致包括骨质疏松在内的多种疾病，骨病已成为我国三大老年病之一，深入研究骨发育的分子机制对于骨病的防诊治具有重要意义。CKIP-1为本实验室克隆鉴定并有扎实研究基础和授权发明专利的基因，我们获得的遗传学证据表明，CKIP-1基因敲除小鼠骨量上升、骨密度增加，成骨细胞活性升高；生化分析发现CKIP-1与重要的骨调控分子泛素连接酶Smurf1结合并增强其活性，进而调控成骨细胞分化，因此CKIP-1是新的重要的骨形成负调控分子。本项目拟在动物整体、组织细胞和分子水平对CKIP-1敲除小鼠表型进行系统分析，深入研究CKIP-1对成骨细胞、破骨细胞、免疫细胞等的调控及其相互关联，解析CKIP-1及其复合体的空间结构，探讨CKIP-1的定位调控规律。项目侧重分子与动物相结合、结构与功能相结合，可望揭示CKIP-1在骨发育及骨重塑中的地位及机理，为骨质疏松等的新药物设计奠定基础。

按照计划进行，研究进展顺利，取得系列成果，完成预期目标。充分利用CKIP-1敲除小鼠模型及敲低干扰大鼠模型，揭示了CKIP-1抑制骨形成的生理功能，建立了成骨细胞特异的siRNA递送系统DSS6-脂质体，靶向CKIP-1可进行骨质疏松症的治疗；机制方面，CKIP-1可以偶联泛素连接酶Smurf1与蛋白酶体亚基Rpt6，促进Smurf1底物蛋白Smad1/5等的降解，鉴定了Smurf1多个新底物及新靶向分子，揭示Smurf1受到激活因子CKIP-1和灭活因子FBXL15的严谨调控，实现对不同类型底物如RhoA、Smad1/5、KLF2、WFS1等的精确降解；结构方面，解析了CKIP-1的N端PH结构域与Smurf1的N端C2结构域的晶体结构，通过虚拟对接，构建了CKIP-1的C末端与Smurf1的WW连接区的复合结构，证实CKIP-1利用C端的不同区域分别结合Smurf1与蛋白酶体亚基Rpt6；定位方面，揭示了CKIP-1的N端与C端协调控制在近质膜区与细胞核之间的穿梭定位机制。这些研究揭示了CKIP-1在骨发育和骨稳态平衡调控中的重要功能及分子机制，探索了通过靶向CKIP-1进行骨质疏松症治疗的新途径。项目已在Nature Medicine、Circulation、EMBO Journal、EMBO Reports、JBC、Cellular and Molecular Life Sciences等发表研究论文12篇、学术综述3篇，总影响因子99.8，申请4项中国发明专利，培养5名博士研究生、2名硕士研究生，项目负责人在项目实施期间获得国家杰出青年基金资助并获得中国科协求是奖、贝时璋青年生物物理学家奖、入选总后勤部科技银星。