MACF1蛋白在骨细胞力学信号转导中的作用及其机制

骨细胞（osteocyte）是骨组织力学感受的主要细胞，是骨骼对机械负荷响应的协调者，在骨组织机械力传导中起重要作用。然而，骨细胞对力学刺激响应的分子机制尚有待深入研究。微管微丝交联因子（MACF1）是一种细胞骨架交联蛋白，连接微管和微丝骨架，并参与细胞信号转导。申请者前期研究发现骨组织细胞中MACF1对力学环境变化敏感。因此，提出假设：MACF1蛋白作为细胞力学感知系统（细胞骨架）中的关键调节分子，可能参与骨细胞力学信号转导。.本项目基于已有基础，拟研究：(1)不同力学刺激（失重、超重及机械应力）对MACF1在骨细胞中分布表达，及其与细胞骨架之间相互关系的影响；(2)不同力学刺激或MACF1蛋白的不同表达水平对骨细胞形态、功能、细胞骨架、力学性能及力学信号转导的影响。为骨细胞力学信号响应的分子机制研究提供新的实验依据，为骨质疏松或骨丢失机制的阐明及防护措施的研究提供理论基础和技术支持。

骨细胞（osteocyte）是骨组织力学感受的主要细胞，是骨骼对机械负荷响应的协调者，在骨组织机械力传导中起重要作用。然而，骨细胞对力学刺激响应的分子机制尚有待深入研究。微管微丝交联因子（MACF1）是一种细胞骨架交联蛋白，连接微管和微丝骨架，并参与细胞信号转导。本项目以“骨细胞力学信号转导”为切入点；利用“抗磁悬浮模拟失重”特色技术平台，开展了“抗磁悬浮模拟失重对MACF1蛋白表达水平，骨细胞结构功能、力学性能及力学信号转导过程的影响及其机制”的研究。.研究发现：抗磁悬浮模拟失重条件下，骨细胞突起数目明显减少，细胞面积明显减小，细胞呈现细长状，长宽比显著增加，细胞微丝、微管以及中间纤维骨架发生重排，但是对细胞活性没有明显的影响；MACF1蛋白表达下调，骨细胞标志物DMP1、Sclerostin、Osterocalcin 的表达量增加，而整合素β1 和整合素αV表达没有明显改变；骨架相关蛋白vinculin, talin和paxillin表达下调，且分布也发生明显改变；骨细胞分泌一氧化氮（NO）能力增强；MLO-Y4细胞中Wnt3a 表达下调，而Wnt5a/b 分子的表达，Axin1、Dvl2和Naked1分子的表达增加。上述结果提示：骨细胞MLO-Y4细胞对力学环境的变化非常敏感，细胞骨架可能是骨细胞中重要的力学感受器，MACF1作为细胞骨架交联蛋白，可能通过调节微丝或微管网络，为物质转运以及应力传递提供了轨道，参与信号转导的多种蛋白复合物也许通过这个轨道实现从胞质向胞膜的转位。力学环境变化影响了MACF1与骨架和/或骨架蛋白之间的关系，进一步影响了蛋白复合物的转位，以及细胞表面上的应力向细胞内的传递，最终影响骨细胞对力学刺激的生物学反应性。这可能是骨细胞力学信号转导的机制之一。.本课题圆满完成了预定研究内容，发表研究论文11篇，其中7篇SCI，4篇国内核心期刊；发表会议论文10篇。申请国家发明专利4项，参加国际学术会议6次，参加国内会议5次。培养博士研究生3名，硕士研究生4名。