BARX1对间充质干细胞牙向分化的影响及调控机制研究

In the research of tooth development and regeneration, the mechanism of the odontogenic ability of mesenchymal stem cells remains an open question.The homeobox gene is important in controlling the characteristic of stem cells, BARX1 is one transcription factor of the homeobox gene family. In the pre-test,we found that BARX1 was high expression in odontogenic mesenchymal stem cells, and overexpression of BARX1 could promote the odontogenic ability of mesenchymal stem cells. By the bioinformatics analysis, the YAP1 and AP2a are important upstream genes in regulation of BARX1. Therefore, the aim of this study is to explore the mechanism of BARX1 on the odontogenic ability of mesenchymal stem cells. Through the loss and gain of function studies, explore the function of BARX1 in mesenchymal stem cell odontogenic differentiation. And using the animal model of nude mice and small pig, explore the influence of BARX1 on the dental tissue regeneration. Then, on this basis, study the mechanism of YAP1 and AP2a in regulation of BARX1 in the odontogenic ability of mesenchymal stem cells and tooth regeneration. This study will be an indication about the molecular mechanism of the mesenchymal stem cell’s odontogenic differentiation, which can provide new clues for the following investigation including tooth development and the regulation of odontogenic differentiation.

间充质干细胞牙向分化的调控是牙齿发育及再生研究的热点问题，而同源盒转录因子Barx基因族在干细胞的功能调控中起着重要的作用，其中Barx1调节细胞粘附分子的表达并参与牙齿发育及形态的控制。本课题组前期研究发现BARX1在牙源性间充质干细胞中高表达，而过表达BARX1可以促进间充质干细胞牙向分化指标升高，利用生物信息学分析及功能研究发现YAP1和AP2a是调控BARX1的关键上游基因，但BARX1在间充质干细胞牙向分化中的功能与机制尚不清楚。本课题拟通过丧失性及获得性功能研究揭示BARX1在间充质干细胞牙向分化中的功能，利用裸鼠及小型猪等动物模型研究BARX1对牙齿组织再生的影响，并深入探讨YAP1和AP2a 调控BARX1及间充质干细胞牙向分化和牙齿组织再生的分子机制。本研究结果将有助于阐明间充质干细胞牙向分化的分子机制，为间充质干细胞的功能改建及其介导的牙齿再生提供一定的理论和实验依据。

在牙齿发育及再生研究中，间充质干细胞牙向分化的调控机制属于热点问题， 研究发现属于同源盒转录因子Barx基因族的Barx1在牙齿的发育及形态控制起重要作用。本课题主要通过获得性功能研究揭示BARX1在间充质干细胞牙向/骨向分化中的作用，利用牙源性和非牙源性间充质干细胞（根尖牙乳头干细胞SCAPs和骨髓间充质干细胞BMSCs），通过病毒转染建立稳定过表达BARX1的细胞系；利用茜素红染色、实时定量 PCR等实验方法检测目的细胞体外牙向/骨向分化能力，发现过表达BARX1抑制间充质干细胞成骨方向分化，促进向牙本质方向的分化；利用裸鼠及小型猪等动物模型研究BARX1在体内对牙齿组织再生的影响，发现过表达BARX1可以促进牙本质再生；利用生物信息学分析及功能研究发现AP2a是调控BARX1的上游基因，AP2a可以和YAP形成蛋白复合体，进而结合BARX1的启动子调节间充质干细胞的成牙/成骨分化。另外，为进一步阐明矿化过程中的调控机制及间充质干细胞生物学特性，还开展了非牙源性间充质干细胞BMSCs矿化诱导前后差异表达长链非编码RNA的芯片检测。本研究结果显示BARX1在调控间充质干细胞成牙/成骨方向分化中具有重要作用，将有助于阐明间充质干细胞牙向分化的分子机制，为间充质干细胞的功能改建及其介导的牙齿再生提供一定的理论和实验依据。目前部分研究成果已发表，后期数据仍在整理待发表中。