FAM20C通过调节BMP信号通路影响唾液腺发育及功能的机制研究

FAM20C, a widely distributed Golgi protein kinase in the human body, has recently been shown to phosphorylate more than 90% of the exocrine proteins (more than 100 species), including a variety of extracellular matrix proteins, protease inhibitors and proteases. Previous studies have shown that FAM20C plays an important role in the development of teeth, but there are few studies on its role in non-mineralized tissues. Because of the development homology between salivary glands and tooth, we speculate that FAM20C may affect the development of salivary glands by influencing the phosphorylation of downstream proteins. In our preliminary study, with the conditional knockout of FAM20C in the salivary gland, our group found that the proportion of acinar cells and ductal cells differentiated, the acinar cells shrank, and the saliva secretion decreased significantly, as well as the expression of BMP4 . In this project we will elucidate the effect of FAM20C on salivary gland development and function and the changes of BMP signaling pathway-related protein phosphorylation. The mechanism of FAM20C in the formation of salivary glands was determined by inducing the differentiation of salivary gland stem cells. The regulation of FAM20C on salivary gland development is investigated from the point of view of extracellular matrix protein phosphorylation. Thus, our study will provide a strong theoretical basis for finding the etiology and therapeutic target of dry mouth disease.

FAM20C是在人体内广泛分布的高尔基体蛋白激酶，最近被证明可以磷酸化百分之九十以上的外分泌蛋白（一百多种），其中包括多种细胞外基质蛋白、蛋白酶抑制剂和蛋白酶等。以往的研究证明FAM20C对于牙齿发育有重要的调控作用，但对非矿化组织的作用却少有研究。由于唾液腺与牙齿发育的同源相似性，我们推测FAM20C可能通过影响信号蛋白磷酸化进而影响唾液腺发育。前期通过在唾液腺条件性敲除FAM20C小鼠，课题组发现腺泡细胞与导管细胞分化比例变化，腺泡细胞萎缩，唾液分泌明显减少，BMP4表达减少。本项目拟在阐明FAM20C对唾液腺发育及功能的影响及BMP信号通路相关蛋白磷酸化的改变。通过诱导唾液腺干细胞分化，阐明FAM20C在唾液腺形成过程中的作用机制。从细胞外基质蛋白磷酸化的角度探讨FAM20C对唾液腺发育的调控，为寻找唾液腺功能减弱的病因和治疗靶点提供有力的理论依据。

FAM20C是在人体内广泛分布的高尔基体蛋白激酶，最近被证明可以磷酸化百分之九十以上的外分泌蛋白，其中包括多种细胞外基质蛋白、蛋白酶抑制剂和蛋白酶等。以往的研究证明FAM20C对于牙齿发育有重要的调控作用，但对非矿化组织的作用却少有研究。 由于牙齿与唾液腺具有共同的起源及相似的发育形式，我们推测 FAM20C 可能对唾液腺发育及功能有一定作用。研究证明，骨形成蛋白BMPs参与调节唾液腺发育。因此，我们推测 FAM20C可能通过磷酸化 BMPs，调节BMP 信号通路从而影响唾液腺发育。由于FAM20A伪激酶的性质，FAM20A 比 FAM20C 受到的关注则更少之又少。体外研究表明，FAM20C的活性需要通过二聚体，包括FAM20A-FAM20C异二聚体和FAM20C-FAM20C同二聚体。与FAM20C-FAM20C 同二聚体相比，FAM20C-FAM20A异二聚体具有更高的激活能力，因此我们接下来观察了FAM20A 缺失对唾液腺的发育和功能影响。本项目以从细胞外基质蛋白磷酸化的角度探讨FAM20C及FAM20A对唾液腺发育的调控为研究对象，利用HE 染色与 PAS 染色、透射电镜、PCR、Western blot、免疫荧光、免疫组化等多种实验方法，从分子、细胞和组织水平多方面探讨。. 免疫组化及免疫荧光结果显示，Fam20c 缺失导致小鼠腺泡细胞与 导管细胞的分化比例发生改变，cKO小鼠SMG的导管数量及导管横截面积比例发生显著增加，腺泡细胞分化减少，腺泡细胞所占横截面积明显减少。透射电镜检测结果表明，敲除Fam20c导致小鼠GCT中的分泌颗粒形态发育异常。Fam20c缺失导致唾液腺功能出现不良，表现为cKO小鼠唾液 分泌明显减少。小鼠下颌下腺的H&E染色表明，Fam20a敲除小鼠的导管横截面积减少。 进一步透射电镜观察可见导管细胞发育不全，细胞核致密，内质网扩张，分泌颗粒减少，提示 Fam20a 基因缺失导致导管分化异常。 . 总体而言，本研究的结果表明 FAM20C 及FAM20A是调节腺泡和导管分化比例以及导管成熟的关键调节因子，并为寻找唾液腺功能减弱的病因和治疗靶点提供有价值的理论参考。