FoxM1维持肌肉干细胞多能性及调控肌肉干细胞再生的分子机制

Stem cells are a class of undifferentiated somatic cells that are able to self-renew to remain in a pluripotent state or differentiate into specialized cell types. To elucidate the molecular mechanisms underlying the self-renewal and regeneration of muscle stem cells, we will use a tissue-specific conditional knockout mice model. In this mice model, we can delete FoxM1 gene exclusively in Pax7 positive cells (equal to the muscle stem cells) in a tamoxifen-inducible manner.Our research will focus on the phenotype of this knockout mice, We will do FACS analysis to show the percentage and number of muscle stem cells, and perform cell cycle and apoptosis assay on these muscle stem cells. Meanwhile, we will treat this mouse model with cardiotoxin or Bacl2 to induce muscle injury, and then moniter the regeneration process of these mice. We will try to screen the target genes and involved signaling pathways by which FoxM1 maintains the pluripotency and involved in regeneration of muscle stem cells. Our findings here, will improve our understanding about the mechanisms underlying the self-renewal and regeneration of muscle stem cells, and promote the development of therapeutic methods for muscle injury and some hereditary muscle diseases.

干细胞既能维持多能性又能分化成多种成熟细胞。为了进一步理解肌肉干细胞维持多能性和损伤后干细胞再生的分子机制，我们利用Cre/loxP条件敲除技术在小鼠肌肉组织Pax7阳性细胞群中（即肌肉干细胞）特异敲除FoxM1基因。并以此小鼠模型研究FoxM1基因在肌肉干细胞中特异敲除之后，小鼠在干细胞比例、数目、细胞周期、细胞凋亡及基因表达方面的变化。同时观察心脏毒素（Cardiotoxin）或者氯化钡（Bacl2）诱导肌肉损伤后，FoxM1敲除小鼠再生能力的变化。尝试筛选FoxM1在维持肌肉干细胞多能性及调控再生能力方面的靶基因，和参与的信号通路。我们的发现将增进我们对肌肉干细胞维持多能性和再生的分子调控机制的了解，促进利用干细胞治疗肌肉损伤和多种遗传性肌肉疾病的发展。

骨骼肌卫星细胞(Muscle satellite cells, SCs)是一种起源于胚胎中胚层的干细胞。当肌肉受到损伤等刺激条件下，SCs由静息态进入有丝分裂循环并增殖，增殖后的SCs一部分会重新进入静息状态以维持干细胞库，另一部分SCs会分化为肌细胞。SCs是骨骼肌再生的基础，但SCs的调控网络尚未明晰。揭示调控SCs自我更新和增殖的关键信号，将有助于促进SCs功能维持药物的研发，提高骨骼肌的自身修复和再生能力。.FoxM1是一种对干细胞细胞周期、凋亡、衰老和自我更新具有重要调控作用的转录因子，但FoxM1在SCs中的功能尚不清楚。本项目系统性分析了FoxM1在SCs静息，增殖和分化状态下的表达谱，并利用Cre-loxp系统构建了FoxM1组织特异性敲除小鼠FoxM1fl/fl-Pax7-cre，结合在体和体外实验研究了FoxM1对SCs的调控作用及机制。结果显示FoxM1特异性高表达于SCs静息态和增殖态，几乎不表达于分化后的细胞；敲除FoxM1后会显著影响骨骼肌损伤修复，进一步研究发现敲除FoxM1的SCs增殖能力显著降低，同时早期凋亡比例升高。通过RNA-Sequence分析，我们揭示了SCs内FoxM1影响的下游基因，特别的，我们首次证实了FoxM1直接转录调控两个与SCs增殖和凋亡关系紧密的长链非编码RNA（lncRNA），即Snhg8和Gm26917；结合相关技术，我们证实Snhg8主要通过影响核糖体结构蛋白转录进而调控SCs增殖，而Gm26917主要通过结合miR-29b抑制SCs凋亡。据此，本项目揭示了FoxM1在骨骼肌系统的表达情况和对SCs的调控作用及相关机制。.本项目揭示了转录因子FoxM1对SCs的关键调控作用，并筛选到FoxM1转录调控的关键lncRNA，本研究丰富了SCs的调控网络，尤其是调控SCs的lncRNA网络，将有助于解释骨骼肌和SCs功能失稳的分子机制和提供潜在的干预靶点。