MACF1及其天然反义转录物在模拟失重影响成骨前体细胞迁移中的作用

The migration of preosteoblast to bone absorption site is a prerequisite for the osteoblast differentiation and bone formation. However, the mechanism of preosteoblast migration is unclear yet. Microtubule actin crosslinking factor (MACF1), a cytoskeletal crosskling protein, can regulate cytoskleton dynamics to be involved in cell migration.Our previous studies showed that simulated weightlessness decreased preosteoblast MC3T3-E1 cell migration, and resulted in the changes in MACF1 expression and the association between MACF1 and cytoskeleton. We therefore proposed that MACF1, as a key regulating factor, may play an important role in affecting preosteoblast migration to bone formation surface under simulated weightlessness conditions..On the basis of existing research, the project will further investigate the following content at cell and the whole animal levels:(1) The effects of overexpression or low expression of MACF1 on preosteoblast migration and mineralization under simulated weightlessness. (2) The expression changes of MACF1 in hind limb unloading mice models. (3) The screening of natural antisense transcripts for MACF1. The The purpose of the project is to provide some experimental evidences for deeply knowing the mechanism of bone loss induced by weightlessness and also to provide some theoretical evidences for keeping bone health of astronauts and the people on the earth..

成骨前体细胞迁移至骨吸收部位是成骨细胞分化和骨形成的前提。然而，骨形成中成骨前体细胞向骨形成表面迁移的机制还不清楚。MACF1作为一种细胞骨架交联蛋白，通过调节细胞骨架动力学而参与细胞运动。申请者前期研究发现模拟失重抑制了成骨前体细胞迁移和矿化，并引起MACF1表达以及其与细胞骨架之间关系改变。因此，提出假设：MACF1作为细胞迁移的关键调节分子，可能在模拟失重条件影响成骨前体细胞向骨形成表面迁移过程中发挥了重要作用。.本项目拟从细胞层次上研究：(1)模拟失重条件下，MACF1高/低表达对成骨前体细胞骨架结构、迁移和矿化能力的影响；(2)尾悬吊小鼠体内MACF1基因和蛋白水平的表达变化；(3)筛选MACF1的天然反义转录物，为深入理解骨质流失发生的分子机制提供实验数据，并为地面人群的骨骼健康防护提供理论基础。....

成骨细胞是骨形成的主要功能细胞，负责骨基质的合成、分泌和矿化。成骨前体细胞迁移至骨吸收部位是成骨细胞分化和骨形成的前提。然而，骨形成中成骨前体细胞向骨形成表面迁移的机制还不清楚。MACF1又名ACF7，是一种新型的细胞骨架交联分子，通过调节细胞骨架动力学而参与细胞运动，在细胞极化、细胞迁移、信号转导以及维持组织的完整性中发挥着重要作用。申请者前期研究发现模拟失重抑制了成骨前体细胞迁移和矿化，并引起MACF1表达变化以及其与细胞骨架之间关系改变。.本项目以小鼠原代成骨细胞、前成骨细胞MC3T3-E1（体外）和后肢尾悬吊小鼠（体内）为实验材料，采用三维随机回转(RPM)以及抗磁悬浮等技术模拟失重条件，开展了如下研究：(1)模拟失重条件对前成骨细胞骨架结构、分化功能以及信号通路的影响；(2) MACF1低表达对成骨前体细胞骨架结构、迁移、增殖和分化能力的影响；(3)后肢尾悬吊小鼠股骨组织MACF1表达水平的表达变化；(4)筛选MACF1的天然反义转录物，并进行了实验研究和结构预测。.研究发现：(1) 抗磁悬浮模拟失重影响了MACF1在前成骨细胞中定位及其与细胞骨架排列的关系；(2) RPM模拟失重条件下，原代成骨细胞及前成骨细胞MC3T3-E1的MACF1基因表达降低，成骨细胞矿化结节形成减少，碱性磷酸酶活性降低，成骨分化相关基因的表达降低，并抑制成骨细胞内磷酸化ERK水平；(3)MACF1低表达抑制了前成骨细胞的增殖、矿化和迁移，改变了前成骨细胞骨架排列，抑制了前成骨细胞分化相关细胞基因表达；(4) 尾吊小鼠模型（HLU）的承重骨组织中MACF1的蛋白含量显著降低；(5) 筛选获得了6条MACF1 的天然反义转录物（MACF1-NATS1-6），采用3’和5’RACE获得了NATs全长并分析了其结构；检测了成骨细胞中NATs与MACF1之间的关系，发现RPM模拟失重抑制了MACF1-NATs表达，提示MACF1与其NATs之间可能存在共协调表达。.本课题研究进展顺利，圆满完成了课题任务书规定的各项研究内容，发表研究论文5篇（均为SCI），；发表会议论文12篇（含2篇ISTP）。申请国家发明专利1项。撰写专著3本（2本中文专著（1本已出版、1本待出版），1本英文专著（待出版））。参加国际学术会议1次，参加国内会议2次。培养博士后1名，博士研究生5名，硕士研究生8名。