mTOR-NPAT信号轴在肌腱分化及损伤修复中的作用及机制研究

Tendon repair is a clinical challenge because of the limited understanding on tenogenesis. We recently identified mTOR as a node molecule for regulating tendon differentiation. Here we showed that tendon specific-ablation of mTOR inhibited histone gene transcription. Further, inhibition of mTOR impaired the cellular localization of NPAT, the key modulator of histone transcription. Therefore, we prepared the first tendon-specific NPAT knockout mice. The mice displayed tendon defect, impaired limb grip strength, reduced diameters of tendon collagen fibrils, and reduction of Collagen I expression. We will further elucidate the underlying molecular mechanisms, enhance the quality of tendon organoid by interfering mTOR-NPAT axis, and try to promote the repair effect on tendon-injury mice model. Our study will elucidate the mechanism for tenogenesis and provide a novel therapeutic target for tendinopathy and tendon injury.

目前对肌腱分化的机制并不清楚，导致肌腱损伤缺乏有效的治疗手段。本课题组最近发现并报道mTOR蛋白是调控肌腱分化的关键节点分子，在此基础上我们进一步探索相关的分子机理。本项目的预实验显示肌腱特异性敲除mTOR会抑制组蛋白基因转录，而且抑制mTOR会导致NPAT(组蛋白转录的关键调控分子)在细胞内的定位改变。为了研究NPAT在肌腱分化中的作用，我们构建了首株肌腱特异性NPAT敲除小鼠。该小鼠呈现肌腱发育不良和四肢抓力减弱的表型，其肌腱中的胶原纤维直径变细，且一型胶原蛋白的表达下调。我们计划在上述预实验研究的基础上，利用分子细胞生物学手段阐明肌腱分化过程中mTOR对NPAT的调控机制；利用组织工程手段，通过干预mTOR-NPAT信号轴来促进人工类肌腱组织的质量，并尝试对肌腱损伤模型小鼠进行修复再生。本项目将有助于阐明肌腱分化的分子机理，为肌腱炎和肌腱损伤的治疗提供分子靶点和实验依据。

肌腱损伤一直以来缺乏有效的治疗手段，这是因为对肌腱细胞增殖的机理尚不清楚的原因。本课题组先前研究揭示mTOR信号是调控肌腱生成的重要通路。本项目进一步发现mTOR通过NPAT蛋白的细胞内定位来调控组蛋白基因转录，而组蛋白基因转录是决定细胞增殖的关键要素之一。我们利用免疫共沉淀技术解析了mTOR与NPAT之间相互作用的关键氨基酸位点，进一步发现NPAT能够通过自我互作形成多聚体，进而发生液-液相分离。这一发现提示，NPAT的相分离是决定哺乳动物细胞中组蛋白基体构成的分子机理。我们结合分子克隆和免疫共沉淀技术，发现NPAT氨基端区域是介导其自我互作，从而发生相分离的关键序列。为了阐明调控NPAT转运入核的分子机理，我们筛选了一系列核输入受体分子，发现其中只有KPNA3与NPAT发生特异性相互作用,并调控其入核运输以及组蛋白基体的形成。我们进一步构建了肌腱特异性NPAT基因小鼠，确认该小鼠出现肌腱发育不良的表型。我们的研究阐明了决定NPAT入核运输以及组蛋白基体形成的分子机理，还揭示了mTOR-NPAT信号轴调控肌腱生成的生理功能，为开发肌腱相关疾病的治疗手段提供了新的靶标。