CHD7调控骨改建及种植体骨结合机理的研究

Osteoporosis is one of the major disease in the elderly, which impairs the osseointegration and long-term success of dental implants. Chromodonain helicase DNA-binding domain (CHD) could control chromatin remodeling and gene expression, which would influence cranial and maxillofacial growth as well as skeleton growth. Thus, CHD plays an important role in epigenetic and bone remodeling. Our previous study found that CHD7 was upregulated during the osteoblastic differentiation of MSCs, and silencing of CHD7 inhibited osteoblastic differentiation, while CHD7 overexpress could increase osteoblastic differentiation. But the role that CHD7 plays in vivo is still not clear. In this project, we are going to establish CHD7 conditional knock out mouse model using CRISPR/Cas9 and pairing them with both Prx1-Cre and Sp7-Cre mouse to conditional knock out CHD7 in BMSCs and osteogenesis precursor cells. Then, we will evaluate its’ effect on bone remodeling and implant osseointegration. Moreover, we are going to perform RNA-seq and ChIP-seq to seek the molecular mechanism by which CHD7 regulates bone remodeling. This project will unveil the role of CHD7 in regulating bone remodeling. The results of this project will shed light on novel therapy for abnormal bone metabolism disease in the field of oral implantology.

骨质疏松是全球面临的重大公共问题，影响牙种植体的骨结合和长期成功率。染色质解旋酶DNA结合蛋白家族（CHD）调控染色质重塑和基因表达，影响颅颌面和骨骼发育，是重要的表观遗传调控方式之一。课题组前期发现染色质解旋酶DNA结合蛋白7（CHD7）在骨髓干细胞成骨分化过程中高表达，CHD7敲降抑制成骨向分化，过表达则促进分化，提示CHD7是调控成骨分化的关键分子之一，但其在体内的功能和机理尚待深入。本课题通过CRISPR/Cas9建立Chd7条件敲除小鼠，并与Prx1-Cre和Sp7 -Cre工具鼠杂交，分别从骨髓干细胞和成骨前体细胞中敲除Chd7，研究Chd7特异性敲除对小鼠骨改建和种植体骨结合的影响；并进一步利用RNA-seq和ChIP-seq等技术，探索Chd7调控的分子网络。研究结果将明确CHD7在成骨分化和骨改建中的功能和分子机理，为口腔种植和骨代谢异常相关疾病的治疗提供理论基础。

研究背景：骨质疏松是全球面临的重大公共问题，影响牙种植体的骨结合和长期成功率。染色质解旋酶DNA结合蛋白家族（CHD）是一种典型的ATP依赖的真核生物染色质重塑酶，广泛表达于各种组织中，在器官发育中起关键作用。CHD家族通过调控染色质重塑和基因表达，影响颅颌面和骨骼发育，是重要的表观遗传调控方式之一。课题组前期发现染色质解旋酶DNA结合蛋白7 (Chromodomain helicase DNA-binding protein 7, CHD7)在骨髓干细胞成骨分化过程中高表达，CHD7敲降抑制成骨向分化，过表达则促进分化，提示CHD7是调控成骨分化的关键分子之一，但其在体内的功能和机理尚待深入。.研究内容：本课题通过CRISPR/Cas9建立Chd7条件敲除小鼠，并与Prx1-Cre和Sp7 -Cre工具鼠杂交，分别从骨髓干细胞和成骨前体细胞中敲除Chd7，研究Chd7特异性敲除对小鼠骨发育和骨改建的影响。课题组进一步利用RNA-seq等技术探索Chd7调控的分子网络，以明确CHD7在成骨分化和骨改建中的功能及分子机理。.重要结果：在骨髓间充质干细胞和前成骨细胞中条件性敲除Chd7会诱导小鼠产生骨质疏松症的病理表型，具体表现为全身骨骼系统发育障碍、骨量降低和骨髓脂肪增加。课题组明确了上调的过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)信号通路是该病理表型的主要原因之一。敲除Chd7会降低对Ppar-γ的限制，于是激活Ppar-γ与组蛋白H3四号位赖氨酸三甲基化位点(H3K4me3)结合，打破了机体成骨和成脂分化的平衡。本研究阐明了在骨髓间充质干细胞中Chd7突变的病理表现，并揭示了骨骼稳态及骨质疏松的平衡中新的表观遗传机理，为口腔种植和骨代谢异常相关疾病的治疗提供理论基础。.重要结果：在骨髓间充质干细胞和前成骨细胞中条件性敲除Chd7会诱导小鼠产生骨质疏松症的病理表型，具体表现为全身骨骼系统发育障碍、骨量降低和骨髓脂肪增加。课题组明确了上调的过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)信号通路是该病理表型的主要原因之一。敲除Chd7会降低对Ppar-γ的限制，于是激活Ppar-γ与组蛋白H3四号位赖氨酸三甲基化位点(H3K4me3)结合，打破了机体成骨和成脂分化的平衡。本研究阐明了在骨髓间充质干细胞中Chd7突变的病理表现，并揭示了骨骼稳态及骨质疏松的平衡中新的表观遗传机理。