表皮生长因子EREG在牙齿发育与组织再生中的功能及调控机制研究

Epiregulin (EREG) is a new epidermal growth factor, our previous studies found that its expression is higher in the SCAP cells from OFCD syndromes' patients compared with healthy individuals, and EREG may have the function to regulate the differentiation of mesenchymal stem cells, suggesting that EREG may play an important role in the tooth development and tissue regeneration. But its function and molecular mechanism is not clear. In this project, we want to investigate the expression of EREG in teeth development in mice and miniature pigs by using in-situ hybridization, immunohistochemistry staining, etc. Next, we are willing to discover the function of EREG in tooth development by lentivirus mediated gene knockout and over-expression, and using germ epithelial-mesenchymal dissociation technique. And then by the loss of function and gain of function studies, the effect of EREG in dental mesenchymal stem cells and periodontal tissues regeneration in miniature pigs will be elucidated. Finally, we will figure out the molecular mechanism to explain how BCOR regulate EREG, and then regulate downstream target genes in tooth development, mesenchymal stem cells and tissue regeneration based on the results of gene chips and bioinformatic analysis. Taken together, this study will further elucidate the pathogenic mechanism of OFCD syndromes, and provide the useful information for early diagnosis of OFCD syndromes and remodeling of mesenchymal stem cells to promote dental tissue regeneration.

Epiregulin（EREG）是一个新的表皮生长因子，本课题组前期的研究发现其在OFCD综合征的患者根尖牙乳头干细胞表达升高，并且可能具有调节间充质干细胞的功能，提示EREG在牙齿发育与再生中起重要作用，但功能与机制尚不清楚。本课题拟通过原位杂交、免疫组化等方法研究EREG在小鼠及小型猪牙齿发育中的表达，通过慢病毒转染等技术进行基因敲除及过表达，利用牙胚上皮-间充质解离重组技术研究EREG在牙齿发育中的作用。通过丧失性及获得性功能研究揭示EREG在牙源性间充质干细胞中的功能及对小型猪牙周组织再生的影响。在EREG功能研究的基础上，利用基因芯片及生物信息学分析发现其调控的关键下游基因，并揭示BCOR调节EREG基因，进而调控牙齿发育与再生的分子机制。该研究可以进一步阐明OFCD综合征的致病机制，为OFCD综合征的早期诊断、间充质干细胞的功能改建、促进牙齿组织再生提供理论依据。

阐明牙齿发生发育及牙源性间充质干细胞增殖分化的分子调控机制对牙齿组织再生的研究与应用有着重要的意义。Epiregulin（EREG）是一个新的表皮生长因子，本课题组前期的研究发现其在OFCD综合征的患者根尖牙乳头干细胞表达升高，并且可能具有调节间充质干细胞的功能，提示EREG在牙齿发育与再生中起重要作用，但功能与机制尚不清楚。本研究在牙源性间充质干细胞上，采用EREG重组活性蛋白，构建EREG shRNA的慢病毒质粒，包装病毒，感染细胞获得基因敲除的稳定转染细胞来研究EREG对牙源性间充质干细胞体内外生物学性能的影响，从而发现该基因对牙源性间充质干细胞增殖分化功能的改变。通过对牙源性间充质干细胞增殖及定向分化的调控机制研究，我们发现EREG促进牙源性间充质干细胞的成骨/成牙分化和细胞增殖，裸鼠体内移植实验发现EREG促进牙源性间充质干细胞体内成骨/成牙本质能力。利用小型猪牙周炎动物模型，研究发现EREG促进牙周膜干细胞介导的牙周组织再生。机制研究发现EREG通过激活MEK/Erk 和 JNK信号系统促进牙源性间充质干细胞的增殖和分化功能。进一步研究证实EREG是BCOR和KDM2A的下游靶基因，受BCOR和KDM2A的负调控证。进而通过染色质免疫共沉淀实验发现基因敲除BCOR后，牙源性间充质干细胞中EREG启动子区域组蛋白H3K4me3和H3K36me2的甲基化水平升高；同样基因敲除KDM2A后，源性间充质干细胞中EREG启动子区域组蛋白H3K4me3和H3K36me2的甲基化水平也升高。证实KDM2A和BCOR形成蛋白复合体通过调控组蛋白H3K4me3和H3K36me2的甲基化调节表皮生长因子EREG的表达和功能。此外，本课题还研究并发现了EREG和上游调控基因KDM2A在小鼠及小型猪牙齿发育中的时空表达特点。通过上述研究我们揭示了表皮生长因子EREG在牙齿发生发育、牙源性间充质干细胞定向分化与增殖中的作用及分子调控机制，从而进一步阐明了OFCD综合征的致病机制，为OFCD综合征的早期诊断提供理论依据。同时也进一步揭示了控制牙齿发育与牙源性间充质干细胞功能的分子机制，对增强牙源性间充质干细胞的功能提供了可能的靶基因，为扩展其临床应用提供了理论依据。