Sema4D/Plexin-B1-RhoA通路在KLF4调控破骨细胞分化及其功能中的作用及机制研究

In the bone remodeling cycle, bone formation is regulated by osteoclasts through the Sema4D/Plexin-B1-RhoA signaling which is integrated into another paths and molecules to maintain balance between bone formation and resorption. We found that overexpression of Krüppel-like factor 4(KLF4) inhibited the differentiation and function of osteocalst, and with the osteoclast maturation, the KLF4 expression were decreased; however, the suppression effect of KLF4 was not noticeable in the physiological condition. It has been reported that active RhoA could suppresse KLF4 DNA binding activity, consequently, we hypothesized that there might be a Sema4D/Plexin-B1-RhoA-KLF4 signal path which might govern the activation and resorption of osteoclast spatiotemporally. The cell-culture and animal experiment will conducted to understand the relationship and mechanisms between Sema4D signaling and KLF4 transcriptional action for osteoclast, and to elucidate matricellular coupling of bone resorption and formation mediated by Sema4D/Plexin-B1-RhoA-KLF4 feedback loop. It will contribute be the reveal a novel mode of osteoclast-osteoblast communication, and provide a new means for related disease.

在体内骨重塑的过程中，破骨细胞通过Sema4D/Plexin-B1-RhoA通路来调节成骨细胞的功能，该通路可能与其他分子及信号轴发挥交汇影响，控制着破骨-成骨的功能平衡。申请人发现，过表达的Krüppel 样因子4（KLF4）抑制破骨细胞的发生及其骨吸收功能，但在生理过程中，这种抑制并不体现。已有研究报道了RhoA抑制KLF4的DNA链接功能和转录活性，这提示可能存在着Sema4D/Plexin-B1-RhoA-KLF4信号通路，在时空上精密调控着破骨细胞的激活及其功能。本项目将采用细胞培养、动物实验等方法，以Sema4D信号轴与KLF4破骨调控的作用关系为研究切入点，探讨其作用机制，阐明Sema4D/Plexin-B1-RhoA-KLF4信号环路对骨重塑及骨生成-骨吸收平衡的影响。本项目不仅有助于揭示新的破骨-成骨交联作用的通路，而且对相关疾病治疗的研究提供了新的思路和手段。

背景：Sema4D/Plexin-B1-RhoA通路在成骨-破骨交联中起到重要的调节作用。我们的前期研究发现转录因子KLF4可能对破骨细胞的分化和功能产生负性调节，假设Sema4D/Plexin-B1-RhoA-KLF4信号环路也影响骨重塑过程中的骨生成-吸收的平衡。.研究内容：通过体外细胞及动物实验，利用过表达及抑制Sema4D、KLF4及RhoA基因的表达观察环路中各因子的相互作用；并使用探针技术探索RhoA对KLF4转录活性调节的分子机制。.重要结果：.①在成骨-KLF4过表达破骨的共培养体系中，未发现KLF4 对破骨细胞的分化及功能有明显影响；在KLF4过表达成骨-破骨共培养体系中，破骨细胞的成熟受到影响，这种作用可能与KLF4抑制特异性调节成骨细胞成熟的因子有关；.②培育及鉴定出了实现在单核细胞中敲出Sema4D的转基因小鼠；.③发现RhoA在共培养体系中对KLF4转录活性有抑制作用；.④发现Sema4D部分通过RhoA方式激活NF-κB和MAPK通路。.关键数据及科学意义：.①揭示了在生理体内状态下KLF4对破骨细胞分化及功能抑制作用的不明显可能是因为特异性调节成骨细胞成熟的因子存在，进一步证实了成骨-破骨在相互调节过程中交联作用；.②发现了RhoA在骨组织体系中对KLF4的转录活性有影响；.③Sema4D部分通过RhoA方式激活NF-κB和MAPK通路，而后两者参与成骨和破骨细胞的生成调节，这也是对经典Sema4D/Plexin-B1-RhoA成骨-破骨调控机制的一个新的补充发现。