Dspp突变打破小鼠成牙本质细胞分化过程的矿化平衡机制研究

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发生于人类牙本质的发育异常主要有两大类,一类称为牙本质发育不全(dentinogenesis imperfecta, DGI),另一类称为牙本质生成不全(dentin dysplasis,DD),其各自又分为不同的亚型。牙本质发育不全有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三种表型,牙本质生成不全有Ⅰ型和Ⅱ型,其中DGI-Ⅱ, Ⅲ 和 DD-Ⅱ为常染色体显性遗传病,是独立发生于牙本质的发育异常,患者乳牙、恒牙均可受累,主要病理学特征为牙本质矿化异常:1.牙髓腔闭锁,2.牙本质矿化度减低,3.牙本质小管结构异常,4.1型胶原含量显著增多,5,釉牙本质界结构异常,邻近牙釉质结构异常。研究证实,DGI-Ⅱ、DGⅠ-Ⅲ 及 DD-Ⅱ为同一个致病基因引起,编码牙本质涎磷蛋白的DSPP基因不同位点的突变可产生以上病变,3种病变之间可能存在共同的致病机制。DSPP基因由同一个转录本编码后,被切割为两种蛋白:牙本质涎蛋白(dentin sialoprotein, DSP)和牙本质磷蛋白(dentin phosphoprotein, DPP)。牙本质涎蛋白(DSP)是一种富含唾液酸的糖蛋白,在细胞外基质中含量为5-8%(除胶原外);牙本质磷蛋白(DPP)是细胞外基质中最主要的非胶原蛋白,其丝氨酸和天冬氨酸均被高度磷酸化,此结构特征有利于结合蛋白基质、矿化成核以及控制晶体生长,进而调控牙本质矿化。矿化过程不仅发生于骨组织,同样存在于牙齿,这一过程是由矿化正调节因子和负调节因子相互协同、共同维持的一种平衡状态。尽管以上3种疾病在多个家系已被证实是由DSPP基因突变引起,但是该基因突变与牙本质矿化异常之间的分子机制目前尚不明确。目的:探讨小鼠成牙成牙本质细胞(mouse Odontoblast-lineage cells)分化过程中,牙本质涎磷蛋白(dentin sialophosphoprotein, Dspp)基因突变对矿化平衡的影响及机制。方法:根据己报道人牙本质发育异常DSPP基因突变位点,构建小鼠全长Dspp cDNA慢病毒质粒及3个Dspp突变体,感染小鼠成牙本质细胞,筛选获得稳定细胞株。将稳定表达正常及突变Dspp的小鼠成牙本质细胞(OLCs)经矿化诱导培养2 1天,检测碱性磷酸酶活性和矿化结节数量,观察突变对矿化表型的影响;再分别对不同矿化时间点的正常组、无义突变组和对照组小鼠成牙本质细胞进行数字基因表达(Digital Gene Expression,DGE)技术分析,找出上述3组细胞的矿化相关基因表达异同及对矿化相关信号通路的影响;最后分别在RNA及蛋白水平检测矿化诱导因子及矿化抑制因子的表达水平,以观察正常及突变Dspp对小鼠成牙本质细胞分化及矿化的影响。结果:无义突变和信号肽区错义突变组碱性磷酸酶活性受到影响,同时矿化结节的数量和体积大为减少,表明其矿化表型受到影响。DGE结果表明Dspp突变在某种程度上影响了小鼠成牙本质细胞分化。Real-time PCR和Western-blot结果进一步验证正常Dspp具有精确协调矿化诱导因子Bmp2,Coll和Runx2,以及矿化标志物Alp,Ocn,和矿化抑制因子Mgp,Htra1的表达的能力。而无义突变和信号肽区错义突变扰乱了这一完美的协调机制,证明Dspp突变打破了矿化诱导因子及矿化抑制因子之间的平衡。结论:在小鼠成牙本质细胞分化过程中,Dspp对维持矿化诱导因子与抑制因子之间的动态平衡发挥了重要作用,矿化平衡的打破可能是Dspp突变导致牙本质发育异常的重要机制。
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