激活Shh信号通路促进BMP9诱导的小鼠成肌细胞C2C12向成骨分化

近年来骨组织工程技术迅猛发展,小鼠成肌细胞C2C12因其来源广泛等优点可望成为有效的种子细胞应用于组织工程. 然而,对于C2C12细胞的成骨分化机制仍需深入研究. 为了观察Sonic hedgehog（Shh）信号通路对骨形态发生蛋白9（bone morphogenetic proteins 9,BMP9）诱导的C2C12细胞成骨分化的影响,构建过表达腺病毒Ad Shh,并作用于BMP9处理的C2C12细胞,检测碱性磷酸酶（alkaline phosphatase , ALP）的变化,茜素红S染色检测钙盐沉积,RT PCR检测Shh、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、骨钙素（osteocalcin,OCN）、Runx2、Dlx5、Id1和Id2基因表达,Western印迹检测Shh、OPN、OCN、Runx2和Dlx5的蛋白质表达,Micro-CT和H&E染色检测裸鼠皮下异位成骨包块情况. 结果表明,活化Shh信号通路可促进BMP9诱导的C2C12细胞早晚期成骨分化,以及裸鼠皮下异位成骨.体内外实验证明,Shh信号通路能促进BMP9诱导小鼠成肌细胞C2C12向成骨分化.     

SATB2促进BMP9诱导C2C12细胞的成骨分化

目的:研究特异AT序列结合蛋白2(Special AT-rich sequence-binding protein 2,SATB2)在骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic proteins 9,BMP9)诱导的间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)C2C12成骨分化中的作用。方法:首先用Ad-BMP9感染C2C12细胞,RT-PCR检测SATB2在基因水平上的表达变化,Western blot检测SATB2在蛋白水平上的变化;构建过表达SATB2重组腺病毒Ad-SATB2,感染C2C12细胞后,Western blot验证Ad-SATB2表达情况;用AdSATB2处理BMP9诱导的C2C12细胞,碱性磷酸酶(ALP)活性和染色检测成骨早期ALP的变化,茜素红S染色检测成骨晚期指标钙盐沉积的变化。结果:Ad-BMP9处理C2C12细胞后,比对照组SATB2在基因水平和蛋白水平上表达量上调;Ad-SATB2可以在细胞中成功表达SATB2蛋白;用Ad-SATB2处理BMP9诱导的C2C12细胞后,ALP以及钙盐的沉积与对照比较均上调。结论:SATB2可以促进BMP9诱导的间充质干细胞C2C12的成骨分化。     

Shh信号参与调控BMP9诱导的间充质干细胞成骨分化

目的：观察sonic hedgehog（Shh）信号通路在骨形态发生蛋白9（BMP9）诱导的小鼠间充质干细胞（MSCs）C3H10T1/2和C2C12成骨分化中的作用,并初步探讨其作用机制。方法：Shh信号通路抑制剂Cyclopamine和激活剂Purmorphamine以及过表达Shh腺病毒分别作用于BMP9处理的C3H10T1/2和C2C12细胞,碱性磷酸酶（ALP）检测早期成骨指标ALP,茜素红S染色检测晚期成骨指标钙盐沉积,RT-PCR检测Shh信号相关基因以及成骨关键转录因子的表达,Western blot检测Shh的表达,荧光素酶报告基因检测Smad1/5/8的转录调控活性。结果：BMP9促进Shh信号相关基因的表达,激活Shh信号可增强BMP9诱导的C3H10T1/2和C2C12细胞早晚期成骨分化并促进了BMP9诱导的Smad荧光素酶活性,抑制Shh信号后作用相反。结论：激活Shh信号通路可促进BMP9诱导的小鼠MSCs成骨分化,抑制其活性后作用相反。     

Hmox1促进BMP9诱导C3H10T1/2细胞向成骨分化

目的:研究血红素加氧酶1(hemeoxygenase 1,Hmox1)在骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic proteins 9,BMP9)诱导下间充质干细胞C3H10T1/2向成骨分化过程中发挥的作用。方法:用Ad-BMP9感染C3H10T1/2,分别用Q-PCR和Western blot检测Hmox1mRNA和蛋白水平的变化;Hmox1激动剂COPP处理BMP9诱导的C3H10T1/2细胞,碱性磷酸酶(ALP)染色和活性测定检测早期成骨指标ALP的变化;过表达Hmox1的重组腺病毒(Ad-Hmox1)处理BMP9诱导的C3H10T1/2细胞,ALP染色和活性测定早期成骨指标ALP,茜素红染色检测晚期成骨指标钙盐沉积,Western blot检测成骨相关基因COL1A1。结果:Ad-BMP9感染C3H10T1/2后,Hmox1的mRNA及蛋白水平均升高;BMP9与Hmox1激动剂COPP联用与BMP9组相比ALP的活性增强;Ad-Hmox1可以增强BMP9诱导下C3H10T1/2细胞的ALP活性和钙盐沉积,以及成骨相关基因COL1A1表达。结论:Hmox1可以促进BMP9诱导下C3H10T1/2细胞的成骨分化。     

BMP9经Smad信号通路调控iSCAP成骨/成牙本质分化

目的：研究BMP9是否能够激活 iSCAP细胞中的Smad信号通路,以及Smad信号通路在BMP9诱导iSCAP细胞成骨/成牙本质向分化过程中的作用。方法：首先,采用Western印迹实验检测Ad-BMP9转染iSCAP后Smad1/5/8蛋白的磷酸化水平。随后,利用dnALK1重组腺病毒和BMP9条件培养基作用于iSCAP,Western印迹实验检测Smad1/5/8蛋白磷酸化水平;采用碱性磷酸酶（ALP）活性检测和染色方法分析早期成骨/成牙本质指标变化,茜素红染色法检测钙盐沉积程度;RT-PCR成骨/成牙本质相关基因Runx2、OCN、OPN和DMP1表达的影响。结果：BMP9可上调iSCAP中Smad1/5/8的磷酸化水平;dnALK1抑制BMP9条件培养基作用后,可抑制Smad1/5/8的磷酸化,iSCAP细胞中早期成骨/成牙本质标志物ALP活性和晚期成骨/成牙本质标志钙盐结节减少,重要成骨转录因子Runx2基因表达减少,成骨/成牙本质相关基因OCN、OPN、DMP1的表达也受到了抑制。结论：Smad信号通路在BMP9诱导iSCAP成骨/成牙本质过程中存在并起着重要作用。     

过表达Runx2促进C2C12细胞成骨分化

利用Tet-on(Tetracycline-on)基因表达系统,通过强力霉素(doxycycline,DOX)诱导Runx2基因在C2C12细胞中的表达,探究Runx2促成骨分化功能,为其分子机制的研究提供一个理想的实验平台.先后将调控质粒pTet-on和反应质粒pTRE-Flag-Runx2转染入C2C12细胞,并用G418和潮霉素分别进行2轮筛选,运用实时荧光定量PCR选择对强力霉素诱导敏感的细胞克隆.用不同浓度DOX诱导C2C12/Tet/pTRE-Flag-Runx2细胞,蛋白免疫印迹检测Runx2的表达,确定DOX的最佳诱导浓度与时间,并检测C2C12细胞的成骨分化能力.结果表明,诱导细胞最佳DOX浓度为10μg/ml;最佳诱导时间为12h;诱导后Runx2基因高表达,C2C12细胞向成骨方向分化(P0.05).成功建立Tet调控Runx2基因表达C2C12细胞系,为进一步研究Runx2基因功能分子机制提供理想的细胞模型.     

Egr1对小鼠成肌细胞C2C12分化的影响

早期生长反应蛋白1(early growth response protein 1,Egr1)作为转录因子在细胞增殖、分化及凋亡等许多生物学过程中都扮演着重要角色,但是其对小鼠成肌细胞C2C12分化的影响尚不明确。该研究采用Western blot和免疫荧光技术检测Egr1在C2C12细胞分化过程中的表达规律及定位。利用CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9技术分别激活和抑制Egr1的表达,进而探讨Egr1对C2C12细胞分化的影响。结果显示,随着C2C12细胞分化的进行,Egr1的表达量在分化的第5 d达到峰值,随后呈下降趋势。Egr1表达定位于C2C12的细胞核与细胞质中,随着分化的进行,其在细胞核和细胞质中的表达量均显著升高。分别激活或抑制Egr1后,C2C12细胞肌管融合率以及肌肉分化标志分子肌细胞生成蛋白(myogenin,MYOG)和肌球蛋白重链2(myosin heavy chain 2,MYH2)水平均显著增加或降低。该研究结果表明,Egr1能够促进体外小鼠成肌细胞C2C12的分化。     

Runx1促进BMP9诱导的间充质干细胞MEFs的成骨分化

目的:研究Runx1在骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic proteins 9,BMP9)诱导小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts,MEFs)成骨分化中的作用。方法:用BMP9腺病毒感染MEFs细胞,利用RT-PCR和Western blot分别在mRNA和蛋白质水平检测Runx1的内源性表达;构建过表达Runx1的重组腺病毒Ad-Runx1,并在mRNA和蛋白质水平验证Ad-Runx1的效果;用Ad-Runx1和BMP9条件培养基共处理MEFs,检测成骨早期指标碱性磷酸酶(ALP)染色和活性,茜素红S染色检测成骨晚期指标钙盐沉积;RT-PCR和Western blot分别检测成骨关键转录因子Runx2在mRNA和蛋白质水平的变化。结果:Ad-BMP9处理MEFs细胞后,可使Runx1在mRNA和蛋白质水平表达上调;构建的Ad-Runx1处理MEFs后,可使Runx1在mRNA和蛋白质水平表达上调;Ad-Runx1处理BMP9诱导的MEFs细胞后,增强了ALP活性和钙盐沉积以及Runx2在mRNA和蛋白质水平的表达。结论:Runx1可以促进BMP9诱导的间充质干细胞MEFs的成骨分化。     

BMP2诱导MEFs成骨分化中Notch信号的作用及机制研究

该文研究了Notch信号在骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic protein 2,BMP2)诱导小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts,MEFs)成骨分化中的作用及机制。利用过表达Notch配体之一DLL1的腺病毒(adenovirus-delta-like 1,Ad-DLL1)、显性负性突变型Notch1受体的腺病毒(adenovirus-dominant-negative mutant of Notch1,Ad-dn Notch1)或γ-分泌酶抑制剂{N-[N-(3,5-difluorophena-cetyl-L-alanyl)]-S-phenylglycine t-butyl ester,DAPT}处理MEFs,细胞化学染色和/或活性测定检测碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)表达、钙盐沉积;q RT-PCR、Western blot、荧光素酶分别检测BMP2信号I、II型受体和成骨基因表达、Smad1/5/8蛋白磷酸化水平及Smad结合元件(Smad-binding element,SBE)转录活性。结果显示,DLL1促进BMP2介导MEFs早晚期成骨分化,并上调ALK2等受体的m RNA水平、Smad1/5/8的磷酸化水平及SBE转录活性;与之相对应,dn Notch1和DAPT抑制上述指标。Notch经典靶基因发状分裂相关增强子1(hairy/enhancer-of-split related with YRPW motif 1,Hey1)可促进BMP2诱导成骨分化,并逆转DAPT对BMP2诱导成骨分化的抑制作用。该研究结果提示,Notch信号促进BMP2诱导MEFs成骨分化,可能是通过激活BMP2/Smads通路实现的,这一过程中Hey1发挥了重要作用。     

SDF-1/CXCR4在BMP9介导C2C12细胞成骨分化过程中的作用研究

为了观察SDF-1/CXCR4信号轴在BMP9促C2C12细胞成骨分化过程中的作用,通过重组腺病毒过表达BMP9,检测对C2C12细胞中SDF-1及受体CXCR4 mRNA和蛋白表达水平的影响;同时利用重组腺病毒或中和抗体干扰SDF-1/CXCR4,与BMP9先后作用于C2C12细胞,通过定量测定碱性磷酸酶(ALP)、染色测定ALP表达、免疫细胞化学测定骨钙蛋白(OCN)表达、茜素红S染色测定钙盐沉积、Real-time PCR检测成骨相关转录因子Runx2和Osx的表达、Western blot检测成骨分化信号通路MAPK和Smad的变化。结果显示,BMP9能明显抑制C2C12细胞中SDF-1、CXCR4的表达(P<0.01),且具有剂量和时间依赖性;预先干扰SDF-1/CXCR4能明显影响由BMP9介导的早、中期成骨标志物ALP、OCN及早期转录因子Runx2、Osx的表达(P<0.01)和MAPK、Smad信号通路相关蛋白的变化(P<0.05);外源性SDF-1并不能影响晚期成骨标志物钙盐沉积。提示SDF-1/CXCR4信号轴在由BMP9介导的C2C12细胞成骨分化早、中期过程中发挥重要作用。     

纳米形貌诱导干细胞成骨分化的相关信号通路

目的:探究纳米形貌诱导间充质干细胞(MSC)分化中的作用以及相关分子机制。方法:利用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管形貌,使用qRT-PCR技术,RNA-seq技术,分析接种在纳米形貌表面的间充质干细胞的基因表达情况。并筛选对成骨相关的信号通路中的成员,观察他们基因上调或下调情况。结果:在钛金属表面构建出了纳米形貌,利用实时定量PCR确定了成骨相关的基因:碱性磷酸酶(ALP),骨桥蛋白(OPN)和骨钙素(OCN)相比没有纳米形貌的钛片上培养的细胞均发生上调。通过对这些基因相关的成骨信号通路进行转录组数据分析(筛选基因P<0.05),发现在BMP2信号通路中的相关蛋白基因表达没有太大变化,同时Notch以及Wnt非经典信号通路中相关蛋白基因发生较为明显变化。结论:通过分析间充质干细胞成骨分化相关基因,以及转录组数据分析表明在纳米形貌诱导BMSC分化过程中,相对于平坦的表面,纳米形貌启动了Notch以及非经典的Wnt信号通路,因此表现出更加优良的促成骨分化的效果。     

BMP7对小鼠诱导多能干细胞骨向分化作用的研究

目的:探讨骨形态蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)超家族成员之一BMP7在小鼠诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,iPS)骨向分化过程中的作用。方法:本试验分成三组,分别是自发分化组,骨诱导组和添加BMP7的骨诱导组。每天观察各组细胞形态学特征及生长状况的差异,在诱导第14天通过茜素红染色检测基质矿化情况,判断BMP7在体外骨诱导条件下对小鼠iPS细胞骨向分化过程所发挥的作用。结果:完成了小鼠iPS细胞的培养鉴定,并诱导形成理想状态的拟胚体(Embryoid body,EB)用于分化接种。结果发现,添加BMP7的骨诱导组细胞的矿化结节阳性率明显增加。结论:BMP7在诱导小鼠iPS细胞骨向分化过程中起促进作用,而对非骨向分化的细胞无成骨促进作用。     

p38蛋白激酶参与BMP9诱导的C3H10T1/2细胞成骨分化

目的:初步分析丝裂原活化蛋白激酶p38在BMP9诱导间充质干细胞C3H10T1/2成骨分化过程中的作用.方法:利用BMP9重组腺病毒感染C3H10T1/2细胞,Western blot检测p38激酶总蛋白表达水平和磷酸化水平.p38的特异性抑制剂SB203580抑制p38活性或RNA干扰抑制p38表达后,分析ALP活性...     

BMP9通过ALK1/2信号通路诱导肝祖细胞成熟分化的作用研究

该研究探讨了骨形态发生蛋白9(BMP9)通过ALK1/2信号通路诱导肝祖细胞成熟分化的作用。通过腺病毒介导siALK1和siALK2感染肝祖细胞14-19(hepatic progenitor cell 14-19,HP14-19),Real-time PCR及Western blot分别检测ALK1及ALK2的表达,荧光素酶报告基因检测ALB-Gluc活性,Real-time PCR检测肝脏相关基因AFP、ALB、CK18、ApoB的mRNA水平表达,PAS染色和ICG摄取实验检测肝细胞的代谢及糖原合成功能。结果显示,腺病毒介导的siALK1和siALK2可特异性抑制HP14-19细胞内ALK1和ALK2的表达,BMP9可诱导HP14-19的成熟分化,细胞形态呈现多角形铺路石样,ALB-Gluc读数显著增加,肝干细胞标志物AFP下调,成熟肝细胞标志物ALB、CK18及ApoB表达显著上调,ICG和PAS染色阳性细胞数增多,Ad-siALK1和Ad-siALK2组,肝细胞标志物表达下降,解毒代谢及糖原合成能力下降。总之,BMP9可通过ALK1/2信号通路诱导肝祖细胞成熟分化。     

INH-α对BMP9诱导间充质干细胞成骨分化的作用

为了研究抑制素α亚基(inhibinα-subunit INH-α)对骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein9,BMP9)诱导的间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)成骨分化的影响,本研究采用细胞化学染色法检测第3天、第5天、第7天细胞中碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性的变化。利用RT-PCR和Western blotting检测细胞中的成骨分化早期标志物(Runx2)和晚期标志物(OPN)的mRNA含量及蛋白表达水平。茜素红S染色法检测第21天细胞中的钙盐沉积变化。发现BMP9组ALP活性明显增高,INH-α组ALP活性与对照组相比无明显变化,但联合运用BMP9和INH-α组ALP活性较BMP9组明显降低。此外,BMP9组Runx2和OPN的mRNA含量和蛋白表达水平明显增高,而联用BMP9和INH-α组中的Runx2和OPN水平较BMP9组显著下降(p<0.01)。同样,在茜素红S染色实验中,BMP9组钙盐结节明显增多,染色深;而在联合运用BMP9和INH-α组钙盐结节较BMP9组明显减少,染色变浅。说明INH-α能够抑制BMP9诱导间充质干细胞成骨分化作用。     

miR-155通过下调BMP9/Smad信号通路抑制间充质干细胞C3H10T1/2成骨分化

该文研究了在诱导小鼠间充质干细胞C3H10T1/2细胞成骨分化过程中miR-155的作用及其是否是通过调控BMP9/Smad(bonemorphogenetic protein 9/drosophila mothers against de-capentaplegic)信号通路发挥作用。在诱导C3H10T1/2细胞成骨分化过程中,采用实时定量PCR(Real-time quantitative PCR,q RT-PCR)检测miR-155水平的变化。转染miR-155模拟剂(miR-155)至C3H10T1/2细胞后,miR-155水平显著增高(P0.001),而转染其抑制剂(anti-miR-155)至C3H10T1/2细胞后,miR-155水平显著降低(P0.001)。转染后成骨诱导培养基诱导成骨7 d,碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性及染色结果显示,miR-155能显著降低C3H10T1/2细胞成骨分化过程中的ALP活性(P0.01)、减弱ALP染色,而anti-miR-155则能逆转其作用。成骨诱导14 d茜素红S染色结果显示,miR-155组钙盐结节较对照组少,下调miR-155的水平后,钙盐沉积结节增多。q RT-RCR检测结果显示,miR-155显著降低BMP9 m RNA水平(P0.001),且miR-155组成骨基因Runx2和ALP表达均显著低于对照NC组(P0.05、P0.01)。Western blot检测BMP9、Runx2和p-Smad1/5/8蛋白质水平,结果显示,miR-155组蛋白质水平均显著降低(P0.01、P0.05、P0.001)。该研究结果提示,miR-155对C3H10T1/2细胞成骨分化的抑制作用可能是通过抑制BMP9/Smad信号通路发挥作用的。     

MiR-21协同BMP9促进间充质干细胞C3H10T1/2成骨分化

目的:探讨miR-21与BMP9之间的关系,明确miR-21在BMP9诱导间充质干细胞成骨分化中的作用。方法:(1)Ad-BMP9感染C3H10T1/2细胞,Real-time-PCR检测miR-21表达。RT-PCR检测ALP的表达。(2)MiR-21转染C3H10T1/2细胞,Real-time-PCR检测miR-21和BMP9表达。(3)MiR-21和BMP9-CM处理C3H10 T1/2细胞,ALP活性和染色实验检测C3H10 T1/2细胞早期成骨能力。茜素红S染色实验检测钙盐沉积情况。(4)MiR-21和BMP9-CM处理C3H10 T1/2细胞,Real-time-PCR检测成骨分化相关因子ALP,OCN的表达。(5)MiR-21和BMP9-CM处理C3H10T1/2细胞,Western blot检测p-Smad1/5蛋白水平的表达。结果:(1)BMP9暂时降低miR-21的表达。MiR-21也可以暂时降低BMP9的表达。(2)MiR-21可以协同BMP9增强ALP和钙盐沉积。(3)MiR-21协同BMP9增加了p-Smad1/5蛋白水平的表达。结论:MiR-21与BMP9存在相互关系,两者可以互相调节表达。MiR-21可以协同BMP9促进间充质干细胞C3H10T1/2细胞成骨分化,这一过程与增强BMP9/Smad信号的激活程度有关。     

Hey1基因参与调控BMP9诱导的C3H10T1/2细胞成骨分化

目的:观察发状分裂相关增强子Hey1在骨形态发生蛋白9(BMP9)诱导的小鼠间充质干细胞(MSCs)C3H10T1/2成骨分化中的作用。方法:包装Hey1、BMP9以及GFP的过表达慢病毒,并分别作用于C3H10T1/2细胞,RT-PCR和Western blot检测Hey1、BMP9以及GFP的慢病毒是否包装成功,碱性磷酸酶(ALP)检测早期成骨指标ALP的变化,茜素红S染色检测晚期成骨指标钙盐沉积,MTT检测Hey1对BMP9调控的C3H10T1/2细胞增值的影响,流式细胞术检测Hey1对BMP9调控的C3H10T1/2细胞周期的影响。结果:Hey1、BMP9以及GFP的慢病毒包装成功;在成骨分化早期,过表达Hey1基因可促进BMP9调控的C3H10T1/2细胞的成骨分化与增殖;在成骨分化晚期,过表达Hey1基因可促进BMP9诱导的C3H10T1/2细胞的成骨分化,并将BMP9调控的C3H10T1/2细胞周期阻滞在G1期。结论:Hey1基因可参与调控BMP9诱导的小鼠C3H10T1/2细胞的早晚期成骨分化,并对细胞的增殖与周期有一定的影响。