JWA对RANKL在成骨细胞内转运过程中的作用及机制研究

The expression of RANKL on the osteoblastic cell surface is essential for the osteoblast-osteoclast communication and the dynamic bone remodeling process. However, subcellular trafficking of RANKL and its regulatory mechanisms in osteoblastic cells is still unclear. JWA is an endoplasmic reticulum (ER)-localized protein belonging to the prenylated rab-acceptor-family interacting with small Rab GTPases, which regulate intracellular trafficking events. Previously, we have shown that JWA knockout mice showed vertebral malformation and osteoporosis, whether these phenotypes are due to the disturbance of RANKL trafficking upon JWA knockout is unknown. Here, with the molecular biology, cell biology and proteomics strategy, the role of JWA on the subcellular trafficking events of RANKL on osteoblastic cells will be studied and the underlied mechanisms of RANKL trafficking will be revealed, which would further provide the evidence for the prevention and treatment of osteoporosis.

RANKL是成骨细胞及破骨细胞间紧密有序耦联并维持骨质形成和骨质吸收动态平衡的关键。RANKL发挥作用依赖于其在成骨细胞膜上的有效表达，但目前关于RANKL在细胞内转运的机制尚未明确。PRA蛋白家族成员JWA定位于内质网，参与调控Rab1 GTP激酶介导的细胞内转运。前期利用基因剔除小鼠模型发现JWA基因剔除小鼠出现骨骼畸形、骨质疏松表型，但是否与JWA剔除影响RANKL的细胞内转运有关还不清楚。本项目在此基础上运用分子生物学、细胞生物学结合蛋白质组学技术和模型探讨JWA对RANKL在成骨细胞内转运的影响及其分子机制。本研究成果对于阐明RANKL的细胞内转运的分子机制及对以RANKL为靶标的骨质疏松的预防和治疗具有重要意义。

成骨细胞稳态及其介导的与其它骨骼细胞间的信号耦联在骨骼代谢调控中起关键作用，但其具体机制尚未明确。本项目在前期观察到JWA基因剔除小鼠出现脊柱侧弯、骨质疏松以及在体外成骨细胞模型中观察到JWA可能调控RANKL转运及表达的基础上，进一步采用丰富的分子细胞生物学研究手段结合骨骼组织形态测量术，对JWA基因缺失所致骨质疏松表型、JWA调控成骨细胞内RANKL的转运及表达以及JWA调节成骨细胞稳态的具体机制等关键科学问题进行系统深入探讨。研究结果证实并揭示了（1）JWA是新的RANKL的相互作用蛋白，通过调节RANKL-OPG复合物形成影响RANKL在成骨细胞内的转运；（2）在成骨细胞中，JWA通过内质网应激反应的关键下游分子Chop调控RANKL在成骨细胞中的表达；（3）JWA对成骨细胞稳态的维持具有重要作用，它的缺失导致成骨细胞发生内质网应激介导的细胞凋亡反应；（4）JWA基因对骨骼稳态维持具有重要作用，它的缺失导致骨骼稳态破坏，出现以成骨细胞凋亡、破骨细胞活性增加并伴有骨密度下降、骨骼完整性破坏等特征的骨质疏松表型。研究结果对于深入理解以JWA为代表的内质网应激蛋白在调控成骨细胞稳态和信号耦联中的具体机制，阐明RANKL在成骨细胞内表达和转运的分子机制具有重要意义，为理解内质网应激在骨骼代谢调控中的作用及为骨骼相关疾病的干预提供新的科学依据。依托于本课题，发表SCI论文4篇，其中本人为第一作者或通讯作者的2篇。在此课题基础上后续获得国家自然科学基金应急管理项目1项。