利用基因敲除小鼠研究Cyclin G2调控破骨细胞分化和骨吸收的作用及其分子机制

Explore the underlying mechanisms of osteoclast differentiation and bone resorption are important for the prevention and treatment of bone metabolic diseases, such as osteoporosis, arthritis and tumor induced bone resorption. Our previous research found that cyclin G2 regulated osteogenesis is involved in the development of osteoporosis through inhibition of canonical Wnt/β-catenin signaling pathway, indicated the potential function of cyclin G2 on osteoclast differentiation and bone resorption. In addition, we screened cyclin G2 binding protein using hybrid systems, suggesting that it may affect the dynamic reorganization of osteoclast migration and bone resorption by regulating cytoskeleton. We also generated cyclin G2 knock out mice for future investigation. In this program, cyclin G2 knockout osteoclast precursor cells and osteoclasts generated from Ccng2-/ - mice was used to explore the regulation of cyclin G2 in osteoclast differentiation, apoptosis and the regulation of bone resorption, and to clarify the molecular mechanisms in vivo.

深入研究破骨细胞的分化及骨吸收功能的调控机制，对于骨质疏松、关节炎和骨肿瘤等多种骨代谢性疾病的预防和治疗具有重要意义。课题组前期发现cyclin G2参与骨质疏松发生发展，证实cyclin G2在成骨细胞中负性调控经典Wnt信号通路，提示其对破骨细胞的分化和功能可能具有调控作用。另外，我们筛选到的cyclin G2结合蛋白提示其可能通过调控细胞骨架动态重组，影响破骨细胞迁移和骨吸收功能。本项目利用前期已经构建的Ccng2-/-小鼠，获得cyclin G2基因敲除的破骨前体细胞和破骨细胞，用于研究cyclin G2调控破骨细胞分化、凋亡和骨吸收功能的调控作用，阐明其分子机制并在小鼠体内进行验证。通过骨质疏松疾病动物模型，明确cyclin G2调控破骨细胞分化和骨吸收在骨质疏松中的作用和分子机制，丰富破骨细胞分化和骨吸收调控理论，为骨代谢性疾病的预防和治疗提供新靶点和新方向。

破骨细胞是参与体内骨代谢的主要功能细胞，骨吸收和骨形成之间的动态平衡保证了人体骨骼健康的生理功能。本项目利用前期已经构建的cyclin G2基因敲除小鼠，获得敲除Ccng2基因的破骨前体细胞和破骨细胞，通过原代分离培养检测破骨细胞特异性分化因子的表达水平及功能，证实了cyclin G2对破骨细胞分化及其骨吸收功能的调控作用；通过检测Cyclin G2 对破骨细胞分化过程中细胞增殖、凋亡和细胞骨架功能影响，明确了cyclin G2直接调控破骨细胞分化的作用途径；通过检测Cyclin G2 对诱导原代骨髓间充质干细胞成骨分化和矿化的调节，结合成骨-破骨细胞共培养体系，证实了cyclin G2通过影响成骨细胞功能间接调控破骨细胞分化和功能的作用；体外原代分离培养cyclin G2基因敲除小鼠及对照小鼠的破骨前体细胞和破骨细胞，采用RT-PCR和Western blot等方法检测JNK和PI3K/AKT信号通路关键分子表达和磷酸化水平改变，明确cyclin G2调控破骨细胞分化及功能的分子机制；利用cyclin G2基因敲除小鼠及对照小鼠构建去卵巢绝经后骨质疏松小鼠模型，检测cyclin G2对破骨细胞特异性分化指标、成骨细胞功能及相关信号通路级联信号分子的影响，在体内验证cyclin G2调控破骨细胞分化和骨吸收功能及参与骨代谢功能失调引起小鼠骨质疏松的发生发展的作用和分子机制。本项目的完成丰富了破骨细胞分化和骨吸收调控理论，为骨代谢性疾病的预防和治疗提供新靶点和新方向。