Dlx2基因过表达通过调控TGF-β信号通路参与第一鳃弓畸形发生

The first arch syndromes are characterized by abnormalities of maxillofacial bones derived from the first branchial arch neural crest mesenchyme. Several distinct syndromes affecting this region of the face have been described, but the pathogenesis of most of these diseases is not yet clear. The Dlx2 homeobox transcription factor plays important roles in regulating facial bone development from the first branchial arch mesenchyme. Recent studies indicate that Dlx2 regulates the TGF-β signaling pathway, one of the most important molecular pathways in bone formation. We have successfully established a maxillofacial-specific Dlx2 over-expression transgenic mouse model. This mouse model presents osteogenic differentiation disorders in the maxillofacial bones derived from the first branchial arch. To further explore the mechanism of first arch deformity, we will perform further phenotypic analyses and use the TGF-β pathway gene microarray to identify interacting factors and downstream targets of Dlx2 in the regulation of maxillofacial bone development, and then use Co-IP analysis to verify these gene. Moreover, we will compare Dlx2 expression and osteogenic differentiation in the maxillofacial osteoblasts derived from patients with first arch syndromes and controls without the disease. These combined transgenic mouse model and human clinical studies will identify new mechanisms invovling Dlx2 and the TGF-β pathway in the pathogenesis of maxillofacial diseases. Data from this research will help development of new strategies for the prevention and treatment of maxillofacial bone disorders.

第一二鳃弓综合征是以第一鳃弓衍生的颌面骨组织发育异常为特征的常见病，诊治繁琐且效果欠佳，其发病机制尚未明确。Dlx2基因对第一鳃弓发育起着重要调控作用。我们前期已构建颌面部特异性过表达Dlx2的转基因小鼠，其出现第一鳃弓衍生骨组织的成骨分化障碍和形态异常如偏颌反颌。文献回顾显示Dlx2基因与TGF-β通路有密切关系，可能通过与TGF-β通路中的某些基因相互作用参与成骨分化调控。因此，本研究提出假说：Dlx2过表达通过调控TGF-β通路参与第一鳃弓畸形发生。拟利用已建动物模型，通过质谱分析和免疫共沉淀技术，确定与Dlx2转录因子相互作用的TGF-β通路基因，并在体外颅神经嵴细胞模型和人类第一二鳃弓综合征患者颌骨细胞中验证。揭示 Dlx2 过表达是否通过调控TGF-β信号通路参与第一鳃弓畸形发生，及其分子机制。为深入理解第一鳃弓发育畸形提供新理论，为该疾病的预防和治疗提供新的基因作用靶点。

第一二鳃弓综合征是以第一鳃弓衍生的颌面骨组织发育异常为特征的常见病，其发病机制尚未明确。Dlx2 基因对第一鳃弓发育起着重要调控作用。文献回顾显示 Dlx2基因敲除小鼠出现第一鳃弓衍生骨组织的成骨分化障碍。Dlx2 基因与 TGF-β通路有密切关系，可能通过与 TGF-β通路中的某些基因相互作用参与成骨分化调控。本研究首次建立了Dlx2在神经嵴细胞特异性过表达转基因小鼠，表型分析显示Dlx2过表达可能引起小鼠发育过程中的偏颌反颌、下颌骨髁突退行性变化和小脑发育畸形，原因可能是Dlx2基因过表达影响了颅神经嵴细胞迁移过程中的黏附、增殖和分化。Dlx2是同源盒基因，也是转录因子，其主要通过靶向性的结合于特定的核酸序列发挥调控作用。在细胞分子层面，本研究发现Dlx2可以体外明显促进小鼠颅骨来源的成骨细胞MC3T3-E1 细胞系的体外成骨能力，且其促进成骨的能力主要是通过靶向结合TGF-β家族的osteocalcin基因的上游1110bp~1113bp左右的启动子区域完成，这种靶向的结合合并后续的对osteocalcin基因上调的表达共同完成了Dlx2促进成骨向分化的完成。临床收集了199名第一二鳃弓患者资料，最终选取了一个第一二鳃弓家系，两组第一二鳃弓双胞胎患者及其父母进行DNA 外显子测序研究，其中两组第一二鳃弓双胞胎患者均为同卵双胞胎，并只有其中一人患病。根据测序数据，现已初步筛选出43个候选基因，其中两对双胞胎患者均出现了MUC4基因突变。在第一二鳃弓家系的研究中，我们亦发现了EYA1基因表达异常，现有文献表明，，EYA1基因与同源盒基因Six1基因相互作用，影响第一二鳃弓的发育，并主要表现为耳部发育异常，症状包括与第一二鳃弓症状极为类似的外耳道闭锁，外耳廓畸形等。因此，课题组将Six1(现已证明与外耳发育密切相关)等纳入研究范围，分析其在第一二鳃弓综合征发生中所发挥的作用，进一步研究突变基因在第一二鳃弓发育、畸形发生中发挥的作用并发现其相互作用。并通过动物实验进行验证。