锌指蛋白Zbtb20缺失导致严重早发退行性骨关节病的机制研究

Degenerative joint disorder（Osteoarthritis ，OA) is one of the most prevalent degenerative joint diseases. It has been reported that ZBTB20 mRNA was downregulated in articular chondrocytes from human OA patients , mutation in human ZBTB20 caused severe joint contractures. The underlying mechanisms remain unclear. Our preliminary data showed that chondrocyte-specific Zbtb20 knockout mice developed severe early-onset OA indicating ZBTB20 plays an essential role in the articular homeostasis. To reveal the role of zbtb20 in the articular homeostasis and OA progression, in this project, we plan to analyze the expression of Zbtb20 in articular chondrocytes from different OA models. By taking advatage of the inducible conditional gene knockout strategy, we’ll analyze the effect of Zbtb20 deletion on articular homeostasis in adult mice, including the rate of progression and severity of OA, articular chondrocytes senescence, apoptosis, proliferation and differentiation. We will go further to screen and confirm Zbtb20’s critical target genes and underlying molecular mechanisms.

退行性骨关节病（骨性关节炎）是一种高发的退行性疾病。锌指蛋白Zbtb20是申请人所在课题组自主发现并率先报道的转录因子。临床资料显示，ZBTB20在退行性骨关节病的关节软骨中表达下调，而且人类ZBTB20基因点突变会引起广泛的关节功能受限，相关机制尚不清楚。我们前期工作发现软骨细胞特异性Zbtb20基因敲除小鼠呈现严重的早发性退行性骨关节病，提示ZBTB20是调控关节软骨稳态的重要分子。在此基础上，本课题拟分析、揭示Zbtb20在不同退行性骨关节病模型中的表达特征；利用可诱导性条件性基因敲除小鼠模型深入分析成熟关节软骨缺失Zbtb20对该疾病易感性的影响；并从关节软骨细胞的衰老、凋亡、增殖和分化等方面探索可能的细胞和分子生物学机制，筛选并验证Zbtb20的下游靶基因, 以明确该分子在关节软骨稳态维持中的生理调节机制及其在退行性变中的病理作用机制，揭示退行性骨关节病的新机制。

为了揭示转录因子Zbtb20基因在关节软骨稳态维持中的作用，本项目系统分析了Zbtb20在退行性骨关节病（OA）模型中的表达特征；利用可诱导性条件性基因敲除小鼠模型深入分析成熟关节软骨缺失Zbtb20后对OA易感性以及其细胞学和分子生物学的变化特征；并筛选了其关键的下游靶基因。研究主要取得以下进展：（1）Zbtb20蛋白在DMM手术诱导的OA膝关节软骨细胞中表达明显下调。（2）小鼠成年关节软骨缺失Zbtb20基因后对DMM手术诱导的OA易感性与野生型相比未见明显升高,但会导致更严重的自发性OA表型，主要表现为大量骨赘形成，关节严重变形。（3）小鼠关节软骨缺失Zbtb20基因后导致缓慢增殖的关节软骨细胞过度增殖，未见明显的凋亡发生。（4）RNA-seq分析发现Zbtb20基因敲除导致关节软骨细胞中一系列印迹基因和细胞周期相关基因mRNA上调表达， WNT信号通路和细胞外基质的某些分子mRNA表达水平改变。（5）CUT&Tag分析表明Zbtb20在体内结合于部分上调表达的印迹基因的启动子区，说明对这些印迹基因具有直接调控作用。本研究结果表明Zbtb20通过抑制一系列印记基因的表达而维持关节软骨细胞处于可控的缓慢增殖状态，从而对于关节软骨出生后的发育和稳态维持具有不可或缺的重要作用。