力学响应miR-33和miR-3070a分别通过Naa15和ATP13a3调节成骨分化

MicroRNA (miR) is an important biomolecule that regulate osteoblastic differentiation. In our previous study, miR-33 and miR-3070a were differentially expressed during the osteogenesis promoted by mechanical loading. Our experiment had proved that the target genes of miR-33 and miR-3070a were N-alpha-acetyltransferase (Naa15, a subunit of a kind of transacetylase) and ATPase type 13a3 (ATP13a3, a kind of ATP enzyme), respectively，and the two target genes are both differentially expressed too. In this study, by over-expression and inhibition of both of the two miRs, using cellular and molecular biological method, the mechanism of the miRs involved in the process of mechanical loading promoted osteogenesis via target genes was revealed， and the signals transduction of “mechanical loading-biological response” in osteoblasts was studied. At the same time, by over-expression and small RNA interference of the two target genes, using gene chip and bioinformatic methods, the osteogenesis-related gene and signal pathways regulated by Naa15 or ATP13a3 were explored. This study will find new mechanoresponsive miRs and genes which regulated osteoblastic differentiation, bring a new vision of osteogenesis regulated by mechanical loading , and provide new molecular targets for prevention and cure of bone-related disease.

微小RNA（miR）是一种调节成骨分化的重要生物分子。前期研究发现miR-33和miR-3070a在力学载荷促进成骨分化中差异表达，并证实miR-33的靶基因为 Naa15（一种转乙酰酶亚基)，miR-3070a的靶基因为ATP13a3 (一种ATP酶)，这两个靶基因也差异表达。本课题采用miR过表达及抑制技术，利用细胞分子生物学手段，揭示载荷作用下miR-33和miR-3070a分别通过Naa15和ATP13a3调节细胞成骨分化的过程，探讨在成骨细胞“力学载荷-生物效应”的信号转导过程中，这两种miRs的作用机理; 同时采用基因过表达和RNA干扰技术，利用基因芯片和生物信息学手段，探讨载荷作用下Naa15或ATP13a3可能影响的成骨分化基因和信号途径。本课题将发现新的调节成骨分化的力学响应miR和基因，给力学载荷调节成骨分化的研究，带来新内容，并为防治骨相关疾病，提供新靶标。

在力学载荷影响成骨细胞分化的过程中，成骨细胞差异表达的微小RNA很可能通过调节其靶基因的表达，发挥重要作用。本项目在前期工作基础上，开展了力学载荷促进成骨细胞分化过程中，成骨细胞差异表达的miR-33、miR-3070a 分别影响其靶基因Naa15（一种转乙酰酶亚基)）、ATP13a3（(一种ATP酶） 表达的研究，探讨这两个微小RNA分别通过Naa15 和ATP13a3 ，在载荷促进成骨分化的过程中的调节作用，并分别开展了Naa15和ATP13a3本身分别在力学载荷促进细胞成骨分化过程中的调节作用的研究。. 研究结果发现：力学载荷作用下，miR-3070a通过ATP13a3影响成骨细胞的分化，在力学载荷促进成骨分化中，miR-3070a的上调导致ATP13a3下调，引起成骨分化相关指标上调， ATP13a3的小RNA干扰实验表明它的下调可促进成骨分化，ATP13a3的过表达对成骨分化影响不大；在载荷促进成骨分化的过程中，miR-33的下调可促进成骨分化，其靶基因 Naa15 的表达也相应变化，但该基因本身对成骨分化影响不明显；ATP13a3的小RNA转染成骨细胞的转录组测序结果表明：该基因影响成骨分化主要通过肿瘤坏死因子信号途径和细胞因子-细胞因子受体相互作用信号途径发挥作用。. 另外，本研究还发现miR-98-5p通过靶向CKIP-1（酪蛋白激酶2相互作用蛋白1）基因，影响成骨细胞分化。这些结果确认了在力学载荷作用下，miR-3070a通过ATP13a3，影响细胞的成骨分化，ATP13a3本身对细胞成骨分化有明显影响，发现了ATP13a3影响成骨分化的主要信号途径。这些成果确认miR-3070a和miR-33在力学载荷影响成骨分化中的调节作用，发现和确认了载荷作用影响细胞成骨分化的新的调节基因及其信号途径，丰富了成骨细胞生物力学和力学生物学的内容。