FGFR3在调节生长板软骨发育及软骨瘤样发育畸形中作用与机制研究

The abnormalities in genes regulating skeleton development will lead to a variety of diseases with maldeveloped skeleton including osteochondroma and enchondroma (OCM ). The mechanism for pathogenesis of OCM is not clarified. FGFR3 is a negative regulator of skeleton development. Gain of function mutation of FGFR3 cause achondroplasia. We recently found that knock out of FGFR3 in collagen II expressing cells caused OCM. Although enhanced IHH activity is involved in OCM, the mechanisms remain largely unclear. Based on our data, we raise these questions. Where the OCM comes from? Why conditional FGFR3 knock out leads to higher incidence of OCM? The role of SHP2, MAPK and PI-3K/AKT pathway in the regulation of skeleton development and prevention of OCM by FGFR3? In this study, we will, using a variety of Cre mice including those we generated with novel strategy and mice with genetic modification of FGFR3, SHP2, ERK1/2, AKT, study the cellular origin of OCM, the mechanism for the higher occurrence of OCM in chimera mice, and the role of SHP2, MAPK and AKT in the FGFR3 mutations related skeleton maldevelopment including OCM. Especially, we will study the mechanism for the down-regulation of AKT activity by FGFR3. These studies will provide experimental data for the development of potential preventive and therapeutic approaches for these skeleton maldevelopment.

调节骨发育分子异常可导致多种类型发育相关性骨病包括骨软骨瘤（OCM）样畸形。OCM的发生机制不完全明确。成纤维细胞生长因子受体3（FGFR3）抑制骨发育。我们发现敲除FGFR3可引起OCM，但详细分子细胞机制不清楚，比如OCM 的细胞来源？为何FGFR3嵌合小鼠比全敲除小鼠更易发生OCM? SHP2、MAPK、PI-3K/AKT等FGFR3相关信号在OCM发生中的作用等。 我们将以多种谱系特异表达及基于新理念自建的新型Cre小鼠与FGFR3、SHP2、ERK1/2、AKT等基因修饰小鼠为主要研究对象，综合应用谱系示踪、活体影像、骨培养及相关分子细胞、病理技术，探讨OCM的细胞来源及嵌合生长机制，并深入研究FGFR3对SHP2、MAPK、PI-3K/AKT的调节作用，及这些分子在FGFR3调节软骨发育及突变后所致骨骼发育异常，尤其是OCM发生中的作用，为探讨相关干预措施提供实验依据。

调节骨发育分子异常可导致多种类型发育相关性骨病包括骨软骨瘤（OCM）样畸形。OCM的发生机制不完全明确。成纤维细胞生长因子受体3（FGFR3）抑制骨发育。我们发现敲除FGFR3可引起OCM，但详细分子细胞机制不清楚。本题旨在以多种谱系特异表达及基于新理念自建的新型Cre小鼠与FGFR3、SHP2、ERK1/2、AKT等基因修饰小鼠为主要研究对象，综合应用谱系示踪、活体影像、骨培养及相关分子细胞、病理技术，探讨OCM的细胞来源，并深入研究FGFR3对SHP2、MAPK、PI-3K/AKT的调节作用，及这些分子在FGFR3调节软骨发育及突变后所致骨骼发育异常，尤其是OCM发生中的作用，为探讨相关干预措施提供实验依据。在项目的研究中，我们完成小鼠模型准备工作，引进Prx1-CreERT2、CTSK-cre等小鼠，构建了FGFR3-GFP-FLAG、FGFR3-CFP-CreERT2、Rosa26:mCFP-Cas9-KiKGR等工具小鼠，构建FGFR3敲除斑马鱼、兔及小型猪，建立活体动态观察小鼠胚胎跖骨及斑马鱼软骨发育的方法；利用FGFR3-GFP-FLAG小鼠，筛选FGFR3结合蛋白，明确FGFR3原位表达；结合FGFR3-CreERT2与报道小鼠，开展谱系研究与分离FGFR3阳性细胞进行测序；发现FGFR3、Col2a1、Aggrecan阳性的细胞参与骨软骨瘤的发生，而LysM阳性细胞（巨噬细胞/破骨细胞）不参与骨软骨瘤软骨的发生，FGFR3信号经调节巨噬细胞趋化参与关节软骨细胞退变发生；FGFR3经调节软骨细胞纤毛功能、自噬活性并经软骨细胞对成骨细胞的间接调控参与软骨发育过程的调节；利用遗传学手段，发现Shp2、AKT1及BMP1a信号均参与FGFR3对软骨发育及软骨瘤样畸形发生的调节。