转录因子SOX10调控角膜缘干细胞维持及其分子机制研究

Limbal stem cell deficiency (LSCD), a severe ocular surface disease, could cause abnormality of cornea and even lead to blindness. Nowadays limbal stem cell transplantation is the most effective treatment for LSCD. However, the underlying mechanisms regulate the maintenance of limbal stem cells is still unclear. It has been shown that transcription factor SOX10 is a key regulator for the maintenance of neural crest stem cells. According to our previous works, we found that SOX10 is expressed in limbal stem cells and regulates the maintenance of limbal stem cells and corneal epithelium layer. Based on the present research advances and our previous works, here we attempt to dissect the underlying mechanisms of limbal stem cell maintenance regulated by SOX10. To achieve this goal, we will utilize the experimental models of SOX10 knockout mice in vivo and primary cultures of limbal stem cells in vitro, combined with the experimental technology of RNA-seq, RNAi, gene overexpression, ChIP-PCR, luciferase reporter analysis. We think that the outcomes from this project will promote deep understanding of the regulatory mechanisms underlying limbal stem cell maintenance and expand the possible screen candidates for LSCD casual genes. In addition, we expect that this project will have implications for the understanding and treatment of Limbal stem cell deficiency.

角膜缘干细胞缺失(LSCD)不仅会破坏角膜的结构，甚至导致失明。角膜缘干细胞移植是针对LSCD最为有效的治疗方法，但对角膜缘干细胞维持及其相关机制尚不清楚，严重阻碍了对LSCD发病机制的理解和角膜缘干细胞移植在临床上的应用。SOX10是神经嵴干细胞维持非常重要的转录因子。我们的前期工作发现表达于角膜缘干细胞中的SOX10在角膜缘干细胞及角膜上皮层结构的维持中发挥重要作用。基于国内外目前的研究现状和前期工作结果，本项目将利用已经获得的SOX10基因敲除小鼠、角膜缘干细胞体外培养技术结合RNA-seq、RNAi、基因过表达、ChIP-PCR、荧光素酶报告基因分析等技术，阐明SOX10在角膜缘干细胞维持及角膜上皮层结构中的功能及其调控分子机制。本研究不仅能完善角膜缘干细胞维持的机制，拓展导致LSCD可能的基因突变筛选范围，而且能为角膜缘干细胞在体外培养及其移植治疗提供更多的理论基础和实验依据。

角膜缘上皮干细胞（limbal epithelial stem cells，LESC）是角膜自我更新和维持的关键，缺失将导致角膜病变，严重的可以致盲。但是，目前对于LESC维持的机制尚不完全清楚，阻碍了对相关角膜疾病的医疗研究进展。SOX10是具有HMG结构域的SRY-box基因家族成员，在神经嵴干细胞或黑色素干细胞的自我更新和维持中发挥重要作用, Sox10基因的突变会导致神经嵴干细胞发育缺陷相关疾病发生，如Waardenburg综合征II型、Waardenburg综合征IV型、Hirschsprung病。基于神经嵴干细胞在角膜发育中的重要作用，本研究着重关注了SOX10在角膜缘干细胞维持中的功能及其分子机制。利用Sox10基因敲除的杂合子小鼠、体外角膜缘干细胞培养、RNAi、TUNNEL检测、荧光素酶报告分析等实验技术，发现体内SOX10下调可以导致LESC的凋亡和维持的异常。进一步的分析发现SOX10不是直接通过LESC发挥功能，而是通过调控LESC微环境中的角膜缘基质干细胞（limbal stromal stem cells， LSSC）的生长因子分泌来发挥调控作用。同时发现SOX10对SCF的表达调控是其重要的分子机制之一。此外，通过体内和体外实验，发现SOX10可以调控角膜上皮细胞的EMT(epithelial-mesenchymal transition)转换，其中SOX10对β-Catenin的转录抑制作用是其重要的分子机制。通过这一原创性研究，可以更加深入的理解SOX10在LSSC支持LESC存活中的功能及分子机制，阐明了SOX10在角膜上皮细胞损伤修复中的分子和细胞机制，进一步完善了SOX10在角膜缘干细胞及相关致病过程中的调控机理，并为干预角膜缘干细胞异常缺失或角膜损伤等疾病的医疗研究提供重要的理论依据和新思路。