Osterix：与成骨细胞分化和骨形成有关的转录因子

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1、Osterix：与成骨细胞分化和骨形成有关的转录因子45678910?anovelregulatorofosteoblastfunctions.JBiolChem,1999,274:17123 一 17131.factorinbone:itsroleinosteoblastproliferationanddifferentiationin vitroandboBeformationinvivo.JCellPhysiol,2003.196:51.62.Metab,2000,279:E570 一 E576.Cel1BiolChem,2000,77:103-l15.tissuegrowthfacto

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4、siol,2002,192:5563.12NakanishiT.YamaaiT.AsanoM.eta1.Overexpressionofconnectivetis. suegrowthfactor/hypertrophicchondrocytespecificgeneproduct24de-physResCommun,2001,281:678-681.13NishidaT,KubotalS,KojimaS,eta1.Regulationofdefectsintheat-tic? ularcartilageinratkneejointsbyconnectivetissuegrowthfactor

5、/hyper- trophicchondrocyte-specificgeneproduction24(CTGF/HCS24).JSBMR WORKSHOP1:DifferentiationandRegenerationofBoneandCartilage JWS-1htmtrophicchondrocyte-specificgeneproduct,ontheproliferationanddiffer? entiationofosteoblasticcellsinvitro.JCellPhysiol,2000,184:197- 206.(收稿日期:2003.11-25)Osterix :与成

6、骨细胞分化和骨形成有关的 转录因子乔建瓯综述宁光王铸钢审校 【摘要】Osterix（Osx）是一种新发现的与成骨细胞分化和骨形成有关的转录因子, 只在发育的骨组织中特异性表达.Osx基因剔除的Osx（一/一）小鼠完全丧失骨形成能力.Osx（一/ 一）小鼠/胚胎间叶细胞仍能正常表达Runx2,Osx可能位于成骨细胞分化路径中Runx2的下游，前 成骨细胞分化为成熟的成骨细胞需要Osx的存在.同时Osx可能是转录因子Sox9和软骨细胞的一种负向调控子，可阻止骨/软骨祖细胞向软骨细胞的分化.【关键词】转录因子;成骨细胞;骨生成；OsterixOsterix（Osx）是新近由Nakashima等发现的

7、一种含有锌指结构的转录因子，属于Sp/XKLF家族.有研究表明,Osx只在发育的骨组织中特异性表达，而且是成骨细胞分化和骨形成过程中所必需的关键物质.1Osx的结构及定位Osx是一个由428个氨基酸组成的蛋白质，其分作者单位:200025上海第二医科大学附属瑞金医院内分泌代谢科，上海市内分泌代谢病临床医学中心，上海市内分泌代谢病研究所（乔建瓯,宁光）;201203上海南方模式生物中心（王铸钢）;第一作者现在:E海南方模式生物中心201203子质量为46ku.Osx的c末端存在3个c，H，型的游是一串和EGR.1（一种早期生长应答基因的产物）区域氨基酸相似的碱性氨基酸，这些氨基酸对核定酸的转录激

8、活区域（27.192位氨基酸残基）.因此Osx是一种新的具有典型转录因子结构特征的多肽.Osx的定位局限于细胞核.小鼠Osx基因(符 号sp7)位于小鼠15号染色体Wntl0b和Itga5之问， 预测人类SP7基因可能位于染色体12q13.2Osx的表达和调控Nakashima等对小鼠胚胎和新生小鼠的组织的 研究发现,Osx转录产物最早出现在分化中的软骨 细胞中和13.5d胚胎的外周软骨膜中.其后不久， 强烈表达于所有与骨小梁相关的细胞以及那些与骨 领发育相关的细胞，牙胚的间叶细胞也显示出阳性纤维细胞中表达.Osx的表达可能受到多种因素的影响和调控， 这其中骨形态形成蛋白(BMP) 2,Msx

9、2(一种与果蝇 肌肉节段同源盒样基因家族相关的同源盒基因的转BMP蛋自家族,是最早发现的促进骨生成和成骨细 胞分化的物质之一.逆转录(RT) PCR及Northern 印迹均显示软骨细胞经BMP 一 2处理后24h内Osx 转录产物增加，且BMP 一 2对Osx基因的这种作用诱导Runx2失活的细胞表达Osx，而且这个过程能 被反义的Dlx5所阻断，因而推断BMP 一 2是通过Dlx5现,初级大动脉成肌纤维细胞在Msx2作用下其Osx表达上调10倍.3Osx的功能3.1Osx对骨形成的作用Nakashima等研究发现,合性Osx基因剔除小鼠呼吸困难,很快出现紫绀，在 出生后15min内死去;小

10、鼠前肢和后肢均严重内 弯.染色结果显示,15.5d的Osx（一/一）小鼠胚胎 中无矿化反应;新生的Osx（一/一）小鼠骨骼标本中 以膜内骨化方式形成的所有面部和头盖骨骨骼均存式形成的骨骼成分（包括肋骨，肢体骨和椎骨）均有 发育不良,呈弯曲变形,但是没有出现关节的不规则Osx基因剔除小鼠胚胎软骨内骨骼成分中,也确实 发现有一种致密的间充质自骨膜/软骨膜中出现并 与血管和破骨细胞一起侵入肥大软骨细胞区域，然 而这种间充质细胞在分化中被阻断从而不能积累骨 基质，所以在这种间充质的基质中不能发生骨化过 程.同样，在膜性骨骼成分的致密间充质也不能发导致严重的长骨弯曲.基因剔除小鼠胚胎中，成骨细胞的分化也

11、受到阻碍. 研究发现，在膜性骨骼的致密间充质和软骨内骨骼 的骨膜及间充质中，成骨细胞分化的各种标志物的 表达水平严重降低或者缺如，这些标志物包括I型钙素作为一种高度特异性的晚期成骨细胞标志物,性骨骼成分中却未见表达，由此可见成骨细胞的分由于成骨细胞分化，成熟受到抑制从而导致了骨形 成的缺失.胞具有软骨细胞特有的圆形特征，且表达软骨细胞 的特征性标志物.因此,Osx可能具有抑制骨/软骨 祖细胞向软骨细胞分化的功能.4Osx和Runx2的关系Runx2是具有异聚体的转录因子多瘤病毒增强 结合因子2/核结合因子(PEBP2/CBF)的a亚单位. 成骨细胞在体内和体外都可表达高水平的Runx2, Ru

12、nx2失活突变也可以严重影响成骨细胞的分 化.虽然Osx和Runx2基因剔除小鼠/胚胎的表 型特征都是骨形成的缺失以及缺少分化的成骨细Runx2在骨形成中有两个作用,首先,它在软骨内和 膜性骨骼的间充质祖细胞向成骨细胞的分化中起重 要作用，其次它可刺激肥大软骨细胞的分化，因此 Runx2基因剔除小鼠胚胎的表型是两种功能同时失 活的结果.而在Osx基因剔除小鼠/胚胎中，骨形成 的缺失似乎完全归因于成骨细胞分化能力的丧失. 另外，在Runx2基因剔除小鼠软骨内骨骼成分的骨 膜中未检测到Osx的转录产物，但Runx2在Osx失 活胚胎中的表达却是正常的，这说明Osx不是Runx2 表达所需的转录因子

13、，相反人们推测Osx位于成骨 细胞分化路径中Runx2的下游且Runx2为Osx表达 所必需J.5成骨细胞分化的分子路径研究人员以Osx基因剔除小鼠/胚胎的表型特征为基础提出了成骨细胞分化的模式.首先，成骨细胞祖细胞经过一步或者几步分化为前成骨细胞； 在这个过程中Runx2和核结合因子口(Cb)起着重 要的作用，这些前成骨细胞不表达经典的成骨细胞骨骼中的前成骨细胞向成骨细胞分化，同时这些细胞还可表达包括Sox9,Sox5,Co/2al和lhh在内的 几种具有软骨细胞特征的标志基因，因此这些前成 骨细胞仍然拥有向成骨细胞或者软骨细胞分化的双化为成熟的有功能的成骨细胞并且表达特征性的成几种成骨细胞

14、标志基因的启动子区域均包含Runx2 的结合位点，且在体外DNA转染实验中Runx2能够 提高这些标志基因的活性,因此很可能是Runx2.cb异聚体和其他转录因子或者信号分子一起与Osx协同作用，激活这些成骨细胞标志基因的表达，信号分子包括p300,OAZ以及Smad复合体等，其中 Smad复合体是成骨细胞分化途径中重要的信号转 导分子，而Tob,c.Ski,SnoN,SIP1等则被认为是可能 的转导抑制因子J.成骨细胞和软骨细胞可能起源于一种共同的祖 细胞,这种祖细胞的双向分化潜能在前成骨细胞中 仍然保留，而在Osx基因剔除后，所有细胞均具有软 种负向调控子，在骨形成过程中阻止具有双向分化

15、潜能的骨/软骨祖细胞选择性地向软骨细胞分化J. 最近的研究表明Sox是决定骨/软骨祖细胞向软骨 细胞分化的关键转录因子.,因此Osx的这种功能 可能是通过抑制Sox9的表达和完全确立成骨细胞 的表型得以实现的.6展望Osx是一种对成骨细胞分化很重要的转录因 子，前成骨细胞分化为成熟的有功能的成骨细胞需种负向调控子，可阻止骨/软骨祖细胞向软骨细胞谢疾病如骨质疏松的研究具有现实意义，对Osx的深入研究可能极大地推进抗骨质疏松药物的研发工作.但是仍然有很多问题没有解决，例如影响Osx表达的信号通路有哪些，其他的转录因子是如何与Osx相互作用的，Osx和Runx2是否彼此协同作用激活那些成骨细胞特异性

16、的下游靶基因,如果是的话，实现的具体途径如何，等等.故仍需进一步的研究.参考文献transcriptionfactorosterixisrequitalforosteoblastdifferentiationand boBeformation.Cell，2002，108:1729.2ChengSL，ShaoJS，Charltongenesisandsuppressesadipegenicdifferentiationofmultipotentmesen chymprogenitors.JBiolChem，2003,278:45969-45977.ostefixgeneexpressioninc

17、hondrocytes.JCellBiochem，2003,88:1077 1083.4LeeMH,KwonTG,ParkHS,eta1.BMP-2?inducedosterixexpressionisCommun,2003.309:689694.specificgeneexpressionmediatedbytheruntdomaintranscriptionfactorPEBP2/CBF.GenesCells,1999,4:685. 696.6OttoF,ThomellAP,CromptonT,eta1.Cbfal,acandicategeneforclei- doeranialdyspl

18、asiasyndrome,isessentialforosteoblastdifferentiation andbonedevelopment.Cell,1997,89:765-771.inacompletelackofboneformationowingtomaturationalarrestof08- teoblasts.Cell,1997,89:755.764.oclastdifferentiation.0ralDis,2002,8:147.159.9KarsentyGThegenetictransformationofbonebiology.GenesDev, 1999,13:3037-3051.Sox9hasessentialrolesinsuccessivestepsofthechondrocytedifferenti.Dev,2002,16:2813-2828.blastdifferentiationandboneformation.Tren&Genet,2003,19:458.466.（收稿日期:2003.10.21）