[00333555]成骨细胞内ERK5和XIAP信号之间的正负反馈调控机制的研究

1、课题来源 本课题来源于《成骨细胞内ERK5和XIAP信号之间的正负反馈调控机制的研究》,起止年限：2019年01月 至2020年12月。 2014年,Takeda等人发现XIAP可以调控ERK5的磷酸化水平,为负调控机制。XIAP（BIRC4）是凋亡蛋白X相关的抑制剂,它被认为是Caspases的有效抑制剂,也就是说XIAP蛋白表达增多可以抑制细胞凋亡的发生,是一个保护性因子。上述研究进一步显示,MEKK2和MEKK3是XIAP的直接泛素化底物,MEKK2/3泛素化后可以与磷酸化MEK5相互作用结合,但是却阻止与ERK5形成三元复合体,最终抑制ERK5的磷酸化。这里出现了一个问题,ERK5的磷酸化和XIAP的表达均会抑制细胞凋亡,为什么XIAP会下调ERK5的磷酸化水平呢？通过我们的实验,可以明确XIAP和ERK5之间不仅仅存在负调控的机制,也存在正调控和负反馈机制,将极大的丰富生物力学调控机制的研究,也为相关临床疾病的治疗提供新的治疗靶标。 2、课题研究意义和目标 我们进行此项课题目的是为了阐明MERK5和XIAP之间的信号转导机制,即：1.ERK5的磷酸化会促进XIAP的表达,是一种正调控机制;2.通过对ERK5信号通路与骨质疏松相关性的研究,进一步明确了成骨细胞凋亡的分子机制,同时对临床治疗骨质疏松等疾病提供新的潜在治疗靶点,丰富细胞力学相关理论,完善骨质疏松研究领域中的分子形成机制,为将来治疗骨质疏松提供新的药物治疗靶标以及为骨科相关疾病治疗提供理论基础。 3、主要论点与论据 通过研究,我们发现流体剪切应力（FSS）或表皮生长因子（EGF）促进的 ERK5 的磷酸化会促进 XIAP 的表达,这是一种正调控机制。此外,ERK5信号通路在成骨细胞中的作用非常重要,尤其是在成骨细胞的增殖、分化、凋亡中发挥着不可或缺的作用。按照预定计划,本课题组对于ERK5信号通路与XIAP之间的正反馈机制。同时,我们还对ERK5信号通路参与骨质疏松的形成和发展以及骨质疏松形成的具体机制分别进行了实验研究。 （1）加载流体剪切应力后成骨细胞MC3T3-E1内P-ERK5和XIAP表达增加 流体剪切应力可以促进ERK5信号通路活化,进而使得其PERK5表达增高。与此同时,我们发现流体剪切应力可同时促进XIAP的表达增高。 （2）表皮生长因子EGF作用下成骨细胞MC3T3-E1内P-ERK5和XIAP表达增加 表皮生长因子EGF可以促进ERK5信号通路活化,进而使得其PERK5表达增高。类似于加载流体剪切应力,我们发现表皮生长因子EGF亦可促进XIAP的表达增高。 （3）ERK5-siRNA沉默成骨细胞MC3T3-E1细胞ERK5基因后XIAP蛋白表达减少 MC3T3-E1细胞中转染ERK5-siRNA后,ERK5的表达明显减少。进而,我们发现沉默ERK5基因后,XIAP蛋白的表达下降。 4、创见与创新 （1）首次明确ERK5和XIAP之间的正反馈调控机制; （2）丰富和完善了成骨细胞凋亡的分子机制,通过动物实验的深入研究,进一步证实了ERK5信号通路参与骨质疏松的形成和发展,丰富和完善骨质疏松形成机制,为将来临床治疗骨质疏松和其他骨代谢疾病提供新的理论支持和治疗靶点。 5、社会经济效益,存在的问题 本项目首次明确ERK5和XIAP之间的正反馈调控机制;同时丰富和完善了成骨细胞凋亡的分子机制,通过动物实验的深入研究,进一步证实了ERK5信号通路参与骨质疏松的形成和发展,丰富和完善骨质疏松形成机制,为将来临床治疗骨质疏松和其他骨代谢疾病提供新的理论支持和治疗靶点。在具体实验过程中,有关于ERK5信号通路与XIAP之间的负反馈机制及观察XAF1和Smac/DIABLO的表达实验的内容,因实验经费和条件等因素限制,未能进行。同时,实验具体方案及步骤在实际实验操作中有所变更及优化,由于时间关系,还有一些成果待整理。