成骨细胞分化调控概览

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1、TheRegulatoryLandscapeofOsteogenicDifferentiationAbstract间质干细胞（MSCs）向成骨细胞的分化是骨发育和动态平衡的一个完整的部分，当它被不恰当地调控时，可能产生疾病，比如骨癌或骨质疏松。利用无偏倚的高通量方法，我们描述了在人类MSCs向骨谱系分化的过程中，基因表达，组蛋白修饰，以及DNA甲基化方面整体改变的图景。此外，我们第一次提供了一份基因组范围上的，关于骨主要调控转录因子Runt相关转录因子2（RUNX2）在人类成骨细胞中DNA结合位点的描述，显示出目标基因与增殖，迁移及凋亡调控有关，并与p53调控的基因有

2、明显的重叠。这些发现扩展了正在出现的证据，这些证据是关于RUNX2在癌症，包括骨代谢，以及p53调控网络中有作用的。我们进一步揭示了RUNX2结合在远端的调控元件，启动子上，还有很高的频率结合在基因的3’末尾上。最后，我们识别出了TEAD2和GTF2I是一种新的成骨调控因子。Introduction间质干细胞或者基质细胞（MSCs）有多谱系潜能，可以向成骨，成脂，成软骨，还有其它谱系分化（1）。MSCs出现在骨髓和其它间质组织中，可能迁移到损伤或炎症处，参与组织修复（2）。MSCs可在体外条件下被纯化并向成骨细胞分化，这为从分子上研究成骨提供了方便的工具（1）。关于这

3、一过程的更多知识，对基础研究及MSCs在骨骼再生医学上的临床应用都是十分重要的（3），同样地，理解它在骨病中失调的情况也很重要，比如说癌症。在这点上，非常有意思的是骨肉瘤，最常见的骨原发恶性肿瘤，可能是由基因及表观遗传上的改变打断了MSCs向成骨的分化所致（4）。干细胞分化受基因表达的变化所高度调控，这种变化在转录水平上与DNA或染色质结合在转录调控子上有关，或是与染色质图像的局部改变有关（5~7）。高通量方法的发展，比如RNA测序（RNA-Seq），以及染色质免疫沉淀及测序（CHIP-Seq），使人们可以对这种改变。在基因组水平上进行描述（8，9）举例来说，RNA-

4、Seq可以系统性地发现启动子与外显子的轮流使用（10），而CHIP-Seq显示特定的组蛋白修饰区域，以及这些变化是如何改变基因活性的（5，8）。CHIP-Seq也使人们可以发现基因组结合位点，并为广泛的转录因子（TFs）寻找目标基因（11，12）。此外，综合基因组分析可以在整个基因组中识别功能区域，比如启动子和增强子，这些成果又可以被用来丰富新的转录因子结合位点（TFBS）分布，以帮助发现新的生物过程调控因子（5）。在单倍体RUNX2缺乏患者中的骨骼发育缺陷（13），或是Runx2缺合子（nullizygous）小鼠中骨化骨的缺失（14，15），揭示了RUNT相关转录

5、因子2（RUNX2，即CBFA1）对于骨的发育是不可或缺的。在成骨中，RUNX2涉及调控增殖，迁移，定型，以及向成骨谱系的分化（16~19）。RUNX2对上游信号起反应，调控基因的表达，这些上游信号包括TGFB，BMP及Wnt信号通路（20~23）；但是，成骨细胞中的下游目标被描述得就没有那么好。除了它在发育和失调中的作用，RUNX2还为人所知的是涉及肿瘤形成；RUNX2与MYC原癌基因协同，在造血谱系中启动瘤变发生（24），近期的证据提示在乳腺癌和前列腺癌细胞中，RUNX2的肿瘤生长和代谢属性（25~27）。在骨肉瘤中，RUNX2常常是过度表达的，这与预后不良有联系

6、（28）。有趣的是，关于RUNX2和p53相互作用的证据开始浮现，包括因DNA损伤locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcame所致的RUNX2抑制p53介导的基因表达（29），以及p53依赖性RUNX2蛋白水平调控的证

7、据（30）。我们描述了从非肿瘤生成性，不死化的MSC细胞系向成骨分化过程中的转录组及表观基因组上的特征。此外，我们第一次报导了骨主要调控因子RUNX2在人类成骨细胞中的基因组范围的结合位点，并揭示了2000多个目标基因，这些目标基因为研究骨生物学中RUNX2的转录调控作用提供了新的亮光。我们也利用组蛋白CHIP-Seq产生的表观基因组特点来识别与分化诱导性染色质改变有关的启动子，并预测TEAD2和GTF2I是这些启动子的新调控因子。最后，通过沉默TEAD2和GTF2I的表达，我们确认了这些转录因子在调控成骨分化方面的作用。MaterialsandMe