DDX5通过可变剪接和G四联体展开抑制骨关节炎中的透明软骨纤维化和降解

DDX5抑制骨关节炎中透明软骨纤维化和降解的新机制

研究背景

骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是一种以关节软骨退化、变性及骨质增生为主要特征的慢性退行性疾病。透明软骨纤维化常被认为是OA的终末病变阶段,导致细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM)的变化。然而,透明软骨纤维化的机制目前尚不完全清楚。近期的单细胞测序研究显示,纤维软骨样软骨细胞在OA的病程中起到重要作用。已有研究表明,RNA解旋酶DEAD-box RNA helicase 5(DDX5)的缺失会导致软骨退化并加剧纤维样表型。然而,具体的调控机制仍需要进一步研究。

研究来源及发表信息

本文题为《Ddx5 inhibits hyaline cartilage fibrosis and degradation in osteoarthritis via alternative splicing and G-quadruplex unwinding》,由Qianqian Liu等多位作者撰写,主要来自南京大学医学院等多个机构。论文于2024年5月17日发表于《Nature Aging》期刊。文章的在线发布地址为:https://doi.org/10.1038/s43587-024-00624-0。

研究流程

研究步骤

研究分为几大步骤: 1. 发现DDX5基因在OA中的表达情况: - 利用人类患者样本和动物模型进行RNA测序分析,发现DDX5在OA发展过程中显著下调。 2. 构建DDX5缺失的小鼠模型: - 利用骨关节软骨裂解术(DMM)和自然衰老的DDX5缺失小鼠模型,发现DDX5缺失会加重软骨病变。 - 通过诱导重组酶构建条件性DDX5敲除小鼠,使用SO&FG染色法观察其软骨结构的改变。 3. RNA-seq和蛋白质组学分析: - 在DDX5敲低的ATDC5软骨细胞系中进行RNA测序和定量蛋白质组学分析,发现多种相关基因上调,尤其是与纤维化和炎症相关的基因。 4. 功能验证: - 拷问DDX5过表达对小鼠DMM模型的影响,通过腺相关病毒(AAV2)表达DDX5,可显著缓解OA进展。

实验方法与技术

主要实验方法包括: - RNA-seq:用于筛选DDX5相关的差异可变剪接事件。 - tandem mass tag (TMT) labeling-based quantitative proteomic analysis:用于定量蛋白质表达水平。 - RNA免疫沉淀PCR (RIP-PCR):确认DDX5与目标RNA的直接相互作用。 - 1H-NMR和CD光谱:研究G-四链体(G-Quadruplex,G4)结构和解旋机制。

主要研究结果

发现领域

通过一系列的实验,研究发现DDX5在OA的进展中显著下调。其缺失会导致: - 上调纤维化相关基因的表达(例如Col1,ACTA2); - 上调软骨降解酶的生成(例如MMP13,NOS2); - 减少Col2的生成,因其不能解旋Col2启动子G4结构。

数据支持

RNA-seq分析显示DDX5敲低显著上调炎症相关和纤维化相关基因,特异性削弱了含有外显子25的Fn1和含有外显子14的Plod2的产生,促使纤维化和降解基因的表达增加。NMR实验表明DDX5可以解旋Col2启动子区域的G4结构,从而促进Col2的表达。

结论与意义

本研究首次揭示了DDX5在软骨降解和纤维化中的双重抑制作用,开创性地提出DDX5通过调节Fn1和Plod2的剪接和解旋G4从而维持软骨健康。这为OA的治疗提供了一个新的方向——通过上调DDX5可能显著延缓软骨纤维化和降解的进程。

研究亮点

  • 机制新发现:首次发现DDX5通过G4解旋及可变剪接途径抑制软骨纤维化和降解。
  • 技术综合应用:利用RNA-seq,蛋白质组学及NMR技术全面深度分析DDX5的作用及机制。
  • 治疗潜力:为OA提供了新型治疗靶点,即通过上调DDX5表达来保护软骨,延缓疾病进程。

研究的进一步应用

未来的研究可以集中在: - 进一步探索如何具体调控DDX5的表达; - 评估DDX5相关治疗策略在其他软骨病变中的应用; - 开发基于DDX5及其调控机制的治疗药物或基因治疗手段。