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

2024-07-23 Tue
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。