骨組織細(xì)胞對力學(xué)信號的感應(yīng)回懦、傳遞與解析是骨代謝調(diào)控領(lǐng)域最為重要的問題，尤其在航天失重性骨丟失與長期臥床導(dǎo)致的骨丟失發(fā)生過程中更為關(guān)鍵次企。中國航天員科研訓(xùn)練中心李英賢團(tuán)隊(duì)長期致力于失重生理效應(yīng)作用機(jī)制研究怯晕。2022年2月24日，該團(tuán)隊(duì)關(guān)于骨重塑力學(xué)調(diào)控機(jī)制的研究成果“Mechanosensitive lncRNA?Neat1?promotes osteoblast function through paraspeckle-dependent?Smurf1?mRNA retention”在《Bone Research》（IF:13.567）以原創(chuàng)論著形式發(fā)表缸棵。
該研究揭示長鏈非編碼RNA Neat1在成骨細(xì)胞的力學(xué)信號感應(yīng)過程中發(fā)揮著重要調(diào)控作用贫贝，對模擬失重信號的響應(yīng)尤為敏感。定位于成骨細(xì)胞核內(nèi)的Neat1長鏈Neat1-2通過液-液相分離形成無膜細(xì)胞器-核旁斑蛉谜，相分離的形成受超重稚晚、失重、流體剪切力型诚、軟硬基質(zhì)膠等不同力學(xué)信號的影響客燕，介導(dǎo)了力學(xué)信號對骨形成的關(guān)鍵調(diào)控作用。
研究內(nèi)容
研究人員通過對回轉(zhuǎn)模擬失重效應(yīng)的成骨細(xì)胞RNA進(jìn)行深度測序分析狰贯，篩選到一系列差異表達(dá)的長鏈非編碼RNA也搓，其中Neat1變化最為明顯。在回轉(zhuǎn)模擬失重涵紊、超重傍妒、流體剪切力及軟硬基質(zhì)膠等不同的力學(xué)刺激條件下，Neat1在成骨細(xì)胞中呈現(xiàn)不同的變化特征摸柄。以Neat1為核心形成的相分離結(jié)構(gòu)—核旁斑（paraspeckle）颤练，其數(shù)目和形態(tài)與不同力學(xué)刺激密切相關(guān)。模擬失重條件下驱负，成骨細(xì)胞內(nèi)核旁斑數(shù)目減少嗦玖，面積變小。相反跃脊，在超重狀態(tài)下宇挫，核旁斑數(shù)目增多，面積增大酪术，呈現(xiàn)凝聚狀態(tài)器瘪。流體剪切力及硬基質(zhì)膠均可促進(jìn)核旁斑的形成。Neat1的表達(dá)水平及核旁斑的數(shù)目隨著成骨細(xì)胞分化呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢绘雁。干擾Neat1的表達(dá)或者破壞核旁斑的結(jié)構(gòu)均會抑制成骨細(xì)胞功能橡疼。
在骨質(zhì)疏松病人的骨組織中NEAT1的水平顯著低于正常人，在去負(fù)荷導(dǎo)致失重性骨丟失的小鼠骨組織中咧七，Neat1的水平也顯著降低衰齐。然而，在運(yùn)動鍛煉的小鼠骨組織中继阻，NEAT1的水平是明顯增加的耻涛。通過對Neat1基因敲除小鼠的骨表型分析發(fā)現(xiàn)废酷，Neat1缺失導(dǎo)致小鼠骨密度及骨強(qiáng)度顯著下降，皮質(zhì)骨的厚度變薄抹缕，骨形成速率顯著降低澈蟆，骨組織及血清中的成骨標(biāo)志因子明顯下降。Neat1基因敲除的成骨細(xì)胞卓研，其成骨能力顯著降低趴俘。
為了進(jìn)一步揭示Neat1促成骨的作用機(jī)制，該團(tuán)隊(duì)利用RIP-Seq對核旁斑滯留的mRNA進(jìn)行測序（???測序數(shù)據(jù)見于國家基因庫生命大數(shù)據(jù)平臺CNGBdb奏赘，項(xiàng)目編號為：CNP0002309）寥闪，通過KEGG分析發(fā)現(xiàn)這些mRNA大多與泛素介導(dǎo)的蛋白降解及RNA的運(yùn)輸相關(guān)。通過RNA pull-down磨淌、核質(zhì)分離及原位雜交實(shí)驗(yàn)證實(shí)了E3泛素連接酶Smurf1在介導(dǎo)Neat1和核旁斑對成骨細(xì)胞功能調(diào)控過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用疲憋。核旁斑將Smurf1?mRNA滯留在核內(nèi)，阻止其出核翻譯成蛋白梁只，從而降低了Smuf1對靶蛋白RUNX2的泛素化降解缚柳，實(shí)現(xiàn)了其促進(jìn)成骨細(xì)胞功能的作用。
體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)搪锣，Neat1基因缺失的成骨細(xì)胞中核旁斑消失秋忙，同時Neat1基因缺失的成骨細(xì)胞對回轉(zhuǎn)模擬失重、超重构舟、流體剪切力及軟硬基質(zhì)膠等力學(xué)刺激不再發(fā)生響應(yīng)性變化灰追。并且Neat1基因敲除抑制了力加載對小鼠骨形成能力的促進(jìn)作用。同樣旁壮，對去負(fù)荷導(dǎo)致的骨丟失效應(yīng)也變得不明顯监嗜。體內(nèi)、外實(shí)驗(yàn)共同說明了以長鏈非編碼RNA?Neat1為核心的相分離結(jié)構(gòu)在介導(dǎo)力學(xué)刺激對成骨功能的影響中發(fā)揮著關(guān)鍵的調(diào)控作用抡谐。
研究意義
該研究發(fā)現(xiàn)是骨組織細(xì)胞響應(yīng)力學(xué)信號機(jī)制的新突破。在此之前桐猬，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜機(jī)械力敏感的離子通道蛋白Piezo1在成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞的力學(xué)感應(yīng)中發(fā)揮著決定性的作用麦撵，細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣通道蛋白TMCO1通過對胞質(zhì)鈣的調(diào)控介導(dǎo)了失重性骨丟失的發(fā)生，miR-214等非編碼蛋白在該過程中也發(fā)揮著重要的調(diào)控作用溃肪。本次發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步揭示了在成骨細(xì)胞的細(xì)胞核里免胃，由Neat1介導(dǎo)形成的核旁斑在細(xì)胞響應(yīng)力學(xué)信號過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。由此可見惫撰，在骨組織內(nèi)骨/成骨細(xì)胞感應(yīng)力信號羔沙、傳導(dǎo)力信號并進(jìn)一步解析力信號是一個復(fù)雜的過程，深入解析其發(fā)生機(jī)制是航天失重性骨丟失檢測及對抗防護(hù)的基礎(chǔ)厨钻。我國空間站的建設(shè)將為后續(xù)真實(shí)失重條件下的研究提供更多的機(jī)會扼雏。
中國航天員科研訓(xùn)練中心助理研究員柳彩芝坚嗜、研究生高行程和助理研究員李玉恒為該文章共同第一作者，中國航天員科研訓(xùn)練中心李英賢研究員诗充、凌樹寬研究員和厲建偉副研究員為文章共同通訊作者苍蔬。該項(xiàng)工作得到了空間站工程航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的支持。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41413-022-00191-3
參考文獻(xiàn)：
Liu C, Gao X, Li Y, Sun W, Xu Y, Tan Y, Du R, Zhong G, Zhao D, Liu Z, Jin X, Zhao Y, Wang Y, Yuan X, Pan J, Yuan G, Li Y, Xing W, Kan G, Wang Y, Li Q, Han X, Li J, Ling S,?Li Y. The mechanosensitive lncRNA Neat1 promotes osteoblast function through paraspeckle-dependent Smurf1 mRNA retention. Bone Res. 2022 Feb 24;10(1):18. doi: 10.1038/s41413-022-00191-3.
