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纳米形貌促进间充质干细胞成骨分化的表观遗传调控网络

 

Authors Lv L, Liu Y, Zhang P, Bai X, Ma X, Wang Y, Li H, Wang L, Zhou Y

Received 22 March 2018

Accepted for publication 29 June 2018

Published 20 September 2018 Volume 2018:13 Pages 5605—5623

DOI https://doi.org/10.2147/IJN.S168928

Checked for plagiarism Yes

Review by Single-blind

Peer reviewers approved by Dr Alexander Kharlamov

Peer reviewer comments 2

Editor who approved publication: Dr Linlin Sun

背景:二氧化钛纳米管作为纳米形貌的代表,能够促进间充质干细胞的成骨向分化。本课题通过高通量测序的方法,对钛纳米管促进人脂肪间充质干细胞(hASCs)成骨向分化的调控网络及表观遗传学调控机制进行深入探索,为进一步优化材料表面处理方法、研制新型硬组织支架材料提供理论基础。
方法:通过成骨相关基因及蛋白表达的检测,验证钛纳米管促进 hASCs 成骨向分化的作用。提取各组细胞(光滑钛表面+普通培养基、钛纳米管+普通培养基、光滑钛表面+成骨诱导、钛纳米管+成骨诱导)总 RNA,构建 cDNA  文库,进行 RNA-seq 高通量测序,通过生物信息学分析明确钛纳米管调控干细胞成骨分化中的作用和机制,并验证关键差异基因、长链非编码 RNA 及 microRNA 在该过程中的作用。
结果:研究发现差异表达基因不仅与经典通路(如细胞黏附和骨架重塑相关通路、炎症反应与补体级联反应相关通路、细胞膜跨膜转运相关通路)相关,并且表观遗传学调控方式,在该过程中起到重要作用。通过实时定量 PCR 验证,组蛋白 H3K9 去甲基化酶 KDM4E 表达水平升高,组蛋白去乙酰化酶 HDAC 表达水平下降;长链非编码 RNA,如 ZFAS1LINC00941LINC01279 表达下降;microRNA,如 miR-24-1-5pmiR-24-3pmiR-154-3pmiR-154-5pmiR-433-5pmiR-589-3pmiR-589-5p 表达水平显著下降,miR-186-5pmiR-770-5p 表达水平上升。
结论: 二氧化钛纳米管不仅能够通过影响细胞黏附与骨架重塑、炎症反应与细胞膜跨膜转运,促进 hASCs 的成骨向分化;并且表观遗传学调控网络,如组蛋白修饰、非编码 RNA 调控,在该过程中起到重要作用。
Keywords: TiO
2 nanotubes, RNA sequencing, osteogenic differentiation, epigenetics, histone modification, non-coding RNA




Figure 4 Gene Ontology (GO) analyses.