iTRAQ定量蛋白质组学：分析SEMA3B-AS1抑制人骨髓间充质干细胞成骨分化机制

上一篇 / 下一篇  2018-07-30 13:57:05/ 个人分类：蛋白质组

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题目：SEMA3B-AS1-inhibited osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells revealed by quantitative proteomics analysis.Journal of cellular physiology. IF 3.923  iTRAQ

研究背景
　　常见的非编码RNA包括lncRNA、circRNA、miRNA，在细胞的生长、增殖、分化、凋亡中具有重要的调控作用。研究发现，非编码RNA与肿瘤的发生、发展、转移密切相关。作为非编码RNA的一员，lncRNA已被证实广泛在各类肿瘤的发生发展中扮演重要角色。

　　新骨形成被认为是治疗骨相关疾病的一种新型的可替代方法，例如骨质疏松、骨架变形、骨折等。许多研究旨在提高新骨形成过程以希望治愈这些疾病。骨髓间充质干细胞（hMSC）是具有分化为成骨细胞、软骨细胞展现多种分化潜能的成纤维样多能干细胞，在新骨形成过程和骨质疏松发病等过程中发挥重要的作用。
长链非编码RNA（lncRNAs）被发现参与成骨分化及骨质疏松的过程，比如H19通过吸附miRNA-675促进成骨细胞分化，MEG3通过靶向BMP4或者miR-140-5p来提高MSC的骨生成。但是lncRNA参与hMSC分化过程以及具体的机制目前不是很清楚。

　　hMSC的分化是接受不同环境刺激后发生的过程，细胞表面受体在这个过程中发挥重要的作用，可以起到信号级联及放大的作用。SEMA家族蛋白被发现在骨生成或者骨疾病中发挥作用。如Sema6d、mema4d、sema3a等被发现可以平衡破骨细胞和成骨细胞来调节骨形成和骨吸收。

　　前期研究发现SEMA3B-AS1可以抑制hMSC增殖和骨分化，具体机制仍需研究。目前lncRNA研究手段主要有：① 功能、表型、疾病性相关研究；②iTRAQ蛋白质组学分析lncRNA差异表达、预测新的lncRNA、生信分析lncRNA靶基因；③ 互作研究及质谱寻找及验证与lncRNA结合的RNA及蛋白等。肿瘤等疾病中lncRNA作用机制研究有望为疾病的治疗寻找新的靶点。

　　本研究主要采用iTRAQ蛋白组学研究反义lncRNA-SEMA3B-AS1的作用机制。
研究内容及结果
1. MTT法检测细胞增殖和茜素红S染色实验证实SEMA3B-AS1可以抑制细胞的增殖（a）和向成骨转化（b）。说明SEMA3B-AS1具有抑制人骨髓间充质干细胞增殖和向成骨分化的功能作用。

2. 上述功能验证实验已经确定了SEMA3B-AS1对人骨髓干细胞的增殖和分化产生了影响。但是SEMA3B-AS1通过何种途径发挥功能呢？

　　作者接着包装SEMA3B-AS1过表达慢病毒，采用iTRAQ蛋白组学技术检测过表达SEMA3B-AS1和空载体的两个细胞组中差异蛋白变化。通过对差异蛋白做了聚类和功能富集，发现SEMA3B-AS1可能通过上调或下调相关基因来影响肌动蛋白骨架、黏着斑、胞外基质与受体的相互作用，来调节细胞的骨生成，进而影响细胞增殖和分化。
图3. 功能富集和差异蛋白表达分析
图3. 功能富集和差异蛋白表达分析
文章小结
　　lncRNA分为正义lncRNA和反义lncRNA，同正义lncRNA相比，反义lncRNA由于与正义链互补，反义链lncRNA与相邻或相近基因的调控关系更加密切。首先，作者以骨质疏松发病机制研究为目的，以人骨髓间充质干细胞、反义lncRNA（SEMA3B-AS1）为对象，进行功能实验，检测了SEMA3B-AS1对细胞增殖和骨生成的影响。同时，作者采用iTRAQ蛋白组学技术检测分析受SEMA3B-AS1调控的蛋白差异表达及差异蛋白的生物学过程及相关的代谢通路。最后，作者分析了SEMA3B-AS1调节的骨生成在骨质疏松发生中的作用，得出SEMA3B-AS1可能是骨质疏松治疗的一个靶点。

参考文献
1. J.C. Chen, C.R. Jacobs, Mechanically induced osteogenic lineage commitment of stem cells, Stem Cell Res Ther, 4 (2013) 107.
2. J.J. Quinn, H.Y. Chang, Unique features of long non-coding RNA biogenesis and function, Nat Rev Genet, 17 (2016) 47-62.
3. C. Sang, Y. Zhang, F. et al , Tumor necrosis factor alpha suppresses osteogenic differentiation of MSCs by inhibiting semaphorin 3B via Wnt/beta-catenin signaling in estrogen-deficiency induced osteoporosis, Bone, 84 (2016) 78-87.
4. P.S. Mathieu, E.G. Loboa, Cytoskeletal and focal adhesion influences on mesenchymal stem cell shape, mechanical properties, and differentiation down osteogenic, adipogenic, and chondrogenic pathways, Tissue Eng Part B Rev, 18 (2012) 436-444.

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