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Cell Stem Cell:南模生物助力揭示成年之后不再长高的生理机制


哺乳动物的骨骼在出生后会快速生长,但进入青春期(adolescence)后,快速增长(lengthening)的模式会逐渐转变成缓慢的增粗(thickening)。这种青春期前后骨骼生长模式变化的背后机制是什么?为什么成年之后身体不再长高?长期运动能促进骨骼生长吗?

9月8日,国际学术期刊Cell Stem Cell在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)周波研究组最新研究进展“Tracing the skeletal progenitor transition during postnatal bone formation”。该工作揭示了小鼠青春期前后骨骼干细胞(Skeletal stem cell)属性发生转变,这为青春期间骨骼生长模式的转变提供了细胞基础,也为实现成体骨骼继续增长指明了方向。

南模生物为该研究构建了Lepr-DreER、Col2-Dre及Acan-Dre工具小鼠模型。

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周波研究组一直致力于干细胞的发育调控研究,他们此前研究揭示造血干细胞在青春期受到脑垂体激素的远程调控1。本研究中,他们发现:青春期以前的成骨细胞主要来源于生长板内的Acan+软骨细胞,而青春期以后的成骨细胞主要来源于骨髓内的Lepr+基质细胞。生长板软骨纵向成骨,实现骨骼增长;骨髓基质细胞横向成骨,实现骨骼的增粗。这一发现革新了人们对成骨干细胞来源的经典认识。

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青春期前后骨骼干细胞属性及骨骼生长模式的转变

根据周斌研究员开发的双同源重组酶系统的原理2,周波研究组利用Lepr-DreER, Col2-Dre, Acan-Dre等多种工具鼠与荧光失踪小鼠实现了生长板软骨和Lepr+骨髓基质细胞的同步示踪。该系统不仅展示了两类骨骼干细胞在青春期的动态转变过程,同时发现大部分Lepr+骨髓基质细胞起源于生长板软骨。将Runx2基因分别从生长板软骨和Lepr+骨髓基质细胞中条件性敲除后,研究人员发现骨骼的增长和增粗分别受到影响,印证了这两群骨骼干细胞在骨骼发育和生长过程中的分工。这一发现同时意味着——如果将生长板软骨重新激活,有望让成体骨骼继续延伸,进入“第二春”,这也是周波研究组下一步的重点攻关方向。


运动有利于骨骼增长还是增粗?在动物跑步实验中,周波研究组发现,长期坚持跑步会显著促进生长板软骨的成骨分化,但对Lepr+骨髓基质细胞则没有显著影响。这提示坚持跑步运动对于青春期以前的骨骼生长更有益处,换言之,运动——要从娃娃抓起。


参考文献:

1 Peng, Y. J. et al. Luteinizing hormone signaling restricts hematopoietic stem cell expansion during puberty. The EMBO journal 37, doi:10.15252/embj.201898984 (2018).

2 He, L. et al. Enhancing the precision of genetic lineage tracing using dual recombinases. Nat Med 23, 1488-1498, doi:10.1038/nm.4437 (2017).


注:本文转载自中科院分子细胞科学卓越创新中心公众号,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如有侵权行为,请联系我们,我们会及时删除。

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