分子生物學(xué)討論RUNX2基因?qū)阊烂瘸龅挠绊懯」_課金獎全國賽課一等獎微課獲獎?wù)n件

RUNX2基因?qū)阊烂瘸鲇绊?/21摘要

恒牙萌出過遲又稱恒牙遲萌，恒牙遲萌影響患者咀嚼、發(fā)音、美觀，甚至?xí)颊咴斐尚睦碡摀?dān)，顯著妨礙患者身心健康，影響患者生活質(zhì)量。

而顱骨鎖骨發(fā)育不全（CCD）在基因異常所致多數(shù)恒牙遲萌中最常見。 CCD是一個遺傳性骨骼系統(tǒng)疾病，也有散發(fā)病例報道。經(jīng)典臨床表現(xiàn)包含前囟閉合延緩或不閉合、鎖骨發(fā)育不良和恒牙遲萌、多生牙等。研究發(fā)覺Runx2基因為CCD致病基因。2/21目錄01

牙齒萌出過遲02

顱骨鎖骨發(fā)育不全綜合征03Runx2基因3/2101

牙齒萌出過遲又稱牙齒遲萌，是牙齒萌出顯著晚于正常萌出期。可發(fā)生于全部乳、恒牙或部分/個別牙。牙齒萌出過程對顱面部正常發(fā)育有較大影響。而且，牙齒遲萌經(jīng)常會是局部或全身疾病初始甚至唯一臨床表現(xiàn)。

當(dāng)前相關(guān)牙齒遲萌發(fā)病機制研究主要集中在三個方面：局部原因、全身原因和遺傳原因。牙齒萌出過遲4/21

物理性阻擋是比較常見局部原因。這種阻擋能夠由各種原因引發(fā)，比如乳牙外傷、粘膜屏障、牙弓長度不足、多生牙及腫瘤等。

各種全身原因，包含營養(yǎng)缺乏、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病、早產(chǎn)、感染和貧血等，能夠引發(fā)恒牙遲萌。

很多遺傳性疾病和綜合征患者臨床表現(xiàn)為牙齒遲萌。Apert綜合征、CCD和Gardner綜合征患者多生牙是引發(fā)牙齒遲萌主要原因。局部原因全身原因遺傳原因015/2102

顱骨鎖骨發(fā)育不全綜合征，即CCD，是一個常染色體顯性遺傳造成骨骼系統(tǒng)疾病。CCD經(jīng)典臨床表現(xiàn)包含前囟閉合延緩或不閉合、鎖骨發(fā)育不良和口腔異常表現(xiàn)。

牙齒異常是CCD經(jīng)典臨床表現(xiàn)之一，可表現(xiàn)為乳牙滯留、恒牙遲萌以及多生牙。患者恒牙牙根發(fā)育延遲且萌出潛力減弱。

大量研究證實，Runx2基因為CCD致病基因。Runx2基因共有8個外顯子，當(dāng)前除了外顯子0、6之外在其它外顯子均已發(fā)覺存在突變位點。現(xiàn)已發(fā)覺基因突變有上百種，包含缺失、插入、無義、錯義突變以及剪接位點改變等各種類型突變。顱骨鎖骨發(fā)育不全綜合征6/2103 Runx2（又稱CBFA1、PEBP2A1、AML3）基因是runt結(jié)構(gòu)域基因家族一員。Runx2基因全長220kb，共包含八個外顯子。Runx2基因編碼轉(zhuǎn)錄因子RUNX2蛋白。RUNX2是一個成骨特異性轉(zhuǎn)錄因子，是成骨細胞發(fā)生與分化必要原因。在分化完全細胞內(nèi)也能夠發(fā)覺RUNX2存在，這說明RUNX2在維持細胞正常功效中也起著主要作用。Runx2基因 RUNX2是牙齒形成必須原因。Runx2基因突變能夠引發(fā)CCD。動物研究也證實了這一點。Runx2基因敲除小鼠會表現(xiàn)出與CCD相同骨骼發(fā)育異常。CCD患者牙齒異?？赡苁茄例X發(fā)育形成相關(guān)細胞RUNX2功效障礙直接結(jié)果。這提醒RUNX2在牙列形成中起到非常主要作用。 RUNX2蛋白能與CBFβ形成異二聚體。CBFβ是RUNX2維持有效功效所必須，它能夠使RHD處RUNX結(jié)構(gòu)發(fā)生變構(gòu)而加強與DNA結(jié)合能力。另外，CBFβ在維持RUNX穩(wěn)定中也發(fā)揮主要作用。它能夠保護RUNX蛋白免受泛素-蛋白酶系統(tǒng)降解。7/213.1 Runx2存在多個亞型。RUNX2有兩種主要N末端亞型。這兩種亞型從Runx2基因轉(zhuǎn)錄時分別受近端和遠端開啟子調(diào)整。

近端開啟子產(chǎn)物以氨基酸MRIPVD為起始，稱為Ⅰ型、PEBP2A或P56。

遠端開啟子產(chǎn)物是以MASNSL開頭，稱為Ⅱ型、Til-1或P57。 OSF2（Ⅲ型）是Ⅱ型剪接變體，僅出現(xiàn)在小鼠。Ⅲ型起始氨基酸為MLHSPH，而且其功效與Ⅱ型相同。Ⅲ型并不是轉(zhuǎn)錄活化所必須，但可能在轉(zhuǎn)錄調(diào)整中有特殊作用。RUNX2亞型8/213.1

Ⅰ型和Ⅱ型功效不一樣，但都是骨發(fā)育必要原因。Ⅰ型表示較廣泛，不但存在于間充質(zhì)組織中，也存在于成骨細胞祖細胞。Ⅰ型主要在細胞分化中發(fā)揮作用而且其表示不受細胞分化狀態(tài)影響。Ⅰ型可能參加了膜內(nèi)成骨起始階段而且連續(xù)發(fā)揮作用直到成骨細胞分化結(jié)束。Ⅱ型在成骨細胞分化或BMP2刺激時表示增加，這提醒Ⅱ型是維持成骨細胞表型所必須，而Ⅰ型主要是起調(diào)整作用。Ⅱ型主要存在于前體成骨細胞和成骨細胞中，參加分化后期成骨細胞成熟。在成骨細胞分化后期Ⅰ型、Ⅱ型表示及作用差異不大。

RUNX2亞型

不一樣組織各亞型表示有所差異。新生小鼠切牙成釉細胞和成牙本質(zhì)細胞Ⅰ型高表示，Ⅱ型和Ⅲ型低表示。

研究顯示Ⅱ型和Ⅲ型是牙胚蕾狀期發(fā)育必不可少。而且Ⅱ型和Ⅲ型是培養(yǎng)小鼠下頜骨中DMP1、DSPP、AMGN和AMBN轉(zhuǎn)錄必須原因，在成釉細胞和成牙本質(zhì)細胞分化中起主要作用。9/213.2 RUNX2蛋白含有3個轉(zhuǎn)錄激活區(qū)（AD）和1個轉(zhuǎn)錄抑制區(qū)（RD）。AD1由N末端19個氨基酸所組成。AD2位于谷氨酰胺/丙氨酸殘基組成Q/A域內(nèi)。AD2功效主要取決于Q/A域內(nèi)29個串連谷氨酰胺殘基，而不會受到丙氨酸殘基缺失影響。串連氨基酸殘基存在抑制功效而且在核定位中發(fā)揮作用。AD3在N末端富含脯氨酸/絲氨酸/蘇氨酸PST結(jié)構(gòu)域內(nèi)。該區(qū)域突變會造成RUNX2無法SMADs產(chǎn)生相互作用，降低成骨細胞對TGF-β/BMP信號路徑反應(yīng)。另外該區(qū)域能夠和p300分子相互作用影響成骨素基因表示。p300乙酰轉(zhuǎn)移酶活性能夠保護RUNX2不受SMADs泛素調(diào)整因子介導(dǎo)泛素化作用降解以及促進RUNX2轉(zhuǎn)錄活性。RUNX2結(jié)構(gòu)域 RUNX2Runt結(jié)構(gòu)域能夠與靶基因關(guān)鍵結(jié)合因子位點結(jié)合。關(guān)鍵結(jié)合因子又稱成骨細胞特異性順式作用元2（OSE2）。OSE2被發(fā)覺存在于全部主要成骨相關(guān)基因，如骨鈣素、Ⅰ型膠原、BSP、骨橋蛋白、MMP-13及ALP這些基因開啟子區(qū)域。OSE2與其它原因如AP-1及SMADs共同控制這些基因表示。10/213.2 RD位于PST結(jié)構(gòu)域C末端。C末端5個氨基酸序列(VWRPY)高度保守并可能與TLE或Grg家族阻遏蛋白結(jié)合而阻遏轉(zhuǎn)錄作用。成骨細胞分化期間TLE/Grg表示下調(diào)能夠緩解細胞分化時Runx2抑制作用。RD其它部分也能夠和別阻遏蛋白作用，如HDAC、SIN3及YAP等。 RUNX2在轉(zhuǎn)錄后會與核基質(zhì)特殊區(qū)域結(jié)合而作用于轉(zhuǎn)錄控制以及RUNX2與SMADs、RNA聚合酶等相互作用。RUNX2這一作用受核基質(zhì)定位信號(NMTS)調(diào)整。NMTS是位于RHD和PST之間，由28個氨基酸所組成片段。NMTS區(qū)域點突變會影響RUNX2在核內(nèi)定位，進而影響RUNX2與目標(biāo)基因之間相互作用。RUNX2結(jié)構(gòu)域11/213.3Runx2基因與骨組織12/213.3.1 Runx2基因敲除小鼠軟骨發(fā)育正常，不過沒有骨組織形成，也沒有成骨細胞及破骨細胞生成，軟骨細胞成熟也受到干擾。這些發(fā)覺都表明了轉(zhuǎn)錄因子RUNX2是成骨細胞分化所必須。Runx2與成骨細胞分化13/213.4RUNX2和牙齒成熟及萌出14/213.4.1 Runx2表示控制影響成釉器上皮發(fā)育下游原因。 AMBN是一個細胞外基質(zhì)蛋白，它在釉質(zhì)結(jié)晶形成中有一定作用。鼠Ambn基因開啟子包含有兩處RUNX2結(jié)合位點。RUNX2可與Ambn開啟子主要功效性區(qū)域結(jié)合。Ambn開啟子RUNX2結(jié)合位點基因突變會使開啟子活性降低。說明RUNX2在Ambn基因轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮主要作用。

Ⅱ型Runx2mRNA在幼稚及成熟成釉細胞內(nèi)仍有強烈表示。所以，Runx2參加成釉器形成早期階段和牙冠形成，而且可能在牙釉質(zhì)形成也起直接作用。CCD患者拔除恒牙組織學(xué)研究顯示牙齒發(fā)育不全，而乳牙并無此發(fā)覺。成釉細胞15/213.4.2

成骨細胞與成牙本質(zhì)細胞有一些相同之處，包含類似基因表示。成牙本質(zhì)細胞細胞外基質(zhì)（DSPP或DMP1）非膠原成份也存在于其它組織，如成骨細胞和牙周組織，只是表示水平較低。 Runx2在早期成牙本質(zhì)細胞表示上調(diào)。然而與成骨細胞不一樣是，分化成熟成牙本質(zhì)細胞Runx2顯著降低甚至檢測不到。另外，小鼠Dspp基因調(diào)控子中存在多處RUNX2結(jié)合位點。RUNX2能夠提升幼稚成牙本質(zhì)細胞Dspp表示，下調(diào)較成熟成牙本質(zhì)細胞Dspp表示。成牙本質(zhì)細胞16/213.4.3

細胞牙骨質(zhì)內(nèi)多數(shù)細胞都有不一樣程度Runx2基因mRNA和RUNX2蛋白表示。CCD患者恒牙無細胞和細胞牙骨質(zhì)均存在缺點，而乳牙并不受影響。牙骨質(zhì)17/213.4.4

牙周膜（PDL）成纖維細胞存在Ⅱ型Runx2表示。RUNX2經(jīng)過抑制作用來維持PDL寬度。PDL成骨細胞形變會引發(fā)RUNX2表示增加，及活化ERK/MAPK信號路徑，提升RUNX2DNA結(jié)合活性。牙周膜18/213.4.5 RUNX2控制成骨細胞和成牙本質(zhì)細胞成熟，因而，在RUNX2蛋白缺乏組織中牙齒萌出遲緩，CCD患者牙齒成熟比正常人延遲四年。

在牙齒發(fā)育及萌出整個過程中牙槽骨中都有RUNX2表示。牙齒萌出受破骨細胞、成骨細胞準(zhǔn)確控制。受RANK-RANKL調(diào)整牙槽骨破骨細胞生成是正常牙齒發(fā)育及萌出必須原因。而CSF-1、RANKL和OPG空間分布及相對豐度是決定牙齒周圍骨質(zhì)中破骨細胞活性關(guān)鍵原因。證據(jù)顯示RUNX2能夠直接或間接作用于OPG／RANK／RANKL系統(tǒng)來影響骨重建過程，這種作用在牙胚和骨形成或吸收細胞之間同時發(fā)生，以確保牙齒在頜骨內(nèi)正確空間位置。而CCD患者牙齒遲萌及異位萌出或許是因為RUNX2功效喪失所致。19/21

牙齒萌出還依賴于牙囊存在。研究表明，以手術(shù)方法去除小鼠牙囊，牙齒不能萌出，而保留牙囊用其它惰性物質(zhì)置換牙胚，結(jié)果置換物仍能夠萌出。說明缺乏牙囊牙齒不能正常萌出。

其次，牙囊還能夠分泌集落刺激因子(CSF—1)、單核細胞趨化蛋白(MCP-I)、白介素-la(IL-1a)、上皮生長因子(EGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)等，從而誘導(dǎo)單核細胞從牙囊組織毛細血管中進入牙囊，然后深入轉(zhuǎn)移至牙槽骨中成為破骨細胞。