Plectin通过相分离和隔离 Annexin A2 来促进骨骼形成

《Biochemical Pharmacology》：Plectin promotes bone formation via phase separation and sequestering annexin A2

　　本研究发现plec蛋白通过其结构无序区（IDR）介导的液液相分离促进成骨细胞分化，并证实aa1967-2185功能区在小鼠骨质疏松模型中具有治疗作用。

　　

Kaiyuan Zheng|Xi He|Yang Yu|Meng Deng|Lulu Chen|Wenwen Zhou|Dan Xia|Peihong Su|Ye Tian|Lijuan Zhang|Jing Wen|Beilei Zeng|Xiaolan Guo|Qi Liang|Bin Guo|Guangrong Wang|Yinxu Wang|Qing Wu|Li Jiao|Airong Qian|Chong Yin

四川省南充市北川医学院附属医院临床实验室科、康复医学科、肿瘤科，邮编637000，中国

摘要

骨质疏松症对人类健康构成了日益严重的威胁，部分原因在于成骨细胞分化受阻。液-液相分离（LLPS）是一种调控成骨细胞分化的细胞生理过程。Plakin家族的蛋白质在成骨细胞中广泛表达，能与多种蛋白质相互作用并可能介导相分离。然而，关于Plakin家族参与相分离和成骨细胞分化的研究报道较少。在本研究中，我们发现Plakin家族成员Plec通过其相分离作用促进了成骨细胞分化和骨形成。这一过程由Plec的固有无序区域（IDR）介导。机制上，Plec通过相分离将成骨细胞分化促进因子Annexin A2（Anxa2）隔离起来。此外，Plec的功能性氨基酸区域（aa 1967–2185）在骨质疏松症小鼠中表现出治疗效果。我们的发现揭示了一种新的调控机制，即细胞骨架连接蛋白如何控制成骨细胞分化，并为骨质疏松症的治疗提供了潜在策略。

引言

骨质疏松症（OP）是一种常见的代谢性骨疾病，其特征是骨脆性增加和骨折风险升高[1,2]。尽管其成因复杂，但成骨细胞分化受损是导致骨质疏松症的重要因素[3,4]。成骨细胞的分化受到多种细胞机制的影响，其中液-液相分离（LLPS）在成骨细胞分化中起着关键作用[5,6]。LLPS是指细胞内大分子相互作用形成具有独特物理化学性质的液滴状无膜细胞器的过程[7]。LLPS在细胞中普遍存在，越来越多的证据表明它在调控成骨细胞分化中发挥作用[8,9]。Plakin家族是一类细胞骨架连接蛋白，能与多种细胞内蛋白质相互作用，在成骨细胞分化中发挥重要作用[10],[11],[12]。我们假设Plakin家族可能参与相分离过程。Plec属于Plakin家族，它通过结合微管和中间丝来维持细胞稳定性并调节细胞动态[13,14]。Plec还能与多种蛋白质（包括跨膜受体和激酶）相互作用，从而调控细胞增殖和分化[15],[16],[17]。例如，Plec在破骨细胞分化和肌动蛋白环形成中起着重要作用[18,19]。然而，关于Plec参与相分离或其对成骨细胞分化影响的研究报道较少。

在本研究中，我们发现Plec通过其固有无序区域（IDR）促进了细胞内相分离，进而调控了成骨细胞分化和骨形成。进一步研究表明，Plec的IDR通过相分离机制隔离Annexin A2来调节成骨细胞分化。此外，Plec IDR的功能区域（aa1967-2185）在卵巢切除小鼠和HLU小鼠中表现出治疗效果。本研究为理解细胞骨架连接蛋白的作用提供了理论基础，并为骨质疏松症的治疗提供了潜在策略。

实验方法

细胞培养

MC3T3-E1细胞系购自Runde Biotechnology Co., Ltd.（中国西安），培养基为添加了10% FBS（OPCEL，BS-1101，内蒙古呼和浩特）和1%青霉素-链霉素（Gibco，美国）的DMEM（Gibco，C11885500BT）。培养基中还添加了50 μg·mL^?1的维生素C（Sigma，A7631，美国）和5 mmol·L^?1的β-甘油磷酸（Sigma，G9422，美国），以诱导成骨细胞分化。培养基每2天更新一次。

小鼠模型

所有小鼠均来自Huafukang

Plec与骨形成呈正相关

从6个月和18个月大的雌性小鼠股骨中分离出原代骨髓间充质干细胞（BMMSCs）进行测序分析。结果显示，18个月大的小鼠中Plec（一种连接细胞骨架的交联蛋白）的mRNA表达水平显著降低（图1A）。同时进行了骨组织形态学分析以验证骨质疏松表型。矿物质沉积率（MAR）用于评估骨骼

讨论

骨质疏松症是一种以骨量减少和骨组织微结构恶化为特征的骨骼疾病[39]。2021年的一项荟萃分析（样本量超过1亿人）显示，骨质疏松症的发病率高达18.3%[40]。骨质疏松症的发病因素包括低峰值骨量、药物使用、激素变化、吸烟、饮酒以及维生素D和钙摄入不足等。

作者贡献声明

Kaiyuan Zheng：撰写 – 审稿与编辑、撰写初稿、软件使用、方法学设计、资金申请、数据分析、概念构建。Xi He：撰写 – 审稿与编辑、撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据分析。Yang Yu：撰写初稿、数据可视化、软件使用、资源协调、方法学设计、数据分析。Meng Deng：撰写初稿、实验指导、软件使用、方法学设计。Lulu Chen：数据可视化、软件使用、方法学设计、数据管理。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢西北工业大学（NPU）提供的实验设施和研究环境。同时感谢同事们的有益讨论。本研究得到了国家自然科学基金（82101640, 82272436, 32371371）、四川省科技计划（2022NSFSC1554）、四川省科技创新种子项目（MZGC20230044）以及陕西省自然科学基金的支持。