Prickle1基因调节新动物模型中额骨成骨细胞的分化

由于颅骨原基(发育中的头骨)中成骨细胞的迁移和分化缺陷，囟门增大，前额骨小，可导致机械损伤的颅骨。所述的Wnt /平面细胞极性的信号传导途径(的Wnt / PCP)，通常调节胚胎发育期间在组织中的细胞迁移和移动。最近由Yong Wan及其同事在颅面再生中心进行的一项研究中，研究的重点是Prickle1基因，它是头骨中Wnt / PCP通路的核心成分。

对于这些研究，Wan等人。使用了Prickle1的错义等位基因，命名为Prickle1 Beetlejuice(Prickle BJ)。纯合的Prickle BJ / BJ'Beetlejuice'突变体是小头畸形的，并且在额骨不足之间形成扩大的囟门，尽管顶骨是正常的。纯合突变体具有其他几种颅面缺陷，包括中线唇裂，不完全渗透性腭裂和头部近端 - 远端生长减少。中观察到的降低的科学家的Wnt /β-catenin的和hedgehog信号在额叶骨研究中的纯合突变体的缩合。

结果现已发表在科学报告上。在纯合突变体中，额骨成骨细胞前体经历了延迟分化，同时迁移标志物的表达减少，导致额骨发育不全。该研究表明，Prickle1蛋白功能有助于骨形成细胞(成骨细胞前体)的迁移和分化，并且其在突变动物模型中的缺失导致缺陷。纯合突变体(Prickle BJ / BJ)发展出心脏流出道未对准和腭裂，导致突变小鼠的围产期死亡。因此，观察到的表型特征是从早期到晚期的胚胎阶段。

从本质上讲，颅面复合体包含三个不同的区域：颅骨穹窿，颅底和面部。颅底形成了脑膜和颅顶的地板 - 屋顶。颅底骨骼通过软骨内骨化形成，而颅骨穹窿中的骨生成通过膜内骨化发生。无论是颅骨拱顶和颅底是胚胎起源(神经嵴来源的或中胚层衍生的)的。

在研究模型中，Beetlejuice突变体(Bj)在Prickle1基因(C161F)中含有点突变，Bj C161F突变对细胞质蛋白Prickle1 的功能有害。人体内蛋白质的突变通常与家族性癫痫有关。突变表型与Prickle1的另一个独立点突变一致，称为C251X，其包括发育不良的肢体和腭裂。虽然该基因的蛋白质产物在细胞质中广泛表达，但对其在颅面骨生成中的作用知之甚少。

在本研究中，Wan等人。使用阿尔新蓝和茜素红组织学染料分析头部的骨骼和软骨。纯合突变体头骨较小，头部的近端 - 远端长度随着头骨内侧 - 外侧宽度的增加而减小。结果显示，在野生型小鼠(Prickle + / +)中，鼻骨对颅骨穹窿总长度的贡献在统计学上显着降低。

相反，在纯合突变体(Prickle BJ / BJ)中，额骨对总长度的贡献增加，而顶骨的比例保持不变。总之，结果表明在额骨发育的所有阶段都需要Prickle1蛋白功能。

Wan等人。通过检查野生型与突变体胚胎中蛋白质的组织分布，重点关注Prickle1在发育中的头骨穹窿中的功能。他们发现Prickle1突变导致额骨发育过程中的两个缺陷过程，其中包括延迟的成骨细胞分化和额骨中的迁移减少。在cleidocranial dysplasia(CCD)的表型谱中也观察到这种额骨缺损。

观察到的额骨功能不全可能是由于增殖和细胞死亡的缺陷造成的。科学家们使用苏木精和伊红(H&E)组织学染料进行了研究，通过在胚胎阶段12.5(E12.5)观察野生型与突变体动物的额骨凝结来检验假设，此时通常会发生额骨凝结。此后，他们进行了TUNEL凋亡测定，其中结果表明在任一基因型中非常少的凋亡细胞(通过TUNEL阳性摄取描绘)。

该研究包括突变体与野生型小鼠中的BrdU标记的细胞计数，以显示增殖细胞的比例也没有差异。然后使用磷酸 - 组蛋白H3免疫组织化学测试活跃分裂细胞的数量，以显示同窝仔畜中分裂细胞数量没有差异。由于细胞死亡和增殖没有变化，科学家接下来决定测试成骨分化是否正确发生。

为此，Wan等人进行了RNA 原位杂交实验，以评估前额骨的成骨细胞和成骨细胞中碱性磷酸酶(ALP)和Osterix(OSX，也称为Sp7)的表达。他们确定了RUNX2的表达，RUNX2是头骨中成骨细胞定型的早期标志物，也是更成熟的成骨细胞的标志物ALP。通过胚胎阶段15.5(E15.5)，与野生型同窝仔相比，突变体额骨的外颅层中Runx2，ALP和OSX的表达降低。科学家们确定，额骨骨质延迟的膜内骨化(间充质组织转化为骨)会导致发育不良的Beetlejuice突变体。

Wan等人。通过研究突变体中经典Wnt和Hedgehog(HH)信号传导的水平，进一步确定缺陷信号系统是否导致观察到的延迟额骨骨生成。结果表明，HH信号传导(颅骨发育所需)的水平确实在突变动物中是有缺陷的。

最后，他们在野生型和突变体同窝仔畜中进行了成骨细胞迁移标记物的原位杂交(标记为Engrailed1(En1)，Twist1，Msx1和Msx2)。在突变体的额骨原基中标记物的表达水平降低。结果表明，在颅骨穹窿发育的各个阶段，Prickle1蛋白功能是介导成骨细胞前体细胞迁移所必需的。

通过这种方式，万等人。分析了Beetlejuice突变小鼠作为了解小头畸形病因的新模型。目前用于确定小头畸形中面部和头骨的生长模式的动物模型的数量是有限的。科学家们在研究中结合了相对于Prickle1突变体的遗传，分子和物理机制，以显示新小鼠模型中颅面部区域生长减少的贡献。Wan等人。将继续工作，以了解细胞迁移和每个隔室(脑，颅穹窿和颅底)的改变如何促进小头畸形，颅骨模式和生长的发展。