骨组织细胞对力学信号的感应、传递与解析是骨代谢调控领域最为重要的问题,尤其在航天失重性骨丢失与长期卧床导致的骨丢失发生过程中更为关键。中国航天员科研训练中心李英贤团队长期致力于失重生理效应作用机制研究。2022年2月24日,该团队关于骨重塑力学调控机制的研究成果“Mechanosensitive lncRNA Neat1 promotes osteoblast function through paraspeckle-dependent Smurf1 mRNA retention”在《Bone Research》(IF:13.567)以原创论著形式发表。
该研究揭示长链非编码RNA Neat1在成骨细胞的力学信号感应过程中发挥着重要调控作用,对模拟失重信号的响应尤为敏感。定位于成骨细胞核内的Neat1长链Neat1-2通过液-液相分离形成无膜细胞器-核旁斑,相分离的形成受超重、失重、流体剪切力、软硬基质胶等不同力学信号的影响,介导了力学信号对骨形成的关键调控作用。
研究内容
研究人员通过对回转模拟失重效应的成骨细胞RNA进行深度测序分析,筛选到一系列差异表达的长链非编码RNA,其中Neat1变化最为明显。在回转模拟失重、超重、流体剪切力及软硬基质胶等不同的力学刺激条件下,Neat1在成骨细胞中呈现不同的变化特征。以Neat1为核心形成的相分离结构—核旁斑(paraspeckle),其数目和形态与不同力学刺激密切相关。模拟失重条件下,成骨细胞内核旁斑数目减少,面积变小。相反,在超重状态下,核旁斑数目增多,面积增大,呈现凝聚状态。流体剪切力及硬基质胶均可促进核旁斑的形成。Neat1的表达水平及核旁斑的数目随着成骨细胞分化呈现逐渐增多的趋势。干扰Neat1的表达或者破坏核旁斑的结构均会抑制成骨细胞功能。
在骨质疏松病人的骨组织中NEAT1的水平显著低于正常人,在去负荷导致失重性骨丢失的小鼠骨组织中,Neat1的水平也显著降低。然而,在运动锻炼的小鼠骨组织中,NEAT1的水平是明显增加的。通过对Neat1基因敲除小鼠的骨表型分析发现,Neat1缺失导致小鼠骨密度及骨强度显著下降,皮质骨的厚度变薄,骨形成速率显著降低,骨组织及血清中的成骨标志因子明显下降。Neat1基因敲除的成骨细胞,其成骨能力显著降低。
为了进一步揭示Neat1促成骨的作用机制,该团队利用RIP-Seq对核旁斑滞留的mRNA进行测序(