RUNX2报告基因在骨软骨分化前表达并模拟伴有上颌发育不全和短指症的干骺端发育不良

SOX9和RUNX2是谱系决定转录因子，分别驱动骨软骨前体细胞向软骨细胞谱系和成骨细胞谱系分化。在肢体发育过程中，这些前体细胞首先通过SOX9表达被特化，该表达是间充质凝聚所必需的，随后RUNX2激活并引导骨软骨分化形成软骨细胞和成骨细胞谱系。与肢体发育不同，颅面骨骼前部起源于多能性颅神经嵴细胞（cNCCs）。为探究cNCCs中SOX9和RUNX2的时序性激活，我们结合免疫荧光技术检测内源性蛋白，并利用小鼠遗传报告基因标记表达SOX9和RUNX2的细胞。研究发现，在骨软骨谱系决定之前的时间点，RUNX2已在第一鳃弓的cNCCs中广泛表达，这些细胞将发育为下颌组织。随后，显著水平的SOX9表达在分化中的软骨细胞内被激活。这些发现通过插入Sox9和Runx2基因3'非翻译区（3'UTRs）的荧光报告基因得到验证。尽管基于绿色荧光蛋白（GFP）报告系统的Runx2报告基因未删除任何3'UTR序列，但纯合Runx2GFP/GFP幼鼠在出生后出现膜内成骨和软骨内成骨缺陷，这与成骨细胞和肥大软骨细胞中RUNX2蛋白表达增强相关。我们发现这种RUNX2上调导致生长板压缩，促进柱状软骨细胞向肥大化转变，并限制终末肥大分化。Runx2GFP/GFP表型模拟了人类疾病——伴有上颌发育不全和短指畸形的干骺端发育不良，该疾病由RUNX2基因内重复导致其活性增强引起。总之，该报告模型为研究早期cNCC衍生谱系中RUNX2功能提供了重要工具，并揭示了骨化通路对RUNX2剂量异常敏感的特性。