WDR63通过促进波形蛋白功能以推动线粒体分裂,增强根尖乳头干细胞的软骨分化及再生潜能

WDR63 enhances the chondrogenic differentiation and regenerative potential of stem cell from apical papilla by facilitating vimentin function to promote mitochondrial fission.

作者信息Jiawei Zhou, Yangyang Cao, Ziyan Sun, Yishu Huang, Mengyuan Zhu, Zhipeng Fan
PMID41796360
发布时间2026-03-08
DOI10.1186/s13287-026-04959-w

实验完整度

包含体外细胞学实验(过表达/敲低、染色、Western blot、RT-PCR)、体内兔软骨缺损模型移植实验、机制实验(Co-IP、免疫荧光、线粒体形态分析)及分子对接。

主要模型

人根尖乳头干细胞(SCAP) 兔膝关节骨软骨缺损模型

重点核对

WDR63过表达与敲低SCAP的构建及验证 软骨诱导培养时间(14天)及微团培养条件 兔体内植入:SCAP与Matrigel混合,细胞数1×10^6 体内实验分组(Sham、Matrigel、SCAP/Vector、SCAP/HA-WDR63)及观察时间(12周) Mdivi处理浓度(20 µg/mL)及处理时间

摘要

背景 膝关节软骨修复的研究对于治疗膝关节炎或损伤至关重要。间充质干细胞(MSCs)应用于软骨组织再生是一种有前景的治疗方法。在软骨形成的关键方面,增强MSC的软骨分化是一个关键挑战。WDR63是一种细胞质动力蛋白,在促进干细胞分化中发挥重要作用,并与细胞骨架和能量代谢过程密切相关。在本研究中,我们的目标是阐明WDR63在MSCs软骨分化功能中的表型表现和机制。 方法 使用根尖乳头干细胞(SCAP)。采用阿尔辛蓝染色技术、微团培养体系和兔膝关节软骨缺损细胞移植来评估MSCs的软骨分化能力。使用Western blot和实时RT-PCR研究涉及的分子机制。 结果 在体外,SCAP中WDR63过表达增强了软骨分化,表现为上调胶原蛋白II型(COL2)、胶原蛋白V型(COL5)和性别决定区Y框蛋白9(SOX9),以及形成稳健的微团,而WDR63敲低则产生相反的效果。在体内,在兔骨软骨缺损模型中植入WDR63过表达的SCAP促进了软骨修复,表现为透明软骨基质沉积改善、COL2表达升高、胶原蛋白X型(COLX)表达降低,以及软骨下骨中胶原蛋白I型(COL1)表达增加。机制上,WDR63与波形蛋白(VIM)相互作用并共定位,其过表达增强了VIM表达和WDR63–VIM结合。WDR63上调DRP1表达,并挽救Mdi抑制的线粒体分裂。 结论 WDR63可能通过与VIM相互作用并增强其表达来促进SCAP的软骨分化,可能通过促进线粒体分裂来实现。 补充信息 在线版本包含补充材料,可在10.1186/s13287-026-04959-w获取。 关键词 关键词:软骨分化,软骨修复,SCAP,VIM,线粒体分裂

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
WDR63在间充质干细胞(SCs)软骨分化中的作用及其潜在机制是什么?
核心机制
WDR63与VIM相互作用并增强其表达,进而促进线粒体分裂、抑制融合,从而增强SCAP的软骨分化能力。
主要证据
体外SCAP过表达WDR63增强软骨分化标志物(COL2、COL5、SOX9)表达及微团形成,敲低则相反;体内兔骨软骨缺损模型中,WDR63过表达SCAP移植促进软骨修复,改善组织学评分;Co-IP和免疫荧光证实WDR63与VIM结合及共定位;WDR63过表达促进线粒体分裂,且能挽救Mdivi抑制的线粒体分裂和软骨分化。
研究意义
WDR63可能作为促进牙源性间充质干细胞定向软骨分化及软骨组织再生的新靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立WDR63过表达与敲低的SCAP模型

验证WDR63在SCAP中的表达变化及其对后续实验的影响。

使用pQCXIN和plKO.1慢病毒载体构建稳定过表达(HA-WDR63)和敲低(WDR63sh)WDR63的SCAP,并用嘌呤霉素筛选。

2

检测WDR63对SCAP体外软骨分化的影响

评估WDR63表达水平对SCAP软骨分化能力的作用。

诱导SCAP软骨分化14天,通过阿尔辛蓝染色、微团培养、实时RT-PCR和Western blot检测软骨分化标志物(COL2、COL5、SOX9)及蛋白表达。

3

评估WDR63过表达SCAP在体内软骨缺损修复中的作用

验证WDR63过表达SCAP在动物模型中的软骨再生成效。

在兔膝关节制造5 mm直径、3 mm深的全层骨软骨缺损,植入与Matrigel混合的SCAP(Vector或HA-WDR63),12周后进行Micro-CT、组织学染色和免疫组化/免疫荧光分析。

4

验证WDR63与VIM的相互作用

探讨WDR63调控软骨分化的分子机制,确认其结合蛋白。

通过免疫共沉淀(Co-IP)、免疫荧光共定位、STRING数据库分析和分子对接预测WDR63与VIM的结合,并检测WDR63对VIM表达的影响。

5

分析WDR63对线粒体动力学的影响

探究WDR63是否通过调节线粒体分裂/融合影响软骨分化。

通过RT-PCR检测DRP1和OPA1表达,透射电镜和免疫荧光观察线粒体形态,分析WDR63过表达或敲低对线粒体分裂的影响。

6

验证WDR63对Mdivi抑制的线粒体分裂及软骨分化的挽救作用

确认WDR63促进线粒体分裂是增强软骨分化的必要机制。

使用DRP1抑制剂Mdivi处理SCAP,检测WDR63过表达是否能挽救Mdivi抑制的线粒体分裂及软骨分化标志物表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
α-MEM培养基Invitrogen--
胎牛血清Invitrogen--
L-谷氨酰胺--56-85-9
青霉素-链霉素Invitrogen--
WDR63抗体abcamab216126
COL2抗体Proteintech28459-1-AP
SOX9抗体Biossbs-4177R
VIM抗体Proteintech22031-1-AP
β-actin抗体ABclonalAC038
pQCXIN慢病毒载体北京和盛--
plKO.1慢病毒载体北京和盛--
TRIzol试剂Invitrogen--
QuantiTect SYBR Green PCR试剂盒Qiagen--
iCycler iQ多色实时PCR检测系统Bio-Rad--
StemPro软骨分化试剂盒Invitrogen--
阿尔辛蓝SolarbioG2541
天狼星红SolarbioG1470
基质胶Corning356234
番红O染色试剂盒SolarbioG1470
天狼星红SolarbioG1472
抗人核抗原抗体abcamAb191181
COL1抗体Proteintech67288-1-lg
COLX抗体Proteintech26984-1-AP
蛋白酶抑制剂混合物MCE--
蛋白A/G琼脂糖珠MCE--
MitoTracker深红色荧光染料Thermo Fisher--
显微镜载玻片BiosharpBS-14-RC
CCK-8试剂盒----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养与慢病毒感染
SCAP来源,培养条件(α-MEM、15% FBS),慢病毒感染时细胞密度(8×10^5)、感染后换液时间(12h)、嘌呤霉素筛选浓度(1 µg/mL)及时间(48h)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture, Plasmid construction and viral infection
体外软骨分化诱导
软骨诱导培养基(StemPro)、细胞密度(2×10^5细胞/孔)、诱导时间(14天)、培养基更换频率(每3天)
阅读提示:Materials and methods: Alcian blue staining, Pellet culture system
体内软骨缺损模型及移植
动物品系(新西兰大白兔)、年龄(2月龄)、性别(雄性)、体重(3-3.5kg)、麻醉剂量(35 mg/kg戊巴比妥钠)、缺损尺寸(5mm直径、3mm深)、细胞数量(1×10^6)、Matrigel体积(50µL)、分组设置、观察时间(12周)
阅读提示:Materials and methods: Cartilage defect established in rabbit knee and SCAP transplant experiment
机制验证(WDR63与VIM)
Co-IP实验条件(抗体孵育时间、蛋白A/G琼脂糖珠孵育时间)、免疫荧光染色条件(固定、透化、封闭)、分子对接软件(HDOCK、RosettaDock)
阅读提示:Materials and methods: Co-immunoprecipitation assay, Immunofluorescence staining, Protein-protein molecular docking
线粒体形态分析
MitoTracker浓度(200 nM)、孵育时间(30 min)、显微镜参数(100×/1.4 NA油镜)、TEM制样条件(戊二醛浓度2.5%)
阅读提示:Materials and methods: Mitochondrial morphology analysis, Transmission electron microscope