Nature子刊独特基因图谱揭示了控制骨骼的基因

由加文医学研究所(Garvan Institute of Medical Research)领导的研究首次绘制出了骨骼“主调节”细胞(即骨细胞)的独特基因图谱。

今天发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的这项研究概述了骨细胞中开启或关闭的基因。骨细胞是一种控制其他类型细胞如何制造或分解骨骼部分的骨细胞，以保持骨骼强壮和健康。

“这项新信息提供了一种遗传的候选名单，我们可以在诊断含有遗传成分的骨病时参考，”该研究的第一作者、骨生物学实验室的研究官员斯科特·尤尔滕博士说。“识别这种独特的基因模式还将帮助我们找到骨疾病的新疗法，更好地理解当前疗法对骨骼的影响。”

第一次观察骨细胞转录组

骨骼是一个高度动态的结构，在人的一生中会改变形状和组成。骨细胞是骨骼中最丰富的细胞类型，但由于它们嵌在骨骼的硬矿物结构中，已被证明很难研究。

在骨骼内部，骨细胞形成了一个规模和复杂程度与大脑神经元相似的网络(420亿骨细胞之间有超过23万亿的连接)，它监控骨骼健康，并通过向其他细胞发出信号来制造更多的骨骼或分解旧的骨骼来应对老化和损伤。骨质疏松症和罕见的遗传性骨骼疾病是由这些过程的不平衡引起的。

为了了解哪些基因参与了控制骨骼的形成或破坏，研究人员从实验模型的不同骨骼部位分离骨骼样本，以测量骨细胞的平均基因活性。通过这项研究，他们绘制了一个全面的骨细胞“签名”，包含了骨细胞中开启的1239个基因，这些基因将骨细胞与其他细胞区分开来。77%的这些基因以前在骨骼中没有已知的作用，许多完全是新的，只在这些关键细胞中发现。

“我们在骨细胞中发现的很多丰富的基因也在神经元中发现，这很有趣，因为这些细胞有相似的物理特征，这可能表明它们比我们之前认为的更接近，”Youlten博士解释说。

比较骨细胞特征基因与人类骨质疏松症的遗传关联研究发现了可能与这种常见骨骼疾病易感性相关的新基因。此外，许多这些骨细胞基因也被证明会引起罕见的骨病。

Youlten博士说:“绘制骨细胞转录组图谱可以帮助临床医生和研究人员通过查看已知在控制骨骼方面发挥积极作用的基因‘候选名单’，更容易地确定一种罕见的骨病是否有遗传原因。”

大局观

该研究的共同高级作者、加文研究所副所长、骨生物学实验室主任peter Croucher教授说:“骨细胞转录组图谱首次为研究人员提供了骨细胞中开启的基因的整体图景，而不仅仅是一瞥。”

“我们在骨细胞中发现的大多数活跃的基因之前在骨骼中没有已知的作用。这一发现将帮助我们理解是什么控制着骨骼，哪些基因在罕见和常见的骨骼疾病中起着重要作用，并帮助我们确定可以阻止骨骼疾病发展并恢复丢失的骨骼的新疗法。”