Anti–USAG-1 therapy for tooth regeneration through enhanced BMP signaling
通过增强 BMP 信号传导进行牙齿再生的抗 USAG-1 疗法
Abstract 抽象
子宫致敏相关基因-1 (USAG-1) 缺乏导致骨形态发生蛋白 (BMP) 信号传导增强,从而导致多生牙形成。此外,干扰 USAG-1 与 BMP 结合的抗体,但不干扰脂蛋白受体相关蛋白 5/6 (LRP5/6) 的抗体会加速牙齿发育。由于 USAG-1 通过直接结合 BMP 和 Wnt 辅助受体 LRP5/6 来抑制牙齿发育的重要因素 Wnt 和 BMP 信号,因此我们假设 USAG-1 在抑制牙齿发育方面起着关键的调节作用。然而,USAG-1 在各种类型的先天性牙齿发育不全中的参与仍然未知。在这里,我们表明,通过 USAG-1 敲除或抗 USAG-1 抗体给药阻断 USAG-1 功能可以缓解由小鼠各种遗传异常引起的先天性牙齿发育不全。我们的结果表明,USAG-1 通过抑制缺牙野生型或突变小鼠潜在牙菌的发展来控制牙齿数量。因此,抗 USAG-1 抗体给药是一种很有前途的牙齿再生治疗方法。
INTRODUCTION 介绍
与喙、指甲、角和几个小汗腺一样,牙齿是外胚层器官。牙齿形态发生受涉及上皮和间充质之间相互作用的信号转导网络的调节 (1-3)。 骨形态发生蛋白 (BMP)、成纤维细胞生长因子、Sonic hedgehog 和 Wnt 通路之间涉及正负环的相互作用调节单个牙齿的形态发生 (1, 4)。虽然个别物种的牙齿数量通常受到严格控制 (5),但大约 1% 的个体的牙齿数量可能会先天增加或减少 (6-8)。 通常牙齿数量减少和增加的情况分别称为牙齿发育不全和多生牙。对小鼠模型的分析已经开始阐明这些病症背后的遗传因素以及分子和病理机制 (4, 9)。
对单基因敲除 (KO) 小鼠的研究表明,表面外胚层 (WISE) 中的 Usag-1(也称为含有 1 (SOSTDC1)、 外胚蛋白或 Wnt 调节剂的 Usag-1(也称为硬化蛋白结构域 )、外胚蛋白或 Wnt 调节剂、CCAAT/增强子结合蛋白 β (CEBPB)、 芽同系物 2 (SPRY2)、 芽同源物 3 (SPRY3) 或表丙芬 (EPFN) 的功能丧失 ),导致多生牙的产生 (10-14)。 这些研究的结果表明,新牙形成可能受单个候选基因的调节。多生牙可能是由于拯救停滞的牙胚而产生的 (10, 15);我们之前报道过 USAG-1 缺陷小鼠残余乳切牙转化为多生牙 (10)。USAG-1 是一种双功能蛋白,可拮抗 BMP 和 Wnt,这两种信号分子对牙齿发育至关重要 (4, 9)。通过在 USAG-7+/− 小鼠中移植补充有 BMP1 的门牙外植体,证明了 BMP 在多生牙形成中的重要性,这诱导了多生牙的发育 (16)。因此,候选分子的施用可以在合适的条件下导致整颗牙齿的形成。此外,有人认为 BMP 信号传导对于额外牙齿的形态发生至关重要 (16, 17),而 Wnt 信号传导对于多生牙齿的形成很重要 (15, 18)。 然而,尚不清楚确定牙数是否需要 BMP 或 Wnt 信号传导。
牙齿发育不全是牙齿发育受阻的结果。主要使用 KO 小鼠模型鉴定了导致先天性牙齿发育不良的几个基因,例如 Msx1、Runx2、Ectodysplasin A (EDA) 或 Pax9 (4, 6, 7)。 我们之前报道过,Runx2−/− 小鼠(一种先天性牙齿发育不全的小鼠模型(24)的牙齿发育停止,在 Runx2−/−/USAG-1−/− 小鼠(一种多余小鼠模型)中被挽救(25)。虽然 USAG-1 与先天性发育不全的挽救之间已经建立了明确的联系,但目前尚不清楚局部抑制 USAG-1 功能是否足以挽救牙齿发育。基于抗体制剂的靶向分子药物在类风湿性关节炎和癌症等多种疾病中的临床应用越来越普遍(26,27)。 多生牙形成的遗传机制表明,靶向分子治疗牙齿再生可能是一种可行的治疗方法。
这项研究旨在生成和使用单克隆抗 USAG-1 抗体,而不是基因抑制,用于牙齿发育的局部停滞和恢复。为此,我们还进行了实验以确定 BMP 或 Wnt 信号传导在牙齿发育过程中是否占主导地位。
RESULTS 结果
Tooth formation recovery using murine models
使用小鼠模型恢复牙齿形成
研究了先天性牙齿发育不全和多生牙交配小鼠模型产生的 Msx1−/−/USAG-1−/− 小鼠的表型变化。上颌骨和下颌骨的发育在早期阶段都受到阻碍。然而,在 USAG-1+/+/Msx1−/− 小鼠中还观察到腭裂( 图 1,F 和 G)。尽管理论上应该以十六分之一的发生率获得具有 USAG-1−/−/Msx1−/− 背景的小鼠后代,但 151 只同窝小鼠中只有 3 只具有 USAG-1−/−/Msx1−/− 基因型( 图 1A)。组织学评估显示,所有 USAG-1−/−/Msx1−/− 小鼠的第三上颌磨牙正常( 图 1,H 和 I)。

图 1 先天性牙齿发育不全和多生牙的双 KO 小鼠牙齿形成的恢复。
(A)具有指定基因型的小鼠数量。(B 至 I)USAG-1−/−/Msx1−/− 小鼠出生后立即左上颌切牙和第三磨牙(M3)的额苏木精和伊红染色切片。(J)8 月龄 F2 代 EDA1/USAG-1 双突变小鼠牙齿表型总结。(K 至 R′)8 个月大的 F2 代 EDA1/USAG-1 双突变小鼠干颅骨中的代表性牙齿表型。(S 至 V) 耳毛、尾毛和尾尖表型。ST,多生齿;FT,融合齿;定义,牙齿缺陷。图片来源:H. Kiso,京都大学。
接下来,我们分析了 EDA1−/−/USAG-1−/− 小鼠。由于 EDA1 位于 X 染色体上,雌性 EDA1−/−/USAG-1−/− 和雄性 EDA1+/−/USAG-1−/− 小鼠对 USAG-1 和 EDA1 无效。这些双 KO 小鼠具有正常的牙齿,牙根过多或下颌磨牙融合,而 75%的雌性 USAG-1+/+/EDA1−/− 和雄性 USAG-1+/+/EDA1+/− 小鼠的下颌骨有臼齿牙欠位( 图 1,J 至 R′,图 S2)。耳后脱毛和尾巴扭结是与虎斑小鼠相关的典型表型,存在于所有 USAG-1 和 EDA1 双 KO 小鼠中( 图 1V)。这些结果表明,Usag-1−/− 可以挽救早期牙齿发育过程中的先天性牙齿发育不全,促进晚期停滞的整个牙齿结构的形态发生。
Usag-1–neutralizing antibody recovers missing teeth and generates a whole tooth
Usag-1 中和抗体可恢复缺失的牙齿并生成整颗牙齿
为了研究抑制 USAG-1 功能是否能挽救先天性牙齿发育不全,我们使用源自大肠杆菌的生物活性人 USAG-1 重组蛋白作为抗原和 USAG-1−/− 小鼠纯化了五种小鼠 USAG-1 单克隆抗体(#12、#16、#37、#48 和#57)。建议 USAG-1 通过直接结合 BMP 和 Wnt 辅助受体 LRP5/6 来抑制 Wnt 和 BMP 信号 (28, 29)。因此,根据它们与 BMP 和 Wnt(#57)、BMP(#12 和#37)或 Wnt(#16 和#48)结合的干扰能力,这五种抗体被分为三个不同的类别( 图 2,A 和 B)。我们证实所有抗体都可以结合小鼠和人 USAG-1 重组蛋白( 图 2C),尽管#16 和#48 表现出低亲和力( 图 2,D 和 E)。这些结果使 USAG-1 能够研究 BMP 和 Wnt 信号通路的功能,以确定牙齿数量。

图 2 对五种类型的 USAG-1 中和抗体(#12、#16、#37、#48 和 #57)进行体外分析。
(A)通过碱性磷酸酶测定评估的 USAG-1 抗体对 BMP 信号传导拮抗活性的中和。(B)在 Wnt 报告基因测定中,USAG-1 抗体中和 Wnt 信号传导的拮抗活性。(C)在下拉测定中抗 USAG-1 抗体与人/小鼠 PA-USAG-1 蛋白之间的结合。(D)表达 FLAG 标记的人 USAG-1 蛋白的人胚胎肾(HEK)293 的免疫细胞化学。(E)每种 USAG-1 抗体对小鼠 USAG-1 蛋白的 Kd 值。单克隆抗体,单克隆抗体;抗体,抗体;DAPI,4′,6-二脒基-2-苯基吲哚。
将每种 USAG-1 中和抗体系统施用于 EDA1 怀孕小鼠。在给予 USAG-1 中和抗体#12,#16 或#48 的小鼠中观察到低出生率和存活率( 图 3A)。与对照小鼠相比,USAG-1-中和抗体#16,#37,#48 和#57 挽救了 EDA1−/- 小鼠下颌骨的磨牙牙缺症( 图 3,B 和 C,以及图 S3)。USAG-1-中和抗体 #37 以剂量依赖性方式高速逆转牙髓不足( 图 3B)。此外,USAG-1 中和抗体#12,#16,#37 和#57 导致 EDA1 KO /异种小鼠的上颌切牙,下颌切牙或臼齿产生多生牙( 图 3,B 和 C,以及图 S3)。出乎意料的是,USAG-1-中和抗体#57 以高速和剂量依赖性方式诱导野生型小鼠的上颌切牙、下颌切牙或磨牙中多生牙的形成( 图 3、B 和 C,以及图 S3)。然而,在上颌磨牙区域观察到融合的臼齿而不是多生牙( 图 3C 和图 S3)。两种抗体至少在体外中和了 BMP 信号传导拮抗功能( 图 3,B 和 C,以及图 S3)。这些结果表明,BMP 信号传导对于确定小鼠的牙齿数量至关重要。此外,单次全身给药中和抗体可以产生整颗牙齿。

图 3EDA1 突变小鼠的牙齿缺损恢复和给予 USAG-1 中和抗体后整颗牙齿再生。
(A) 后代出生率和存活率。(B) 牙齿表型发生率的总结,包括多生牙和融合牙(ST 和 FT)、牙齿恢复(Rec.)和牙齿缺损(Def.)。(C)8 个月大小鼠干颅骨中的代表性牙齿表型。图片来源:A. Murashima-Suginami,京都大学。
USAG-1–neutralizing activity generates a whole tooth by affecting BMP signaling
USAG-1 中和活性通过影响 BMP 信号传导产生整颗牙齿
为了确定 USAG-1 中和抗体#37 和#57 的表位,我们使用 169 个线性肽(包括 20 个连续氨基酸)进行了表位图谱分析( 图 4,A 和 D)。USAG-1-中和抗体 #37 与横跨 Q129EWRCVNDKTRTQRIQQCQ148 区域的六个重叠肽 (D16-D21) 特异性反应,表明表位位于包含序列 VNDKTRTQRI 的中央 10 残基片段内( 图 4B)。尽管 USAG-1 的三维(3D)结构尚不清楚,但其与属于同一 BMP 拮抗剂 DAN 家族的硬化蛋白(SOST)的高序列同源性使我们能够利用 SOST 的核磁共振结构构建小鼠 USAG-1 的同源模型( 图 4E)(28)。结果表明,抗体 #37 识别的表位位于 USAG-1 中央β片的表面暴露边缘链上,与 #37 识别天然 USAG-1 的能力一致。该区域远离 NXI 基序,NXI 基序是 LRP5/6 的结合位点( 图 4E)(29),表明该抗体不会阻断 USAG-1 与 Wnt 辅助受体 LRP5/6 的相互作用。抗体#37 不影响 USAG-1 的 Wnt1 拮抗活性( 图 2B)。与#37 相比,抗体#57 对任何 USAG-1 衍生的重叠肽均未表现出反应性( 图 4C),表明它识别存在于 USAG-1 表面的 3D 表位。

图 4 中和 USAG-1 抗体 #37 和 #57 的表位图谱。
(A)膜上从 A1 到 F19 的 14 聚体肽斑点的模式[重组 USAG-1 蛋白来自:1,哺乳动物细胞;2,杆状病毒;和 3, 大肠杆菌 ;USAG-1 抗体 (A) #37 和 (B) #57]。(B)用 USAG-1 抗体#37 探测的肽阵列。(C)用 USAG-1 抗体#57 探测的肽阵列。(D)从 A1 到 F19 的 14 聚体肽的数量和序列。(E)建议的小鼠 USAG-1 蛋白的三维核磁共振结构模型。绿色,USAG-1 抗体 #37 的表位。天蓝色,LRP5/6(NX1 基序)的结合位点。
已经确定,内源性 Wnt 通路抑制剂 SOST 通过与 Wnt 辅助受体 LRP6 的“E1”结构域结合来发挥其抑制作用(30)。如上一节所述,USAG-1 中 LRP6 结合基序 NXI 的保守强烈表明它也与 LRP6 的同一结构域结合。我们评估了 USAG-1 与不同长度的人 LRP6 胞外结构域片段的结合。如图 5A 所示,观察到 USAG-1 与 LRP6 的 E1-E2 结构域片段的化学计量结合,证实了结合位点位于 E1 结构域的预测。相比之下,未观察到与 E1-E4 或 E3-E4 片段的结合。与含 E1 的 E1-E4 片段缺乏结合可以通过以下事实来解释:E1 的 NXI 结合表面在 LRP6 的整个胞外结构域的背景下被遮挡,这在电子显微镜图像中显示出高度弯曲的“C 形”(31)。然后,我们研究了 USAG-1 中和抗体是否会干扰 LRP6-USAG-1 相互作用。如图 5B 所示,抗体#16 观察到近乎完全的抑制,而#48 表现出部分抑制。这一发现与它们抑制 USAG-1 的 Wnt 调节活性的能力一致( 图 2B)。其他三种抗体(#12、#37 和#57)不影响 USAG-1 与 LRP6 E1-E2 的结合,证实了它们无法抵消 USAG-1 的 Wnt 调节能力( 图 2B)。基于这些结果,我们得出结论,中和 USAG-1 对 BMP 的拮抗作用比 Wnt 信号更有效地实现小鼠的实质性表型变化,即恢复缺失的牙齿或制作整颗牙齿。

图 5USAG-1 中和抗体足以产生整颗牙齿(#37 和 #57)可抑制 BMP 的拮抗功能,但不会抑制 Wnt 信号传导。
(A)LRP6 的细胞外 E1/E2 结构域与小鼠 USAG-1 蛋白之间的相互作用。(B)USAG-1 抗体阻断 LRP6 E1/E2 细胞外结构域与小鼠 USAG-1 蛋白之间的相互作用(#16)。IgG,免疫球蛋白 G. (C) 作为 BMP 拮抗剂的 DAN 家族蛋白的树状图。(D)USAG-1 抗体#57 与 HEK293 细胞中表达的 SOST 蛋白的交叉反应性。(E)USAG-1−/− 小鼠干颅骨中下颌磨牙的表型。(F)施用 USAG-1 抗体混合物(#12,#16,#37,#48 和#57)的 USAG-1−/− 小鼠干燥颅骨中下颌磨牙的表型。白色箭头表示多生牙齿;黑色箭头表示扩大的融合牙齿。图片来源:A. Murashima-Suginami,京都大学。
为了研究抗体#37 和#57 在 BMP 信号传导方面的功能差异,我们分析了这些抗体与 DAN 亚家族成员的交叉反应性( 图 5C)。我们使用抗体#57 的免疫组织化学在转染的人胚胎肾(HEK)293 细胞中检测到 SOST 的微弱信号,但没有使用#37( 图 5D 和图 S4)。这种与 SOST 的微弱交叉反应性可能是由于 SOST 和 USAG-1 的 3D 结构相似 (28)。此外,全身施用含有抗体#12,#16,#37,#48 和#57 的抗体混合物增加了 USAG-1−/− 小鼠下颌骨中多生牙的数量和融合牙齿的大小( 图 5,E 和 F)。这些结果表明,抗体 #57 可能通过影响 BMP 拮抗剂 SOST 来抑制导致多生牙齿形成的遗传冗余。
最后,为了确认 USAG-1 中和活性影响 BMP 信号传导以在非啮齿动物模型中产生整颗牙齿,我们系统地将抗体 #37 施用于同时具有乳牙和恒牙的出生后雪貂。我们观察到上颌切牙(如第三牙列)多生牙的形成,尽管需要高出五倍的浓度、三次抗体#37 和免疫抑制( 图 6,A 至 D)。多生牙的形状可能与通常的恒门牙相似,位于恒牙的舌侧,而较短的牙根似乎正在生长( 图 6,E 至 G)。因此,该多生切牙可归类为第三牙列 (32)。此外,在多生牙的牙髓内观察到磷酸化的 Smad 阳性细胞( 图 6,H 和 I)。

图 6 施用 USAG-1 中和抗体 #37 后雪貂上颌切牙的多生牙。
(A 至 D) 雪貂的上颌切牙对不同剂量的给药 USAG-1 中和抗体 #37。(E 至 G) 图 6D 的显微计算机断层扫描(micro-CT)图像。(H 和 I) 多生牙磷酸化 Smad1/5/8 (pSmad1/5/8) 的免疫定位。箭头表示多生牙齿。IS,免疫抑制。图片来源:A. Murashima-Suginami,京都大学。
DISCUSSION 讨论
单次全身施用主要干扰 BMP 信号传导的 USAG-1 中和抗体(#37 和#57)挽救了 EDA1 缺陷小鼠的牙齿发育不成,并导致野生型小鼠以剂量依赖性方式有效形成整颗牙齿。据我们所知,早期尚未鉴定出可以促进牙齿再生的靶向抗体。本研究中产生的抗体中和了 USAG-1 对 BMP 信号传导的拮抗作用,并减少了 LRP5/6 剂量,挽救了 USAG-1-null 表型,包括多生牙形成 (15)。然而,根据这些发现不能排除 Wnt 信号传导参与,因为几只小鼠没有出生或没有存活。因此,有必要进行进一步的实验,例如涉及更多数量的 USAG-1 中和抗体的表位分箱和重组 USAG-1 蛋白表位的详细分析。
我们观察到几个致病基因(包括 Msx1 和 USAG-1)与 Msx1 缺陷小鼠先天性牙齿发育不全的恢复之间的联系,但没有恢复腭裂( 图 1J)。单次全身施用仅靶向 BMP 信号通路的 USAG-1 中和抗体挽救了 EDA1 缺陷小鼠的牙齿发育不全,但不影响与该谱系相关的其他表型。相反,USAG-1 消除仅挽救了 Pax9 缺陷小鼠的腭裂发育,这调节了 Wnt,但不能调节 BMP 信号传导 (33)。小分子 Wnt 激动剂还纠正了 Pax9 缺陷小鼠的腭裂 (34)。这表明 USAG-1 中和抗体并不能治愈所有牙齿发育不全病例,但先天性牙齿发育不全致病基因的突变可能构成患者选择的生物标志物。尽管如此,未来的临床应用仍需要进行广泛的研究。EDA 控制 BMP 活性 (35),而 EDAR 作用于 Wnt 靶基因 (36, 37)。先天性牙齿发育不全可以通过施用 USAG-1 中和抗体来缓解 BMP 而不是 Wnt 信号传导。此外,在出生后对 EDA 缺陷的狗进行单次全身施用 EDA 激动抗体可挽救先天性牙齿发育不全 (38)。USAG-1 靶向中和抗体在牙齿再生中的应用必须集中在具有特定致病基因突变的先天性牙齿发育不全上。
此外,我们成功地获得了 USAG-1 中和抗体,即使在野生型小鼠中也有可能产生全新的牙齿。这些小鼠的表型变化与 USAG-1-KO 小鼠相似,表明该抗体可以挽救 USAG-1 缺陷小鼠的基本牙齿原基。人类的牙齿,除了恒磨牙外,都是双齿兽 (32)。第一代(乳牙)和第二代(恒牙)有时伴随着除恒牙之外还可能出现的初生牙列的“第三牙列”(32)。根据对 78 名多生牙患者的分析,我们之前报道过第三牙列是人类多生牙的原因 (32)。通过靶向分子疗法刺激第三牙列可能是全牙再生的可行方法。在目前的研究中,我们表明,全身应用 USAG-1 中和抗体可以再生整颗牙齿,就像雪貂的第三牙列一样,雪貂是与人类具有相似牙齿模式的双齿动物。然而,除了雪貂之外,这种方式的临床应用还需要在非啮齿动物模型中进一步研究,例如太阳猫、狗或猪。
使用基于细胞的组织工程开发治疗方法在主流再生医学中很常见。尽管已经在使用组织工程技术的牙齿再生领域进行了广泛的研究 (39, 40),但由于成本和安全问题,没有一种可用的疗法在临床上适用。尽管被认为有必要产生新的原始牙胚,但在我们的调查中,我们观察到了基本牙齿原基的存在。因此,即使在野生型动物中,我们也不必创造新的牙齿原基。USAG-1 抑制牙原基的生长。此外,与各种遗传异常相关的先天性牙齿发育不全是由牙齿发育受阻引起的。因此,传统的组织工程方法不适合牙齿再生。我们的研究结果表明,针对 USAG-1 的无细胞分子疗法可有效治疗多种先天性牙齿发育不全和第三牙列诱导。
MATERIALS AND METHODS 材料和方法
Study design 学习规划
本研究的主要目标包括生成和使用单克隆抗 USAG-1 抗体来局部阻止和恢复小鼠的牙齿发育。我们还进行了实验以确定 BMP 或 Wnt 信号是否调节牙齿发育。本研究获得京都大学动物研究委员会(参考编号:Med Kyo 11518)、KAC Co. Ltd.(参考编号:19-1103)和京都大学重组 DNA 实验安全委员会(参考编号:180211)的批准。实验是根据批准的指南进行的。所有实验至少重复三次。样本量是根据经验选择的,以确保足够的统计功效。所有有效的测量值都包含在我们的分析中。没有排除异常值。主要数据见图或补充材料。
Animals 动物
使用具有 C57BL / 6J 遗传背景的 CRISPR-Cas 系统(图 S1)生产外显子 1 中缺失 106-bp 的 USAG-1−/− 小鼠(Macrogen Co. Ltd.,首尔,韩国)。在 USAG-1−/− 小鼠中观察到与先前报告(10)中描述的牙齿异常相似,包括切牙多生牙、融合上颌磨牙和多生下颌磨牙。EDA1 缺陷小鼠(Tabby6:C57BL / 6J Aw-J-Eda Ta-6J / J)从杰克逊实验室获得(JAX 库存#000338)。具有 129S4/SvJae 遗传背景的 Msx1 缺陷小鼠由突变小鼠资源和研究中心(MMRRC 库存 #000068-UCD)提供。我们杂交了杂合的 USAG-1 和 Msx1 小鼠,并分析了 F2 代。为了消除小鼠背景的影响,仅分析了 F2 后代 USAG-1−/−/Msx1−/− 小鼠。使用 KOD FX NEO 聚合酶(KFX-201;TOYOBO, Osaka, Japan)和特定引物。胚胎是通过定时交配获得的;E0 天从午夜开始,然后找到阴道塞。近交怀孕雪貂购自 Marshall BioResources Japan Co. Ltd.。正如之前报道的那样,后代的一个亚群维持在免疫抑制状态 (41)。
Plasmid and recombinant proteins
质粒和重组蛋白
如先前报道的那样,从哺乳动物细胞制备 PA 标记的小鼠 USAG-1 重组蛋白(42)。其他标记的 USAG-1 重组蛋白,源自大肠杆菌或杆状病毒表达系统(R&D systems Inc.,明尼苏达州,美国;MyBiosource, CA, USA)用于生产抗体、抗原以及固相和/或夹心酶联免疫吸附测定 (ELISA)。LRP6 的 E1-E4 结构域的制备如先前报道 (30)。小鼠 DAN 家族蛋白的表达载体购自 OriGene Technologies Inc.(美国马里兰州罗克维尔)。
Generation and purification of anti–USAG-1 monoclonal antibodies
抗 USAG-1 单克隆抗体的生成和纯化
如前所述,抗 USAG-1 单克隆抗体由 ITM Co. Ltd.(日本松本)生产 (43)。简而言之,用重组人 USAG-1 蛋白免疫 USAG-1−/− 小鼠。两周后,将从髂淋巴结获得的淋巴细胞在 50%聚乙二醇溶液存在下与 SP2/0 小鼠骨髓瘤细胞融合,并在含有 HAT 的 GIT 培养基(Wako Pure Chemical Corporation,Osaka,Japan)上选择 1 周作为补充剂。通过 ELISA 筛选所得杂交瘤,并鉴定出分泌抗 USAG-1 单克隆抗体的杂交瘤。将培养上清液(10 ml)加载到蛋白 G 色谱柱(GE Healthcare,Chicago,IL,USA)上,并将抗体吸附到色谱柱上。使用 MAbTrap 试剂盒 (GE Healthcare) 中的洗脱缓冲液洗脱结合的抗体。将洗脱的抗体加载到离心过滤器(Amicon Ultra-15;Millipore, Burlington, MA, USA)与磷酸盐缓冲盐水(PBS)进行缓冲液交换,并测定浓度。抗体储存在 -80°C 直至使用。
Alkaline phosphatase assay
碱性磷酸酶测定
为了测定碱性磷酸酶 (ALP) 活性,将 C2C12 细胞以每孔 6 × 104 个细胞的密度接种在 96 孔板中。细胞达到汇合后,在 Dulbecco 改良的 Eagle 培养基(DMEM;Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)补充 15%胎牛血清(FBS),青霉素 G(100 U / ml),链霉素(100μg / ml),重组小鼠 BMP7 蛋白(30 ng / ml 或 300 ng / ml)(研发系统)和重组小鼠 USAG-1 蛋白(0 至 3000 ng / ml)48 小时。用 PBS 洗涤细胞两次,并在 0.05%Triton X-100 中刮擦。将细胞悬液在冰上超声处理。如所述,测定上清液等分试样的蛋白质浓度和 ALP 活性(LabAssay ALP,FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation)。
Luciferase reporter assay
荧光素酶报告测定
为了评估抗 USAG-1 抗体对重组小鼠 USAG-1 调节的 Wnt/β-catenin 信号传导的中和作用,我们使用了基于双荧光素酶报告基因测定系统的 TOP 报告基因系统(Promega,Madison,WI,USA)。简而言之,使用 Lipofectamine 3000 瞬时转染组成型活性单纯疱疹病毒胸苷激酶启动子驱动的海肾荧光素酶(每孔 20 ng)、一种 β-连环蛋白反应性萤火虫荧光素酶报告质粒 TopFlash(每孔 50 ng)(Millipore)和 Wnt1 表达质粒(每孔 1 ng)瞬时转染 HEK293 细胞×(48 孔板中 10 ng4 个细胞 )作为内部对照、连环蛋白反应萤火虫荧光素酶报告质粒 TopFlash(每孔 50 ng)(Millipore)和 Wnt1 表达质粒(每孔 1 ng)(Thermo Fisher Scientific, 美国马萨诸塞州沃尔瑟姆)。孵育 4 小时后,将补充有 10%FBS 的 DMEM 中的质粒和转染试剂替换为含有重组小鼠 USAG-1 蛋白(1μg/ml)的新鲜培养基。20 至 24 小时后收获细胞,并根据制造商的说明一式两份或一式三份测量萤火虫和海肾荧光素酶活性。萤火虫荧光素酶活性与海肾荧光素酶活性标准化。
Epitope mapping 表位图谱
表位图谱由 Kinexus Co Ltd.(加拿大温哥华)进行。简而言之,在纤维素膜上进行肽阵列的两个拷贝的 SPOT 合成(具有 183 个氨基酸的蛋白质的 15 聚体肽扫描;没有信号肽的人 Sostdc1)。将两个合成的肽阵列拷贝与原代小鼠 USAG-1 抗体(0.3 g/ml)一起孵育,并通过将阵列与检测试剂(1:25,000 稀释;HRPalpaca 抗小鼠抗体)和随后用电化学发光试剂处理。
Immunoprecipitation 免疫沉淀
通过免疫沉淀评估每种单克隆抗体 (mAb) 与溶液中天然 USAG-1 的反应性。简而言之,将 5 μg 纯化的抗 USAG-1 mAb 与 15 μl 蛋白 A-琼脂糖 (GE Healthcare) 在 15° 至 25°C 下孵育 2.5 小时,然后用 PBS 短暂洗涤。将珠子与瞬时转染含有 N 端 PA 标签的小鼠或人 USAG-1 的 Expi293F 细胞的培养上清液一起孵育 (42)。用 PBS 广泛洗涤后,通过添加 SDS 样品缓冲液从珠子中洗脱结合的蛋白质,然后在非还原条件下使用 5%至 20%梯度凝胶通过 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)进行分析。
Bio-layer interferometry 生物层干涉测量
使用生物层干涉测量法和 Octet RED 系统(ForteBio,Fremont,CA,USA)分析抗 USAG-1 抗体的结合动力学。在 25°C 的 96 孔微量滴定板中进行结合测定,并以 1000 rpm 的速度搅拌轨道传感器。将胺反应性(AR2G)传感器固定化,将每种抗体以 10 至 20μg/ml 溶解在 10 mM 乙酸钠缓冲液(pH 6.0)中,然后用 1 M 乙醇胺(pH 8.5)淬灭。将纯化的小鼠 USAG-1 在运行缓冲液[含有 0.005%吐温 20]的 20mM Hepes 和 150mM NaCl(pH 7.2)中连续稀释,并加入不同的孔中(最终体积:200μl)。通过将传感器浸入孔中 120 秒,然后在运行缓冲液中解离 120 秒来监测结合。在每个结合实验周期之后,通过浸入再生缓冲液 [10 mM 甘氨酸-盐酸 (pH 3.0)] 中再生抗体固定化生物传感器。KD 值是使用 Octet Data Analysis Software 7.1 (ForteBio) 使用 1:1 全局拟合模型确定的。
LRP6-binding assay LRP6 结合测定
USAG-1 和 LRP6 胞外结构域之间的结合评估如下。含有不同区域(E1-E4,残基 1-1244;E1-E2,残基 1 至 629;E3-E4,残基 630 至 1244)在 C 端 His 标记并在 Expi293F 细胞中瞬时表达,如前所述 (44)。固定在 Ni-NTA 珠子上后,将它们与先前建立的稳定表达小鼠 USAG-1 的 Expi293F 细胞的培养上清液进一步孵育(42)。将结合的 USAG-1 与 LRP6 片段一起通过 SDS 洗脱,并通过非还原 SDS-PAGE 进行分析。为了评估抗 USAG-1 抗体与 LRP6 结合竞争的能力,将蛋白 A 珠与每种抗体一起孵育(步骤 1),然后与 USAG-1 孵育(步骤 2),最后与 LRP6 E1-E2 片段孵育(步骤 3)以形成三元复合物。通过非还原 SDS-PAGE 分析结合蛋白。与 LRP6 E1-E2 片段相对应的信号强度降低表明抗体和 LRP6 的结合位点重叠。
Analysis of teeth phenotypes
牙齿表型分析
在妊娠 E13(4 至 6 周)的怀孕 EDA1 小鼠腹腔注射抗 USAG-1 抗体(16μg/g)。在 5 周龄时对后代进行分析。去除皮肤后,将从后代头部解剖的上颌骨和下颌骨浸泡在 PBS 中制备的 0.02%蛋白酶 K 中,在 37°C 下浸泡 4 天,并用 5%H2O2 在 15°至 25°C 下清洁 5 分钟。最后,将它们在 H2O 中冲洗并风干。新生儿固定在 4%多聚甲醛中并包埋在石蜡中。切片(7 mm)被切割并用苏木精和伊红染色。在出生后 1 周和 3 周或 1、3 和 5 周时,腹腔注射抗 USAG-1 抗体(16 或 80 μg/g)的雪貂后代。通过拍照和显微计算机断层扫描 (micro-CT) 对其进行分析。
Micro-CT analysis 显微 CT 分析
我们进行了 3D 显微 CT 扫描(inspeXio SMX-100CT;Shimadzu, Kyoto, Japan)在雪貂的上颌切牙上,出生后 13 周。我们将 CB 文件[512 × 512 像素,8 位;体素大小,x:y:z = 1:1:1(每边~0.06 mm)]转换为 TIFF 文件,并使用计算机成像软件(VGSTUDIO MAX;Volume Graphics GmbH.,德国海德堡)。
Immunocytochemistry 免疫细胞化学
使用标准技术进行免疫细胞化学。简而言之,将 HEK293 细胞接种在聚左旋赖氨酸涂层的盖玻片上(Matsunami Glass Ind. Ltd.,大阪,日本)。使用 Lipofectamine 3000 将 FLAG 标记的 DAN 家族蛋白表达质粒转染(每孔 1 μg)到细胞中。转染后(24 小时),用 4%多聚甲醛/ PBS(Sigma-Aldrich)固定细胞 30 分钟。接下来,用 PBS 洗涤细胞 3 次,并在封闭缓冲液(10%牛血清白蛋白/ PBS)中孵育 1 小时,然后在小鼠单克隆抗 USAG-1 抗体或抗 FLAG 抗体(4 ng / ml)中孵育在封闭缓冲液中,在 4°C 下过夜。 为了可视化免疫反应性,在用 PBS 洗涤 3 次后,将细胞与 Cy3 标记的二抗(Jackson ImmunoResearch Laboratories,West Grove,PA,USA)/PBS(1:400)一起孵育。使用 4',6-二脒基-2-苯基吲哚(Thermo Fisher Scientific)进行核染色。
Immunohistochemistry 免疫组化
用针对磷酸化 Smad 的兔一级多克隆抗体对雪貂的石蜡包埋切片进行免疫染色 1/5/8 (1:50;如前所述,Merck KGaA,达姆施塔特,德国)和二级生物素化抗兔/小鼠抗体(Nichirei Bioscience,东京,日本)(11,32)。 然后用苏木精复染切片,在一系列分级乙醇和二甲苯中脱水,并用盖玻片覆盖。
Statistical analysis 统计分析
数据显示为均值± SE。为了比较多种条件,进行了单因素方差分析(ANOVA),然后进行了双尾 Dunnett 多重比较检验。差异的统计学显着性评估如下:*P < 0.05,**P < 0.01。使用 SAS 统计软件 9.4 版(SAS Institute,Cary,NC)进行统计分析。
Acknowledgments 确认
我们感谢其他人的任何贡献。 资金: 本研究得到了科学研究补助金 [(C):25463081 和 17K118323]、资助号 JP17nk0101334 和 JP20ek0109397 的 AMED,以及京都大学第四届 GAP 基金和孵化计划的支持。这项研究得到了 AMED 的“支持药物发现和生命科学研究平台项目 [支持创新药物发现和生命科学研究的基础 (BINDS)]的部分支持,授权号为 19am0101075 给 J.T. 作者贡献:K.T.、Y.To.、J.T. 和 M.S. 设计了研究计划。A.M.-S.、H.K.、E.M.、Y.N.、R.U. 和 Y.To。进行了所有实验。数据的分析和解释由 K.T.、Y.To.、J.T.、M.S.、Y.Ta.、Y.N. 和 K.B. A.M.-S.、R.U.、K.T.、Y.To、J.T. 和 M.S. 撰写了主要稿件文本。A.M.-S.、H.K.、E.M. 和 Y.To。准备好了所有数字。所有作者都审阅并批准了稿件。 利益争夺: 这项研究由 Toregem BioPharma Co. Ltd.京都大学、福井大学和爱知县资助,大阪大学拥有与这项工作相关的专利。 数据和材料可用性: 评估论文结论所需的所有数据都存在于论文和/或补充材料中。作者可能会要求作者提供与本文相关的其他数据。
Supplementary Material 补充材料
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REFERENCES AND NOTES 参考资料和注释
J. Pispa, I. Thesleff,外胚层器官发生的机制。 开发生物学。262, 195–205 (2003)。
Y.-Y. Tai, R.-S.陈,Y. Lin,T.-Y.林,M.-H.Chen,FGF-9 在实时生物工程器官作中加速上皮内陷以进行外胚层器官发生。 细胞公社。信号 10, 34 (2012)。
M. Hirayama、M. Oshima、T. Tsuji,器官替代再生疗法的发展和前景。 角膜 32(增刊 1),S13–S21 (2013)。
I. Thesleff,牙齿发育和牙齿缺陷的遗传基础。 美国医学博士。A140, 2530–2535 (2006)。
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- The Current State and Future of Oral Health: A Position Paper Exploring the Role of Regenerative Dentistry, Regenerative Medicine and Dentistry, (6), (2025).https://doi.org/10.53941/rmd.2025.100006
- Editorial: Perivascular niche and stem cell signaling in tooth, Frontiers in Cell and Developmental Biology, 13, (2025).https://doi.org/10.3389/fcell.2025.1555739
- Unraveling the hidden complexity: Exploring dental tissues through single-cell transcriptional profiling, Regenerative Therapy, 27, (218-229), (2024).https://doi.org/10.1016/j.reth.2024.03.023
- Development of a new antibody drug to treat congenital tooth agenesis, Journal of Oral Biosciences, 66, 4, (1-9), (2024).https://doi.org/10.1016/j.job.2024.10.002
- Spatiotemporal Molecular Architecture of Lineage Allocation and Cellular Organization in Tooth Morphogenesis, Advanced Science, 11, 47, (2024).https://doi.org/10.1002/advs.202403627
- Timing and Graded BMP Signalling Determines Fate of Neural Crest and Ectodermal Placode Derivatives from Pluripotent Stem Cells, Biomedicines, 12, 10, (2262), (2024).https://doi.org/10.3390/biomedicines12102262
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- Current Trends, Advances, and Challenges of Tissue Engineering-Based Approaches of Tooth Regeneration: A Review of the Literature, Current Stem Cell Research & Therapy, 19, 4, (473-496), (2024).https://doi.org/10.2174/1574888X17666220818103228
- Gene Therapy and CRISPR/Cas Technology in Dentistry: A Review, Dental Journal of Advance Studies, 12, 1, (49-54), (2024).https://doi.org/10.5005/djas-11014-0033
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