Atenisa Caci

Hvad er titlen på din afhandling?

Cellulær TEAD1-aktivitet som prædiktor for osteoblast-linjespecificering og metabolisk knoglesygdom

På hvilket institut og/eller i hvilken forskningsenhed har du skrevet din ph.d.?

Forskningsenhed for Molekylær Endokrinologi (KMEB), Odense Universitetshospital og Syddansk Universitet (SDU), Odense, Danmark

Hvem var din hovedvejleder?

Associate Professor Alexander Rauch

Hvilket spørgsmål ville du besvare med din afhandling? (svar med max 150 tegn)

Det overordnede mål med mit ph.d.-projekt er at identificere molekylære mekanismer på enkeltcellens niveau, der bidrager til fremskridt af metaboliske knoglesygdomme og giver indsigt til klinisk ledelse samt mål for klinisk intervention. Således, molekylære faktorer, der styrer slægt engagement af stromale celler repræsenterer et attraktivt mål for kliniske terapier rettet mod knogleregeneration og bekæmpelse af metaboliske sygdomme. I en nylig undersøgelse, TEAD transkriptionsfaktorer er blevet foreslået at være en del af et stort transkryptionsnetværk i stromale celler, der er afgørende for osteoblast differentiering samtidig hæmme differentieringen af fedtceller. TEADs transkriptionsfaktorer rekrutterer YAP1 og TAZ, transkryptionskoaktivatorer under kontrol af Hippo-signalvejen, kendt for sin evne til at fremme osteogen differentiering og hæmme adipogen differentieringen.

Hvad fandt du ud af?

Dynamikken hvormed YAP1 og TEAD1 binder kromatin antyder en stærk sammenhæng mellem Hippo-signalering, gen-programmet for stamceller og aktivering af osteoblast-specifikke gener. Både bindingen af YAP1 og TEAD1 til kromatin afhænger i høj grad af mængden af nuklear YAP1, hvilket tyder på en cofaktor-afhængighed af TEAD1 dynamikken. Celler behandlet med inhibitorer af proteininteraktionerne mellem YAP og TEAD, viste en nedsat evne til ad differentiere til osteoblaster. Dette antyder, at TEAD fungerer som formidler af YAP1’s funktion under osteoblast-differentiering. Ved at teste, om inhibering af TEAD1 kunne efterligne virkningen af YAP1-mangel i humane celler, kunne vi vise, at knockout, men ikke siRNA-medieret knockdown, nedsatte osteoblast differentie-ringen. Primære celler fra mus, der stammer fra enten knogle eller knoglemarv viste interessant nok betydelige forskelle i TEAD1-af-hængighed af osteoblast differentiering. Celler fra knolge krævede TEAD1 for optimal osteoblast differentiering, mens celler fra knoglemarv viste øget osteoblast differentiering ved nedsat mængde af TEAD1. Ved hjælp af osteoblast-specifikke Tead1 knockout-mus kunne vi ikke bekræfte rollen af TEAD1 i opbygning af knoglemasse og struktur samt knoglegeneration ved mono kortikal defekt.

Samlet set indikerer kromatinbindingsdynamik og farmakologisk inhibering af YAP1-TEAD-interaktioner en mulig rolle for TEAD1 i differentieringen af stromale cellers til osteoblaster. Imidlertid er virkningen af genetisk nedregulering af TEAD1 for osteoblast-differentiering meget kontekstspecifik in vitro og der kan ikke laves nogen konklusion in vivo. Vi fremstiller derfor hypotesen at TEAD sandsynligvis på en meget redundant måde formidler virkningerne af Hippo-signalering under differentiering af stromale cellers.

Hvordan gjorde du det?

For at afdække, hvordan signalnetværk i stromaceller kontrollerer afstamning, knoglestyrke og helkropsmetabolisme, brugte vi en dybdegående molekylær karakterisering af den formodede afstamningsbestemmende transkriptionsfaktor TEAD1 og fænotypning af betingede knockout-mus. Vi brugte ChIP-seq og RNA-seq til at estimere bindingsdynamikken af TEAD1 og YAP1 til kromatinet. Fire forskellige inhibitorer blev brugt til at afbryde TEAD1-YAP1-interaktionen og fastslå effekten i osteoblast- og adipocytdifferentiering i humane BM-MSC'er. Vi genererede osteoblast- og adipocytspecifikke Tead1-knockoutmus ved hjælp af Tead1 floxed, Runx2-Cre og Adipoq-Cre-mus for at validere de pro-osteogene og anti-adipogene effekter af TEAD1 in vivo. (μ)CT-analyse og histologi blev brugt til fænotypebestemmelse af knogle- og fedtvæv ved baseline. Ud over disse basale effekter vurderede vi TEAD1's indvirkning på knogle- og fedtbiologi under vævsreparations- og ombygningsbetingelser ved at udfordre betingede Tead1-knockout-mus i henholdsvis knoglebrudsmodeller og fedtfattig kost.

Hvordan kan din forskning bruges?

Nye observationer tyder på, at målretning af YAP1-TEAD-aktivitet kan have et stærkt potentiale for stamceller og regenerativ medicin. Da hæmning af YAP1-TEAD-aktivitet er tilstrækkelig til at undertrykke osteogen aktivitet, kan anvendelsen være attraktiv for medfødte knoglesygdomme med gain-of-function-mutation, der driver accelereret osteoblastdifferentiering, såsom i fibrøs dysplasi eller kraniosynostose. Når man har defineret gensignaturer, der er specifikt følsomme over for de enkelte TEAD'er, sammen med den dybdegående karakterisering af funktionstabsmodeller in vitro og in vivo, kan det give mulighed for at definere og designe stromale cellepopulationer, der fremmer knogledannelse og -regenerering. Dette vil igen give mulighed for cellebaserede terapier til at bekæmpe knogletab og fremme heling af brud hos osteoporotiske patienter eller forsøgspersoner med stærkt nedsat mobilitet.