Ablation of FAM20C caused short root defects via suppressing the BMP signaling pathway in mice.

Blockade der BMP-Signalübertragung und kurze Wurzeldefekte – FAM20C-Ablation im Mausmodell.
Bone morphogenetic protein signaling Cell proliferation Conditional knockout mouse model Odontoblast differentiation Tooth root

Journal

Journal of orofacial orthopedics = Fortschritte der Kieferorthopadie : Organ/official journal Deutsche Gesellschaft fur Kieferorthopadie
ISSN: 1615-6714
Titre abrégé: J Orofac Orthop
Pays: Germany
ID NLM: 9713484

Informations de publication

Date de publication:
Nov 2023
Historique:
received: 05 07 2021
accepted: 16 01 2022
pubmed: 23 3 2022
medline: 23 3 2022
entrez: 22 3 2022
Statut: ppublish

Résumé

Short root defects are prone to cause various periodontal diseases and lead to tooth loss in some serious cases. Studies about the mechanisms governing the development of the root are needed for a better understanding of the pathogenesis of short root defects. The protein family with sequence similarity 20 group C (FAM20C) is a Golgi casein kinase that has been well studied in the development of tooth crown formation. However, whether FAM20C plays a role in the development of tooth root is still unknown. Thus, we generated Sox2-Cre;Fam20c Kurze Wurzeldefekte können verschiedene Parodontalerkrankungen verursachen und in schwerwiegenden Fällen zu Zahnverlust führen. Studien zu den Mechanismen, welche die Entwicklung der Wurzel steuern, sind für ein besseres Verständnis der Pathogenese kurzer Wurzeldefekte erforderlich. Die Proteinfamilie mit der Sequenzähnlichkeit 20 Gruppe C (FAM20C) ist eine Golgi-Caseinkinase, die bei der Entwicklung der Zahnkronenbildung gut erforscht wurde. Ob FAM20C jedoch eine Rolle bei der Entwicklung der Zahnwurzel spielt, ist noch nicht bekannt. Daher entwickelten wir Sox2-Cre;Fam20cfl/fl(cKO)-Mäuse mit Fam20c-Ablation sowohl im Zahnepithel als auch im Zahnmesenchym. Es ließ sich feststellen, dass die cKO-Mäuse schwere kurze Wurzeldefekte aufwiesen, vor allem durch die Hemmung der Entwicklung des Zahnmesenchyms in der Wurzelregion. In dieser Untersuchung fanden wir morphologische Veränderungen und Differenzierungsdefekte mit einer verminderten Expression von Dentin-Sialophosphoprotein (DSPP) in Odontoblasten der Wurzelregion bei cKO-Mäusen. Ferner war die Proliferationsrate der apikalen Papillarzellen in der Wurzel von cKO-Mäusen reduziert. Darüber hinaus waren die BMP4(„bone morphogenetic protein 4“)- und Phospho-Smad1/5/8-Spiegel sowie die Spiegel von Osterix und KLF4 („Krüppel-like factor 4“), zweier nachgeschalteter Zielmoleküle des BMP-Signalweges, in den Zahnwurzeln von cKO-Mäusen signifikant reduziert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass FAM20C durch die Regulierung des BMP-Signalwegs eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung der Wurzel spielt.

Autres résumés

Type: Publisher (ger)
Kurze Wurzeldefekte können verschiedene Parodontalerkrankungen verursachen und in schwerwiegenden Fällen zu Zahnverlust führen. Studien zu den Mechanismen, welche die Entwicklung der Wurzel steuern, sind für ein besseres Verständnis der Pathogenese kurzer Wurzeldefekte erforderlich. Die Proteinfamilie mit der Sequenzähnlichkeit 20 Gruppe C (FAM20C) ist eine Golgi-Caseinkinase, die bei der Entwicklung der Zahnkronenbildung gut erforscht wurde. Ob FAM20C jedoch eine Rolle bei der Entwicklung der Zahnwurzel spielt, ist noch nicht bekannt. Daher entwickelten wir Sox2-Cre;Fam20cfl/fl(cKO)-Mäuse mit Fam20c-Ablation sowohl im Zahnepithel als auch im Zahnmesenchym. Es ließ sich feststellen, dass die cKO-Mäuse schwere kurze Wurzeldefekte aufwiesen, vor allem durch die Hemmung der Entwicklung des Zahnmesenchyms in der Wurzelregion. In dieser Untersuchung fanden wir morphologische Veränderungen und Differenzierungsdefekte mit einer verminderten Expression von Dentin-Sialophosphoprotein (DSPP) in Odontoblasten der Wurzelregion bei cKO-Mäusen. Ferner war die Proliferationsrate der apikalen Papillarzellen in der Wurzel von cKO-Mäusen reduziert. Darüber hinaus waren die BMP4(„bone morphogenetic protein 4“)- und Phospho-Smad1/5/8-Spiegel sowie die Spiegel von Osterix und KLF4 („Krüppel-like factor 4“), zweier nachgeschalteter Zielmoleküle des BMP-Signalweges, in den Zahnwurzeln von cKO-Mäusen signifikant reduziert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass FAM20C durch die Regulierung des BMP-Signalwegs eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung der Wurzel spielt.

Identifiants

pubmed: 35316352
doi: 10.1007/s00056-022-00386-7
pii: 10.1007/s00056-022-00386-7
doi:

Types de publication

Journal Article

Langues

eng

Sous-ensembles de citation

IM

Pagination

349-361

Informations de copyright

© 2022. Springer Medizin Verlag GmbH, ein Teil von Springer Nature.

Références

Sozzani R, Cui H, Moreno-Risueno MA, Benfey PN et al (2010) Spatiotemporal regulation of cell-cycle genes by SHORTROOT links patterning and growth. Nature 466(7302):128–132. https://doi.org/10.1038/nature09143
doi: 10.1038/nature09143 pubmed: 20596025
Chen H, Guo S, Xia Y, Ma J et al (2018) The role of Rho-GEF trio in regulating tooth root development through the p38 MAPK pathway. exp Cell Res 372(2):158–167. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2018.09.022
doi: 10.1016/j.yexcr.2018.09.022 pubmed: 30268758
Huang H, Wang J, Zhang Y, Chen W et al (2018) Bone resorption deficiency affects tooth root development in RANKL mutant mice due to attenuated IGF‑1 signaling in radicular odontoblasts. Bone 114(09):161–171. https://doi.org/10.1016/j.bone.2017.12.026
doi: 10.1016/j.bone.2017.12.026 pubmed: 29292230
Romero FJM, Star H, Lav R, Tucker AS et al (2017) The impact of the Eda pathway on tooth root development. J Dent Res 96(11):1290–1297. https://doi.org/10.1177/0022034517725692
doi: 10.1177/0022034517725692
Liu Y, Feng J, Li J, Chai Y et al (2015) An Nfic-hedgehog signaling cascade regulates tooth root development. Development 142(19):3374–3382. https://doi.org/10.1242/dev.127068
doi: 10.1242/dev.127068 pubmed: 26293299
Moulton MJ, Humphreys GB, Kim A, Letsou A et al (2020) O‑GlcNAcylation dampens Dpp/BMP signaling to ensure proper drosophila embryonic development. Dev Cell 53(3):330–343.e3. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.04.001
doi: 10.1016/j.devcel.2020.04.001 pubmed: 32369743
Jin SL, Bai YM, Zhao BY, Zhang HS et al (2020) Silencing of miR-330-5p stimulates osteogenesis in bone marrow mesenchymal stem cells and inhibits bone loss in osteoporosis by activating Bgn-mediated BMP/Smad pathway. Eur Rev Med Pharmacol Sci 24(8):4095–4102. https://doi.org/10.26355/eurrev_202004_20987
doi: 10.26355/eurrev_202004_20987 pubmed: 32374006
Liu CW, Zhou YJ, Yan GX, Sun HC et al (2018) The role of bone morphogenetic protein signaling pathway in tooth root development. Hua Xi Kou Qiang Yi Xue Za Zhi 36(5):559–563. https://doi.org/10.7518/hxkq.2018.05.017
doi: 10.7518/hxkq.2018.05.017 pubmed: 30465352
Rakian A, Yang WC, Gluhak-Heinrich J, Harris SE et al (2013) Bone morphogenetic protein‑2 gene controls tooth root development in coordination with formation of the periodontium. Int J Oral Sci 5(2):75–84. https://doi.org/10.1038/ijos.2013.41
doi: 10.1038/ijos.2013.41 pubmed: 23807640
Li J, Parada C, Chai Y et al (2017) Cellular and molecular mechanisms of tooth root development. Development 144(3):374–384. https://doi.org/10.1242/dev.137216
doi: 10.1242/dev.137216 pubmed: 28143844
Feng J, Jing J, Li J, Chai Y et al (2017) BMP signaling orchestrates a transcriptional network to control the fate of mesenchymal stem cells in mice. Development 144(14):2560–2569. https://doi.org/10.1242/dev.150136
doi: 10.1242/dev.150136 pubmed: 28576771
Zhang H, Li L, Kesterke MJ, Qin C et al (2019) High-Phosphate Diet Improved the Skeletal Development of Fam20c-Deficient Mice. Cells Tissues Organs 208(1–2):25–36. https://doi.org/10.1159/000506005
doi: 10.1159/000506005 pubmed: 32101876
Tibaldi E, Brocca A, Sticca A, Brunati AM et al (2020) Fam20C-mediated phosphorylation of osteopontin is critical for its secretion but dispensable for its action as a cytokine in the activation of hepatic stellate cells in liver fibrogenesis. Faseb J 34(1):1122–1135. https://doi.org/10.1096/fj.201900880R
doi: 10.1096/fj.201900880R pubmed: 31914633
Djoudi Ouadda BA, Gauthier MS, Susan-Resiga D, Seidah NG et al (2019) Ser-Phosphorylation of PCSK9 (Proprotein Convertase Subtilisin-Kexin 9) by Fam20C (Family With Sequence Similarity 20, Member C) Kinase Enhances Its Ability to Degrade the LDLR (Low-Density Lipoprotein Receptor. Arterioscler Thromb Vasc Biol 39(10):1996–2013. https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.119.313247
doi: 10.1161/ATVBAHA.119.313247 pubmed: 31553664
Du EX, Wang XF, Yang WC, Hao JJ et al (2015) Characterization of Fam20C expression in odontogenesis and osteogenesis using transgenic mice. Int J Oral Sci 7(2):89–94. https://doi.org/10.1038/ijos.2014.67
doi: 10.1038/ijos.2014.67 pubmed: 25537657
Wang X, Wang S, Lu Y, Qin C et al (2012) FAM20C plays an essential role in the formation of murine teeth. J Biol Chem 287(43):35934–35942. https://doi.org/10.1074/jbc.M112.386862
doi: 10.1074/jbc.M112.386862 pubmed: 22936805
Wang X, Jung J, Liu Y, Qin C et al (2013) The specific role of FAM20C in amelogenesis. J Dent Res 92(11):995–1009. https://doi.org/10.1177/0022034513504588
doi: 10.1177/0022034513504588 pubmed: 24026952
Liu C, Zhou N, Wang Y, Qin C et al (2018) Abrogation of Fam20c altered cell behaviors and BMP signaling of immortalized dental mesenchymal cells. Exp Cell Res 363(2):188–195. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2018.01.004
doi: 10.1016/j.yexcr.2018.01.004 pubmed: 29337188
Wang X, Wang J, Yuan B, Qin C et al (2014) Overexpression of Dmp1 fails to rescue the bone and dentin defects in Fam20C knockout mice. Connect Tissue Res 55(4):299–303. https://doi.org/10.3109/03008207.2014.923414
doi: 10.3109/03008207.2014.923414 pubmed: 24874551
Liu J, Saiyin W, Xie X, Li L et al (2020) Ablation of Fam20c causes amelogenesis imperfecta via inhibiting Smad dependent BMP signaling pathway. Biol Direct 15(1):16. https://doi.org/10.1186/s13062-020-00270-7
doi: 10.1186/s13062-020-00270-7 pubmed: 33028367
Wang X, Wang S, Li C, Qin C et al (2012) Inactivation of a novel FGF23 regulator, FAM20C, leads to hypophosphatemic rickets in mice. PLoS Genet 8(5):e1002708. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002708
doi: 10.1371/journal.pgen.1002708 pubmed: 22615579
Liu P, Zhang H, Liu C, Qin C et al (2014) Inactivation of Fam20C in cells expressing type I collagen causes periodontal disease in mice. Plos One 9(12):e114396. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0114396
doi: 10.1371/journal.pone.0114396 pubmed: 25479552
Li L, Saiyin W, Zhang H, Lu Y et al (2019) FAM20A is essential for amelogenesis, but is dispensable for dentinogenesis. J Mol Histol 50(6):581–591. https://doi.org/10.1007/s10735-019-09851-x
doi: 10.1007/s10735-019-09851-x pubmed: 31667691
Buzgariu W, Curchod ML, Perruchoud C, Galliot B et al (2020) Combining BrdU-labeling to detection of neuronal markers to monitor adult neurogenesis in hydra. Methods Mol Biol 2047:3–24. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-9732-9_1
doi: 10.1007/978-1-4939-9732-9_1 pubmed: 31552646
Lee H, Min SK, Song Y, Park JB et al (2019) Bone morphogenetic protein‑7 upregulates genes associated with osteoblast differentiation, including collagen I, Sp7 and IBSP in gingiva-derived stem cells. Exp Ther Med 18(4):2867–2876. https://doi.org/10.3892/etm.2019.7904
doi: 10.3892/etm.2019.7904 pubmed: 31555377
Ciau-Uitz A, Patient R et al (2019) Gene regulatory networks governing the generation and regeneration of blood. J Comput Biol 26(7):719–725. https://doi.org/10.1089/cmb.2019.0114
doi: 10.1089/cmb.2019.0114 pubmed: 31140835
Tao H, Lin H, Sun Z, Chen Z et al (2019) Klf4 promotes dentinogenesis and odontoblastic differentiation via modulation of TGF‑β signaling pathway and interaction with histone acetylation. J Bone Miner Res 34(8):1502–1516. https://doi.org/10.1002/jbmr.3716
doi: 10.1002/jbmr.3716 pubmed: 31112333
Elhaddaoui R, Qoraich HS, Bahije L, Zaoui F et al (2017) Orthodontic aligners and root resorption: a systematic review. Int Orthod 15(1):1–12. https://doi.org/10.1016/j.ortho.2016.12.019
doi: 10.1016/j.ortho.2016.12.019 pubmed: 28131613
Sirotkin AV, Radosová M, Tarko A, Alonso F et al (2020) Effect of morphology and support of copper nanoparticles on basic ovarian granulosa cell functions. Nanotoxicology 32(2):1–13. https://doi.org/10.1080/17435390.2020.1736680
doi: 10.1080/17435390.2020.1736680
Zhang Y, Fang M, Yang Z, Chen W et al (2020) GATA binding protein 4 regulates tooth root dentin development via FBP1. Int J Biol Sci 16(1):181–193. https://doi.org/10.7150/ijbs.36567
doi: 10.7150/ijbs.36567 pubmed: 31892855
Harkness L, Chen X, Gillard M, Davies AM et al (2019) Media composition modulates human embryonic stem cell morphology and may influence preferential lineage differentiation potential. PLoS ONE 14(3):e213678. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213678
doi: 10.1371/journal.pone.0213678 pubmed: 30889226
Somoza RA, Acevedo CA, Albornoz F, Weinstein-Oppenheimer C et al (2017) TGFβ3 secretion by three-dimensional cultures of human dental apical papilla mesenchymal stem cells. J Tissue Eng Regen Med 11(4):1045–1056. https://doi.org/10.1002/term.2004
doi: 10.1002/term.2004 pubmed: 25690385
Jiang Q, Du J, Yin X, Fan Z et al (2013) Shh signaling, negatively regulated by BMP signaling, inhibits the osteo/dentinogenic differentiation potentials of mesenchymal stem cells from apical papilla. Mol Cell Biochem 383(1–2):85–93. https://doi.org/10.1007/s11010-013-1757-9
doi: 10.1007/s11010-013-1757-9 pubmed: 23867990

Auteurs

Lili Li (L)

Department of Stomatology, The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 23 Youzheng Road, Nangang, 150086, Harbin, Heilongjiang, China.

Peihong Liu (P)

Department of Stomatology, The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 23 Youzheng Road, Nangang, 150086, Harbin, Heilongjiang, China.

Xuechao Lv (X)

Department of Stomatology, The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 23 Youzheng Road, Nangang, 150086, Harbin, Heilongjiang, China.

Tianliang Yu (T)

Department of Stomatology, The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 23 Youzheng Road, Nangang, 150086, Harbin, Heilongjiang, China.

Xingai Jin (X)

Department of Stomatology, The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 23 Youzheng Road, Nangang, 150086, Harbin, Heilongjiang, China.

Rui Wang (R)

Department of Stomatology, The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 23 Youzheng Road, Nangang, 150086, Harbin, Heilongjiang, China.

Xiaohua Xie (X)

Institute of Hard Tissue Development and Regeneration, The Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 150001, Harbin, Heilongjiang, China.

Qingshan Wang (Q)

Department of Vascular Surgery, The Heilongjiang Provincial Hospital, 82 Zhongshan Road, Xiangfang, 150036, Harbin, Heilongjiang, China.

Yingqun Liu (Y)

Department of Stomatology, The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 23 Youzheng Road, Nangang, 150086, Harbin, Heilongjiang, China.

Wuliji Saiyin (W)

Department of Stomatology, The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 23 Youzheng Road, Nangang, 150086, Harbin, Heilongjiang, China. iamwuliji@163.com.

Classifications MeSH