Transforming growth factorβ (TGFβ) is a potent growth inhibitor for many cells, and perturbations of TGFβ signaling result in progression of various cancers. We are interested in the signaling mechanisms of the TGFβ superfamily, including TGFβ and bone morphogenetic proteins (BMPs), and studying how TGFβ signals regulate progression of various cancers, e.g. colorectal cancer. We are also interested in the regenerative medicine. Signals induced by TGFβ and BMPs play important roles in the development and homeostasis of bone and cartilage. We have recently started to investigate the mechanisms of differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs). Using an in vitro system, we are trying to regulate the differentiation of MSCs into osteoblasts and chondroblasts. The results will be useful for the application of regenerative medicine

The identification of a novel anti-osteogenic domain by Gerard Karsenty and colleagues, reported in Developmental Cell, has revealed that the differentiation of osteoblasts — the cells that are responsible for bone formation — is more complex than was previously suspected.

Исходя из работы, которая идентифицировла Runx2 в качестве местер-гена для дифференцировки остеобластов, авторы попытались выяснить, почему он экспрессируется за 4 дня до появления остеобластов. Принимая эту задержку как доказательство вовлечения др. регуляторных белков и рассматривая, что некоторые болезни развития костей возникают в результате усиленного (преимущественно преждевременного) образования кости, они удивились бы, если бы Runx2, который кодирует транскрипционный фактор, м.б. регулироваться негативно.

Усиленное образование кости в краниальных структурах наблюдается у Twist1^+/- мышей, а также у Saethre-Chotzen пациентов, которые являются гетерозиготами по инактивации TWIST1. Karsenty и др. высказали предположение, что Twist1 (и вообще его родственник, Twist2) негативно регулируют Runx2 - a , следовательно, дифференцировку остеобластов.

In situ гибридизация на embryonic day (E)12-15 у мышей подтвердила, что дифференцировка остеобластов наблюдается только после снижения экспрессии гена Twist. Кроме того, они установили, что если гены Twist не экспрессируются, то остеобласты дифференцируются преждевременно. Более того, авт. показали, что инактивация генов Twist м. восстанавливать Runx2 haploinsufficiency фенотип. Итак, кажется, что Runx2 взаимодействует и с Twist1 и с Twist2.

Twist1, как было установлено, ингибирует дифференцировку остеобластов, не влияя на экспрессию Runx2, тогда как же Twist белки осуществляют свои эффекты? Эксперименты по ДНК ко-трансфекции показали, что Twist1 и Twist2 специфически ингибируют функцию трансактивации Runx2. Используя делеционные мутанты Twist1, Karsenty и др. идентифицировали домен, ответственный за ингибирование - Twist box. Оказалось, что этот новый анти-остеогенный домен из 20 аминокислот присутствует только в Twist1 и Twist2 и соединяется непосредственно с Runt DNA-связывающим доменом Runx2, и , следовательно, понижают способность Runx2 соединяться с ДНК. Наконец, авт. показали, что in vivo мутагенез Twist box также ведёт к преждевременной дифференцировке остеобластов.

Итак, установлено, что снижение экспрессии генов Twist устраняет Twist-box-ингибрование Runx2 и тем самым запускает дифференцировку остеобластов. Установлено также, что синдром Saethre-Chotzen является результатом преждевременной активности RUNX2. И не только это - был также идентифицирован Twist box в качестве самого раннего регулятора дифференцировки остеобластов.