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编号:10274436
CyclinD1及P21cip1/waf1基因在下颌骨髁状突软骨中的表达及其意义
http://www.100md.com 《实用口腔医学杂志》 1999年第1期
     作者:李 松 王惠芸 金 岩 李 媛

    单位:西安第四军医大学口腔医学院 710032

    关键词:细胞周期素D1;P21cip1/waf1基因;下颌骨髁状突;关节软骨;细胞周期;胚胎

    实用口腔医学杂志990120〔摘要〕 目的:探讨cyclinD1及P21cip1/waf1基因表达变化对颞下颌关节发育中髁状突软骨细胞周期活动的影响。方法:用免疫组织化学染色及原位杂交检测mRNA技术,分别对胚胎及生后一周SD大鼠颞下颌关节不同发育时期cyclinD1蛋白及P21cip1/waf1mRNA在髁状突软骨中的表达进行观察。结果:cyclinD1在各发育时期的髁状突软骨增殖层及浅层肥厚层中均有表达,而且从增殖层至浅层肥厚层阳性细胞数无明显变化。P21cip1/waf1 mRNA阳性细胞主要分布于髁状突软骨表面未分化间充质细胞层向增殖层过渡的区域及增殖层深部向浅层肥厚层过渡的区域。结论:P21cip1/waf1在髁状突软骨的特征性分布提示P21cip1/waf1参与软骨细胞周期的调节,P21cip1/waf1表达强弱的变化可能是启动髁状突软骨细胞分化的主要因素之一。
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    The expressions of cyclin D1 and P21cip1/waf1 genes in the condylar cartilage of temporomandibular joint

    Li Song, Wang Huiyun,Jin Yan,et al.

    Stomatological College, Fourth Military Medical University, Xian 710032

    〔Abstract〕 Objective: To study the roles of the cyclin D1 and P21cip1/waf1 genes in the condylar cartilage of temporomandibular joint (TMJ). Methods: Expressions of cyclin D1 protein and P21cip1mRNA were observed by immunohistochemical staining and mRNA in situ hybridization in TMJ of SD rats during prenatal and postnatal development periods. Results: Cyclin D1 protein was expressed in proliferative and prehypertrophic zones of condylar cartilage in different periods of TMJ development, and no significant variety of positive cell number was observed in different parts of the condylar cartilage. The expression of P21 cip1 mRNA was mainly located in the transitional areas of undifferentiated mesenchymal region to proliferative, and proliferative to prehypertrophic zone. Conclusion: These data suggest that P21 cip1/waf1 is active in cell cycle regulation in chondrocytes, and that increased P21cip1/waf1 expression is associated with chondrocytes differentiation.
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    Key words Cyclin D1; P21 cip1/waf1; Mandibular condyle; Articular cartilage; Cell cycle ; Embryo

    颞下颌关节发育中髁状突软骨是由未分化的间充质细胞聚集、增殖、分化而形成的。髁状突软骨细胞的这一周期变化活动过程理应受内在基因的控制,这一点我们在前期开展的颞下颌关节发育中细胞增殖与凋亡及凋亡相关调控基因方面的研究中得以证实[1],但是尚未见其它有关报道。本研究旨在通过观察颞下颌关节发育中cyclinD1和P21cip1/waf1基因的表达变化及相互关系,进一步探讨cyclinD1和P21cip1/waf1基因对发育中髁状突软骨细胞周期活动的调控作用。

    1 材料与方法

    1.1动物模型及标本制备 选用纯系、3月龄SD大鼠(上海产)20只,分别于妊娠13、14、15、16、17、18、19、20d脱颈处死大鼠,切取胎鼠(E)颞下颌关节部置于400g/L的多聚甲醛中固定后常规脱水、石蜡包埋。另取出生后(P)1、2、3、4、5、6、7d幼鼠颞下颌关节部经固定、脱钙后石蜡包埋。作颞下颌关节矢状切片,厚度5μm。
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    1.2免疫组织化学检测cyclinD1的表达 石蜡切片脱蜡至水,经φ为3%H2O2封闭内源性过氧化物酶及枸椽酸缓冲液微波修复抗原10min后,用正常羊血清封闭30min;加cyclinD1单抗(美国SantaCruz公司产品)置于4℃过夜,室温下复温1h后滴加生物素化二抗37℃反应30min;再加ABC复合物37℃孵育30min,DAB显色后,二甲苯透明、封片。

    1.3原位杂交检测Bcl-2基因的表达

    1.3.1探针及标记 提取、纯化P21cip1/waf1质粒DNA。P21cip1/waf1探针参照地高辛标记检测试剂盒(Boehringer Mannheim公司)说明书,采用随机引物法标记。

    1.3.2P21cip1/waf1mRNA原位杂交 (1)石蜡切片脱蜡至DEPC水,分别用0.2mol/LHCl和20mg/L的蛋白酶K处理,梯度酒精脱水后室温干燥;(2)用地高辛标记探针于42℃杂交后,分别用2×SSC、1×SSC、0.5×SSC、buffer1、buffer2依次充分洗涤;(3)用体积分数为2%的正常羊血清封闭30min后,滴加抗地高辛碱性磷酸酶抗体孵育2h;(4)经buffer1、buffer3漂洗后,加新配制的显色液(NBT/BCIP显色系统)20μl,暗处显色。中止显色后,梯度酒精脱水,二甲苯透明封片。
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    1.3.3P21cip1/waf1mRNA阳性细胞计数及统计方法 在光学显微镜下,随机选取5个40×10高倍视野,用10×10网格,分别计数胎鼠髁状突表层(superficial zone,简称S)间充质细胞区、深层(deep zone,简称D)间充质细胞区、增殖层浅部(superficial proliferation zone,简称SP)及增殖层深部(deep proliferation zone,简称LP)中的P21cip1/waf1mRNA阳性细胞数;出生后髁状突表面未分化间充质细胞区消失,故仅计数增殖层浅部及增殖层深部阳性细胞数。计算出胚胎及出生后各组P21cip1/waf1mmRNA平均阳性细胞百分率和标准差,并对前两组及后两组分别进行χ2检验。

    2 结 果

    2.1cyclinD1免疫组织化学染色 cyclinD1阳性细胞为胞核及核膜着棕黄色,cyclinD1在胚胎及出生后各时期髁状突软骨增殖层及浅层肥厚层中都有表达,而且从增殖层至浅层肥厚层阳性细胞数无明显变化(图1,2),进入深层肥厚层后cyclinD1未见阳性表达细胞。
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    2.2P21cip1/waf1mRNA原位杂交 P21cip1/waf1mRNA阳性细胞胞浆呈紫蓝色,可见兰色颗粒。胚胎及出生后各时期髁状突软骨中均有P21cip1/waf1mRNA阳性表达。胚胎时期P21cip1/waf1阳性细胞主要分布于髁状突表面未分化间充质细胞向软骨增殖层过渡的区域及增殖层深部向浅层肥厚层过渡的区域(图3,4),进入深层肥厚层后仅在近骨化端处见个别P21cip1/waf1阳性细胞,其余部位均未见阳性表达。出生后P21cip1/waf1阳性细胞主要位于增殖层向浅层肥厚层过渡的区域。各组P21cip1/waf1平均阳性细胞率及χ2检验结果详见表1。

    图1 E19d髁状突软骨增殖层与浅层肥厚层中cyclinD1阳性表达细胞(40×15)
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    图2 P7d髁状突软骨浅层肥厚层至深层肥厚层中cyclinD1阳性表达细胞(40×15)

    图3 E19d,髁状突表面深层间充质细胞区P21cip1/waf1mRNA阳性细胞40×15)

    图4 E19d,髁状突软骨增殖层深部与浅层肥厚层过渡区P21cip1/waf1mRNA阳性细胞(40×15)

    表1 胚胎及出生后各组P21cip1/waf1mRNA阳性细胞率

    (%,±s) 分组
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    胚胎P21cip1

    出生后P21cip1

    S

    5.9±1.2

    D

    31.5±3.5

    SP

    17.8±2.6

    15.4±2.2

    DP

    44.7±4.8

    26.3±3.1
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    S比DP<0.01,SP比DPP<0.01,出生后SP比DPP<0.01

    3 讨 论

    人体从胚胎的发生到组织器官的形成,都是细胞不断增殖、分化、成熟等细胞周期活动的结果。已有大量研究表明,细胞周期是受多层次、多因子、多基因调控的复杂的细胞生命活动,细胞周期及其调控基因的功能异常可成为发育畸形或肿瘤发生的原因。近年来,对影响细胞周期活动的一系列细胞周期素(cyclins)、细胞周期素依赖性激酶(cyclin dependent kinases,CDKs)及细胞周期素依赖性激酶抑制剂(cyclin dependent kinases inhibitors,CDIs)的研究引起了极大的关注。

    cyclinD1基因定位于11q13,cDNA长4.2kb,可编码是相对分子质量为36000的蛋白。有研究表明cyclinD1蛋白可与cdk4、cdk6结合,其结合物可使pRb(视网膜母细胞瘤蛋白)磷酸化,后者释放出E2F-1转录因子,E2F-1作用于二氢叶酸还原酶等靶基因,使细胞进入增殖状态[2]。本研究结果显示,cyclinD1在各时期髁状突软骨增殖层及浅层肥厚层中均有表达,与发育中髁状突软骨增殖层及浅层肥厚层不断增殖的需要相符。而当进入深层肥厚层后,成熟软骨细胞失去增殖能力cyclinD1表达也消失,说明cyclinD1在软骨细胞增殖过程发挥着积极作用。
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    P21cip1/waf1是CDIs中KIP(kinase inhibition protein)类的成员,P21cip1/waf1基因定位于染色体6p21.2,其cDNA编码164个氨基酸的蛋白质,P21cip1/waf1是目前已知的具有最广泛激酶抑制活性的细胞周期抑制蛋白,它可通过抑制cyclinD1.cdk4、cyclinD1.cdk6、cyclinA.cdk2的蛋白激酶活性,或与DNA聚合酶的辅助因子PCNA结合,覆盖PCNA的功能区,使DNA合成受阻,抑制细胞增殖[2]。从本研究的cyclinD1及P21cip1/waf1的分布特点看,cyclinD1从增殖层至浅层肥厚层阳性细胞数及表达强弱无明显变化,而P21cip1/waf1的表达却有明显的改变。说明在软骨细胞的分化、成熟过程中增殖逐渐停滞并非是cyclinD1表达降低的作用,而是与P21cip1/waf1的表达增加所致。其作用机理可能是P21cip1/waf1抑制cyclinD1.cdk4、cyclinD1.cdk6等蛋白激酶活性的结果。此外,Jernvall等[3]报道,小鼠牙齿发育中P21cip1/waf1的表达不仅与磨牙原发性釉结节上皮增殖停滞与有关,而且还可能与上皮间充质相互作用后细胞的分化有关。Stewart等[5]也报道了P21cip1/waf1在啮齿类动物的生长板软骨细胞中表达水平升高与软骨细胞的肥大化有关。本研究的结果显示,胚胎时期P21cip1/waf1阳性细胞主要分布于髁状突表面未分化间充质细胞向软骨增殖层过渡的区域,及增殖层向浅层肥厚层过渡的区域。胚胎时期由于髁状突软骨形成的需要,未分化的间充质细胞朝着具有定向增殖为软骨细胞功能的增殖层细胞分化,此间深层间充质细胞区P21cip1/waf1阳性细胞率较浅层间质充细胞区高(P<0.01)恰与细胞分化、转型的需要相一致。特别是增殖层深部为增殖层细胞向软骨细胞分化的关键区,P21cip1/waf1在此处的高表达,则更加有力地说明P21cip1/waf1在软骨细胞分化中所起的作用。
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    综上可见,在髁状突软骨细胞周期性活动中,P21表达增加可抑制软骨细胞的增殖,当细胞增殖停滞后,P21cip1/waf1又表现出对细胞分化的诱导作用。然而,P21cip1/waf1是通过什么途径、机理使细胞分化的,目前尚不清楚,值得今后深入研究。

    参考文献

    1 李松, 金岩, 王惠芸. Bcl-2、BAX基因与程序化细胞死亡在颞下颌关节发育中的作用. 中华口腔医学杂志,(待发表)

    2 Ramalingam A, Hirai A, Thompson EA. Glucocorticoid inhibition of fibroblast proliferation and regulation of the cyclin kinase inhibitor P21cip1. Mol Endocrinol, 1997,11(5): 577
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    3 Jernvall J, AbergT, Kettunen P, et al. The life history of an embryonic signaling center: BMP-4 induces P21 and is associated with apoptosis in the mouse tooth enamel knot. Development, 1998,125(2): 161

    4 Stewart MC, Farnum CE, MacLeod JN. Expression of P21cip1/waf1 in chondrocytes. Calcif Tissue Int, 1997,61(3): 199

    (收稿:1998-10-19), 百拇医药