Cellular TEAD1 activity as predictor for osteoblast lineage speciation and metabolic bone disease

Osteoporose er en tilstand karakteriseret ved reduktion i knoglemasse og knoglekvalitet, hvilket øger risikoen for frakturer og derved påvirker livskvaliteten markant. Knoglen er et dynamisk væv, der gennemgår kontinuerlig omstrukturering gennem kombinationen af knogleopbyggende osteoblaster og knogleresorberende osteoklaster. Defekt i de knogledannende osteoblaster er blevet vist at være afgørende for aldersrelateret knogletab. Klinisk er knogletab stærkt forbundet med øget fedtindhold i knoglemarven, ikke kun hos personer med osteoporose, men også i tilstande som type I-diabetes og anoreksi. Både osteoblaster og adipocytter, stammer fra multipotente stromale celler, hvilket antyder, at ændringer i hastigheden af differentiering af disse celler, kan være årsag til knogletab. Molekylære faktorer, der kontrollerer differentiering af stromale celler er derfor lovende mål for klinisk terapi rettet mod knogleregeneration og bekæmpelse af metaboliske knogle sygdomme. Differentieringen af stromale celler til specialiserede cellelinjer reguleres af et netværk af linjespecifikke transskriptionsfaktor, der aktiverer celletype-specifikke genprogrammer, samtidig med at de undertrykker gener vigtige for stamcelletilstanden. I en nylig undersøgelse er transskriptionsfaktoren TEAD blevet foreslået som en del af et stort transskriptionelt netværk i stromale celler, der øger osteoblast-differentiering, samtidig med at de hæmmer differentieringen af adipocytter. TEAD rekrutterer YAP1 og TAZ, transskriptionelle co-aktivatorer, der bliver kontrolleret af Hippo-signalering. Hippo-signalering er kendt for sin evne til at fremme osteoblast differentiering og hæmme adipocyt differentiering. Vi foreslår derfor, at TEAD er en molekylære regulator for differentiering af stromale celler. Dynamikken hvormed YAP1 og TEAD1 binder kromatin antyder en stærk sammenhæng mellem Hippo-signalering, genprogrammet 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. 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 differentieringen. Primære celler fra mus, der stammer fra enten knogle eller knoglemarv viste interessant nok betydelige forskelle i TEAD1-afhængighed 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.