ZFP521によるZFP423の直接転写抑制は、骨形態形成タンパク質依存性骨芽細胞と脂肪細胞系統のコミットメントスイッチを仲介します

骨芽細胞と脂肪細胞は、一般的な間葉前駆細胞から生じます。間葉前駆細胞の細胞運命の決定は、系統特異的転写因子の活性化または抑制につながる分子キューとシグナル伝達経路の影響下にあります。骨形成タンパク質（BMP）に応答した骨芽細胞と脂肪細胞系統の特異性を決定する分子メカニズムは不明のままです。この研究では、複数の未熟な細胞集団における系統進行の調節因子であるZFP521（ZNF521）が、BMP誘導分化イベント中の間葉系前駆細胞の系統の仕様を調節するメカニズムについて説明します。in vivoの欠失または間葉前駆体のZFP521のin vitroノックダウンにより、脂肪細胞測定因子ZFP423（ZNF423）の発現が増加しました。これは、ヒストンH3K9メチル化の喪失と、ZFP423プロモーターでのヒストンH3K9アセチル化の増加と同時に行われ、一緒になって遺伝子抑制の減少を示しています。実際、ZFP521がZFP423のプロモーターとイントロンエンハンサー領域を占有および抑制することがわかりました。したがって、ZFP521の条件付き削除は、BMP2の局所注射に応じて異所性骨形成を阻害しました。対照的に、BMP2誘発骨内の骨髄脂肪過多はZFP521欠損マウスで著しく増強され、ZFP521を欠く前駆細胞がBMP2に応じて骨芽細胞の代わりに脂肪細胞に優先的に分化することを示唆しています。間葉前駆体におけるZFP521の細胞自律的役割と一致して、間質細胞におけるZFP521のノックダウンは、BMP2誘発性骨芽細胞マーカーの発現を防ぎ、同時に脂質蓄積と脂肪細胞関連遺伝子の発現を促進しました。総合すると、データは、ZFP521がBMP誘発骨芽細胞のコミットメントにとって重要なセル運命スイッチであり、ZFP521をZFP423の固有の抑制因子として特定し、したがってBMP誘発性間葉系前駆細胞分化中の脂肪細胞のコミットメントの識別であることを示唆しています。

Osteoblasts and adipocytes arise from a common mesenchymal precursor cell. The cell fate decision of a mesenchymal precursor cell is under the influence of molecular cues and signaling pathways that lead to the activation or repression of lineage-specific transcription factors. The molecular mechanisms determining osteoblast versus adipocyte lineage specificity in response to bone morphogenic protein (BMP) remain unclear. In this study, we describe the mechanism through which Zfp521 (ZNF521), a regulator of lineage progression in multiple immature cell populations, regulates lineage specification of mesenchymal progenitor cells during BMP-induced differentiation events. In vivo deletion or in vitro knockdown of Zfp521 in mesenchymal precursors resulted in increased expression of the adipocyte determinant factor Zfp423 (ZNF423). This was concurrent with the loss of histone H3K9 methylation and an increase in histone H3K9 acetylation at the Zfp423 promoter, which together are indicative of decreased gene repression. Indeed, we found that Zfp521 occupies and represses the promoter and intronic enhancer regions of Zfp423. Accordingly, conditional deletion of Zfp521 inhibited heterotopic bone formation in response to local injection of BMP2. In contrast, marrow adiposity within BMP2-induced bone was markedly enhanced in Zfp521-deficient mice, suggesting that precursor cells lacking Zfp521 differentiate preferentially into adipocytes instead of osteoblasts in response to BMP2. Consistent with a cell-autonomous role of Zfp521 in mesenchymal precursors, knockdown of Zfp521 in stromal cells prevented BMP2-induced osteoblast marker expression and simultaneously enhanced lipid accumulation and expression of adipocyte-related genes. Taken together, the data suggest that Zfp521 is a cell fate switch critical for BMP-induced osteoblast commitment and identify Zfp521 as the intrinsic repressor of Zfp423 and hence of adipocyte commitment during BMP-induced mesenchymal precursor differentiation.