Bone mass loss in aging is linked with imbalanced lineage differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs). Recent studies have proved that histone deacetylases (HDACs) are regarded as key regulators of bone remodeling. However, HDACs involve in regulating BMMSC bio-behaviors remain elusive. Here, we investigated the ability of HDAC9 on modulation of autophagy and its significance in lineage differentiation of BMMSCs. The effects of HDAC9 on lineage differentiation of BMMSCs and autophagic signaling were assessed by various biochemical (western blot and ChIP assay), morphological (TEM and confocal microscopy), and micro-CT assays. Sixteen-month mice manifested obvious bone mass loss and marrow fat increase, accompanied with decreased osteogenic differentiation and increased adipogenic differentiation of BMMSCs. Further, the expression of HDAC9 elevated in bone and BMMSCs. Importantly, HDAC9 inhibitors recovered the lineage differentiation abnormality of 16-month BMMSCs and reduced p53 expression. Mechanistically, we revealed that HDAC9 regulated the autophagy of BMMSCs by controlling H3K9 acetylation in the promoters of the autophagic genes, ATG7, BECN1, and LC3a/b, which subsequently affected their lineage differentiation. Finally, HDAC9 inhibition improved endogenous BMMSC properties and promoted the bone mass recovery of 16-month mice. Our data demonstrate that HDAC9 is a key regulator in a variety of bone mass by regulating autophagic activity in BMMSCs and thus a potential target of age-related bone loss treatment.

中文翻译：

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间充质干细胞中由 HDAC9 触发的受损自噬加速了骨量丢失。

衰老中的骨量减少与骨髓间充质干细胞 (BMMSCs) 的不平衡谱系分化有关。最近的研究证明，组蛋白去乙酰化酶（HDACs）被认为是骨重塑的关键调节剂。然而，HDAC 参与调节 BMMSC 生物行为仍然难以捉摸。在这里，我们研究了 HDAC9 调节自噬的能力及其在 BMMSCs 谱系分化中的意义。HDAC9 对 BMMSCs 谱系分化和自噬信号传导的影响通过各种生化（蛋白质印迹和 ChIP 测定）、形态学（TEM 和共聚焦显微镜）和显微 CT 测定进行评估。16个月小鼠出现明显的骨量减少和骨髓脂肪增加，同时BMMSCs成骨分化减少，成脂分化增加。更远，HDAC9 在骨和 BMMSCs 中的表达升高。重要的是，HDAC9 抑制剂恢复了 16 个月 BMMSCs 的谱系分化异常并降低了 p53 表达。从机制上讲，我们发现 HDAC9 通过控制自噬基因 ATG7、BECN1 和 LC3a/b 的启动子中的 H3K9 乙酰化来调节 BMMSCs 的自噬，从而影响它们的谱系分化。最后，HDAC9 抑制改善了内源性 BMMSC 特性并促进了 16 个月龄小鼠的骨量恢复。我们的数据表明，HDAC9 通过调节 BMMSCs 的自噬活性是多种骨量的关键调节剂，因此是与年龄相关的骨丢失治疗的潜在目标。HDAC9 抑制剂恢复了 16 个月 BMMSCs 的谱系分化异常并降低了 p53 表达。从机制上讲，我们发现 HDAC9 通过控制自噬基因 ATG7、BECN1 和 LC3a/b 的启动子中的 H3K9 乙酰化来调节 BMMSCs 的自噬，从而影响它们的谱系分化。最后，HDAC9 抑制改善了内源性 BMMSC 特性并促进了 16 个月龄小鼠的骨量恢复。我们的数据表明，HDAC9 通过调节 BMMSCs 的自噬活性是多种骨量的关键调节剂，因此是与年龄相关的骨丢失治疗的潜在目标。HDAC9 抑制剂恢复了 16 个月 BMMSCs 的谱系分化异常并降低了 p53 表达。从机制上讲，我们发现 HDAC9 通过控制自噬基因 ATG7、BECN1 和 LC3a/b 的启动子中的 H3K9 乙酰化来调节 BMMSCs 的自噬，从而影响它们的谱系分化。最后，HDAC9 抑制改善了内源性 BMMSC 特性并促进了 16 个月龄小鼠的骨量恢复。我们的数据表明，HDAC9 通过调节 BMMSCs 的自噬活性是多种骨量的关键调节剂，因此是与年龄相关的骨丢失治疗的潜在目标。随后影响了它们的谱系分化。最后，HDAC9 抑制改善了内源性 BMMSC 特性并促进了 16 个月龄小鼠的骨量恢复。我们的数据表明，HDAC9 通过调节 BMMSCs 的自噬活性是多种骨量的关键调节剂，因此是与年龄相关的骨丢失治疗的潜在目标。随后影响了它们的谱系分化。最后，HDAC9 抑制改善了内源性 BMMSC 特性并促进了 16 个月龄小鼠的骨量恢复。我们的数据表明，HDAC9 通过调节 BMMSCs 的自噬活性是多种骨量的关键调节剂，因此是与年龄相关的骨丢失治疗的潜在目标。