Proper patterning and growth of oral structures including teeth, tongue, and palate rely on epithelial–mesenchymal interactions involving coordinated regulation of signal transduction. Understanding molecular mechanisms underpinning oral–facial development will provide novel insights into the etiology of common congenital defects such as cleft palate. In this study, we report that ablating Wnt signaling in the oral epithelium blocks the formation of palatal rugae, which are a set of specialized ectodermal appendages serving as Shh signaling centers during development and niches for sensory cells and possibly neural crest related stem cells in adults. Lack of rugae is also associated with retarded anteroposterior extension of the hard palate and precocious mid-line fusion. These data implicate an obligatory role for canonical Wnt signaling in rugae development. Based on this complex phenotype, we propose that the sequential addition of rugae and its morphogen Shh, is intrinsically coupled to the elongation of the hard palate, and is critical for modulating the growth orientation of palatal shelves. In addition, we observe a unique cleft palate phenotype at the anterior end of the secondary palate, which is likely caused by the severely underdeveloped primary palate in these mutants. Last but not least, we also discover that both Wnt and Shh signalings are essential for tongue development. We provide genetic evidence that disruption of either signaling pathway results in severe microglossia. Altogether, we demonstrate a dynamic role for Wnt-β-Catenin signaling in the development of the oral apparatus.

Abstract Prelamin A is a farnesylated precursor of lamin A, a nuclear lamina protein. Accumulation of the farnesylated prelamin A variant progerin, with an internal deletion including its processing site, causes Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Loss of function mutations in ZMPSTE24 , which encodes the prelamin A processing enzyme, lead to accumulation of full-length farnesylated prelamin A and cause related progeroid disorders. Some data suggest that prelamin A also accumulates with physiological aging. Zmpste24 -/- mice die young, at ~20 weeks. Because ZMPSTE24 has functions in addition to prelamin A processing, we generated a mouse model to examine effects solely due to the presence of permanently farnesylated prelamin A. These mice have an L648R amino acid substitution in prelamin A that blocks ZMPSTE24-catalyzed processing to lamin A. The Lmna L648R/L648R mice express only prelamin and no mature protein. Notably, nearly all survive to 65-70 weeks, with approximately 40% of male and 75% of female Lmna L648R/L648R mice having near-normal lifespans of 90 weeks (almost 2 years). Starting at ~10 weeks of age, Lmna L648R/L648R mice of both sexes have lower body masses and body fat than controls. By ~20-30 weeks of age, they exhibit detectable cranial, mandibular and dental defects similar to those observed in Zmpste24 -/- mice, and have decreased vertebral bone density compared to age- and sex-matched controls. Cultured embryonic fibroblasts from Lmna L648R/L648R mice have aberrant nuclear morphology that is reversible by treatment with a protein farnesyltransferase inhibitor. These novel mice provide a robust model to study the effects of farnesylated prelamin A during physiological aging.

Abstract The ability to simultaneously modulate a set of genes for lineage-specific development has made microRNA an ideal master regulator for organogenesis. However, most microRNA deletions do not exhibit obvious phenotypic defects possibly due to functional redundancy. MicroRNAs are known to regulate skeletal lineages as the loss of their maturation enzyme Dicer impairs bone remodeling processes. Therefore, it is important to identify specific microRNA essential for bone homeostasis. We report the loss of miR-27a causing severe osteoporosis in mice. MiR-27a affects osteoclast-mediated bone resorption but not osteoblast-mediated bone formation during skeletal remodeling. Gene profiling and bioinformatics further identify the specific targets of miR-27a in osteoclast cells. MiR-27a exerts its effects on osteoclast differentiation through modulation of Squstm1/p62 whose mutations have been linked to Paget’s disease of bone. Our findings reveal a new miR-27a-p62 axis necessary and sufficient to mediate osteoclast differentiation and highlight a therapeutic implication for osteoporosis.