Targeting VGLL4 maintains extracellular matrix homeostasis and mitigates osteoarthritis in a preclinical model

细胞外基质 平衡 骨关节炎 医学 细胞生物学 计算生物学 神经科学 生物信息学 生物 病理 替代医学
作者
Jinlong Suo,Duo Wang,Jinghui Wang,Xubin Yin,Xuye Hu,Rui Shao,Shuqin Chen,Shaokun Sun,Jingyi Feng,Lijun Wang,Heng Feng,Zhen Li,Wulei Hou,Lei Zhang,Yong Chen,Xianyou Zheng,Zuoyun Wang,Weiguo Zou
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-64361-7
摘要

Extracellular matrix homeostasis is crucial for hyaline cartilage integrity, however, the mechanism of extracellular matrix homeostasis in hyaline cartilage is poorly understood. Single-cell sequencing shows that VGLL4 is highly expressed in chondrocytes but declines after injury/aging. VGLL4 deficiency impairs collagen/elastin formation, causes extracellular matrix disorganization and osteoarthritis in Col2-CreERT2; Vgll4fl/fl mice, and is exacerbated by destabilization of the medial meniscus surgery. Mechanistically, the VGLL4-TEAD-SMAD3 complex maintains extracellular matrix homeostasis through specific interactions: TEAD4 (E263/D266/ Q269/H427) binds SMAD3 (K81/F260) via hydrogen bonds and hydrophobic contacts, while VGLL4 (H240/F241) engages TEAD4 (F337/F373) through π-stacking. Notably, intra-articular delivery of adeno-associated virus encoding either SMAD3 or VGLL4 effectively ameliorates osteoarthritis pathology, whereas interaction-deficient mutants lose therapeutic efficacy. This study demonstrates that VGLL4 serves as a critical regulator of extracellular matrix homeostasis in chondrocytes. The VGLL4 complex represents a potential therapeutic target for treating osteoarthritis and cartilage fibrosis. Here, the authors demonstrate that VGLL4 maintains cartilage integrity by forming a complex with TEAD4-SMAD3 to regulate extracellular matrix homeostasis. VGLL4 deficiency accelerates osteoarthritis, while its restoration or SMAD3 delivery rescues cartilage damage, suggesting therapeutic potential.

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