生肌調(diào)節(jié)因子家族功能與基因活性的影響因素分析

1、生肌調(diào)節(jié)因子家族功能與基因活性的影響因素分析生肌調(diào)節(jié)因子（myogenic regulatory factors,MRFs）是肌肉生成的相關(guān)基因，家族中包括MyoD、MyoG、Myf5和Myf6.MRFs作為研究動物肌肉生長和肉質(zhì)性狀的候選基因，已被人們廣泛關(guān)注。MRFs基因家族調(diào)控著整個肌肉的發(fā)育過程，從肌祖細胞的定型、增殖及肌纖維的形成，直到個體出生后的肌肉成熟和功能完善，以及組織修復(fù)和再生等肌肉發(fā)生發(fā)育的各個環(huán)節(jié)1-2.MRFs對肌肉發(fā)育的精準調(diào)控作用，受到遺傳和環(huán)境因素的影響。對MRFs具有調(diào)控作用的外部因素包括營養(yǎng)、光照、運動及激素等。研究發(fā)現(xiàn)，在雞骨骼肌成肌細胞培養(yǎng)基中添加適量的硒

2、濃度（7mol/L）能促進細胞分化和MRFs基因表達3;氨基酸及其代謝物對MRFs家族成員基因表達具有調(diào)控作用4-7;初生雛雞限飼顯著提高了胸大肌MyoD和Myf6基因的表達量，而降低了MyoG基因的表達量和肌纖維、纖維束直徑及肌內(nèi)膜和肌束膜結(jié)締組織間隔8;綠色光照對18日胚齡雞胚MyoD、MyoG和Myf5基因表達有顯著影響，而提高孵化溫度對雞胚MRFs沒有影響9.作者綜述了MRFs家族的結(jié)構(gòu)與功能、基因表達與活性調(diào)節(jié)，以及影響該家族成員基因活性和肌生成的外部因素，以期為動物肌肉發(fā)育調(diào)控技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。1 MRFs的結(jié)構(gòu)與功能1.1 MRFs的結(jié)構(gòu)MRFs家族成員的結(jié)構(gòu)共同特點是氨基酸序列

3、都有1個由約70個殘基組成的同源片段、1個富含精氨酸和賴氨酸的堿性區(qū)和1個緊鄰的堿性螺旋-環(huán)-螺旋（b-HLH）結(jié)構(gòu)10.DNA可與b-HLH區(qū)域形成的α-螺旋二聚體結(jié)合，DNA結(jié)合的生肌識別基序包含相鄰堿性區(qū)12個氨基酸殘基。12個殘基中，位于DNA結(jié)合區(qū)域中心的非保守殘基生肌識別基序是丙氨酸和蘇氨酸，可激活生肌基因，用其他b-HLH蛋白相應(yīng)位置的氨基酸取代這些氨基酸，可以滅活MRFs的轉(zhuǎn)錄作用，但不會影響其與DNA的結(jié)合。MRFs識別的靶DNA具有共同的序列：-CANNG-（N代 表 任 何 一 種 堿 基），稱 為E-box.MRFs通過與E蛋白家族的另一類b-HLH形成異二

4、聚體識別靶DNA上的E-box并結(jié)合，活化肌特異性蛋白的表達。MRFs對不同E蛋白有選擇性，表明其對肌特異性基因進行調(diào)控表達的具體作用方式。MRFs在蛋白質(zhì)間的識別及構(gòu)象形成上具有重要作用是因為在其b-HLH的堿性區(qū)及絞鏈區(qū)具有3個保守氨基酸，即丙氨酸、蘇氨酸和賴氨酸，使其區(qū)別于其他b-HLH10.在b-HLH區(qū)外，還有兩個同源區(qū)：一個為緊靠氨基末端富含半胱氨酸和組氨酸的堿性區(qū)；另一個為生肌識別基序羧基末端富含絲氨酸和蘇氨酸的堿 性區(qū)，是 可磷酸 化的部 位。b-HLH的區(qū)外同源區(qū)可能與肌肉發(fā)育過程的精細調(diào)節(jié)功能有關(guān)，是MRFs家族成員功能差異的分子基礎(chǔ)。1.2 MRFs的功能MRFs家族在骨

5、骼肌肌細胞的決定和分化中都是必需的，但其在肌肉發(fā)育過程中的作用是不同的，主要分為兩個階段：肌肉發(fā)育初級階段，MyoD和Myf5基因主要在成肌前體細胞的命運決定和成肌細胞增殖中起作用；肌肉發(fā)育次級階段，MyoG和Myf6基因 則 在 成 肌 細 胞 的 融 合 和 分 化 中 起 作用10-11.研究發(fā)現(xiàn)，將小鼠的MyoD基因轉(zhuǎn)入C3H成纖維細胞中可以誘導其出現(xiàn)成肌作用，證實了MyoD與肌肉發(fā)育緊密的相關(guān)性12.對于成年動物，肌 細 胞 的 增 殖 和 肌 肉 組 織 的 增 生 可 以 經(jīng) 由MyoD和Myf5的表達量進行判斷，MyoD調(diào)控著肌細胞的分化，而Myf5則主要調(diào)節(jié)肌細胞的再生和動態(tài)

6、平衡，二者的功能在胚形成期可以互相補償，但成年期就失去了互補功能13.如果MyoD表達受到阻遏，Myf5出現(xiàn)代償性高表達，小鼠肌肉發(fā)育不受影響；若阻遏Myf5表達，則不能形成早期肌節(jié)，小鼠會因缺乏肌節(jié)與生骨節(jié)之間的相互作用而在出生時死亡。MyoD和Myf5都缺乏的小鼠，不能生成骨骼肌，肌衛(wèi)星細胞也受影響13.MyoG是肌管和肌纖維形成的必需因子，缺乏MyoG的鼠無肌纖維生成，但肌衛(wèi)星細胞不受影響。Myf6調(diào)控肌管的分 化，其蛋白活性缺失將導致肌肉發(fā)育不良，Myf6減少的小鼠能生成骨骼肌，但因肋骨生長缺陷而在出生時死亡14.2 MRFs的表達與活性調(diào)節(jié)2.1 MRFs的表達MRFs的功能與之在骨

7、骼肌發(fā)育過程中的表達時序性關(guān)系密切。Myf5和MyoD基因的表達是在肌肉生成早期分化階段，是初級MRFs.MyoD和Myf5基因在成肌細胞增殖過程中表達，主要參與生肌過程，其中Myf5最早表達，MyoG與Myf6主要負 責 肌 肉 分 化11.MyoG在 分 化 末 期 表 達，Myf6基因主要在出生后表達，均屬次級MRFs.Myf6通過調(diào)控收縮蛋白和調(diào)節(jié)蛋白同工型在不同時期的表達，使肌肉細胞分化為不同類型的肌纖維。研究發(fā)現(xiàn)，隨著火雞胚胎發(fā)育，MyoD和MyoG的mRNA表達量均顯著下降，品系和性別對其表達也有顯著影響15;而Myf6在不同鴨品種同一肌肉組織中的表達變化規(guī)律一致，而在不同肌肉組

8、織中的表達模式不同，該基因參與了胸肌、腿肌組織的發(fā)育，在胸肌、腿肌中表達模式不同，推測Myf6基因在胸 肌、腿 肌 中 的 調(diào) 控 存 在 差 異16.MyoD和Myf5表達量可以用來推測成年動物的骨骼肌發(fā)育13.MyoD基因在波蘭長白豬后腿中表達量顯著高于皮特蘭豬和波蘭大白豬；轉(zhuǎn)錄因子pax7在皮特蘭豬后腿肌中表達量最高，而波蘭長白豬表達量最低；MyoD和pax7基因在皮特蘭豬和波蘭長白豬發(fā)育早期的表達量高于發(fā)育后期，皮特蘭豬較高的產(chǎn)肉性能與其較大量的活化肌衛(wèi)星細胞相關(guān)；Myf6基因的表達量沒有受到肌肉類型、年齡和品種的影響17.2.2 MRFs的活性調(diào)節(jié)決定MRFs基因是否活化和表達的因素

9、是非常復(fù)雜的，可能由發(fā)育、細胞生長狀態(tài)及其他細胞因子等內(nèi)部因素調(diào)控，也可能由運動、營養(yǎng)及應(yīng)激等外部因素調(diào)控。這些因素可直接影響MRFs的轉(zhuǎn)錄，或通過蛋白間的相互作用間接影響其表達。大多數(shù)的骨骼肌基因控制區(qū)都有一個或多個E-box,其是MRFs激活肌肉基因轉(zhuǎn)錄的重要途徑。MRFs能夠有效結(jié)合E蛋白（E12、E47和ITF1）形成二聚物，從而激活包含E-box的肌肉基因啟動子的肌肉特異性轉(zhuǎn)錄13.α-肌動蛋白基因和肌球蛋白重鏈-1基因的控制區(qū)無E-box,也能通過一些蛋白因子如增強子-結(jié)合因子-2間接調(diào)控MRFs.MRFs受到DNA結(jié)合抑制因子（Id）的負調(diào)節(jié)，Id是一種無堿性區(qū)的HLH蛋白。Id主要與E蛋白形成二聚物阻止其與MRFs結(jié)合，從而阻止肌肉特異性基因激活，Id也可與MRFs聚合直接抑制MRFs與DNA結(jié)合18.Id因子至少由Id1、Id2、Id3和Id4編碼。Id1、Id2對MyoD和Myf5的 抑 制