应激通过GC/GR/GRE途径介导的Myomaker表达影响绵羊肌肉发育的机制研究

Abstract：Glucocorticoid (GC), a key hormone during stress response, can promote or inhibit the development of muscle based on the moderate or excessive quantity, the mechanism of which is unclear. Myomaker is an indispensable factor for the fusion from myoblasts to multinuclear muscle fiber, and the expressional regulation and function mechanism of myomaker are not clear. The researches of some scholars and us showed that stress and exogenous GC affected the expression of myomaker gene in muscle. In our previous studies, we found that different doses of GC had different effects on the activity of the 5' regulatory region for myomaker gene in sheep, which might be relevant to the combinations of different glucocorticoid receptors (GRα or GRβ) and different glucocorticoid response elements (GRE or nGRE). In addition，we analyzed preliminarily the effects of myomaker on the expressions of other membrane fusion protein. In this study, sheep during embryonic period and early postnatal days will be used as the research objects, and the animal and cell experiments will be carried out to investigate the molecular mechanisms about stress regulating myomaker expression via GC/GR/GRE pathway and further affecting the muscle development by myomaker function. This study will lay a foundation for illuminating the mechanism about the dual effect of stress on muscle development and provide a basis for preventing or curing the stress-induced muscular dysplasia of domestic animals.

糖皮质激素（GC）是应激反应的关键激素，适度或过量时可促进或抑制肌肉的发生发育，这种双重作用的机制尚不清楚。Myomaker是成肌细胞融合为多核肌纤维的必需因子，其表达调控和作用机制尚未阐明。我们和其他学者研究表明应激或外源性GC可影响肌肉Myomaker表达。前期研究中我们发现不同剂量GC对绵羊Myomaker基因5'调控区活性有不同影响，可能与不同糖皮质激素受体（GRα或GRβ）与不同糖皮质激素反应元件（GRE或nGRE）的结合有关；并初步分析了Myomaker对其他膜融合蛋白表达的影响。本项目旨在以胚胎期和出生早期绵羊为研究对象，通过动物和细胞试验，深入研究不同程度应激如何通过GC/GR/GRE途径直接或间接调控Myomaker表达进而通过Myomaker作用影响肌肉发育的分子机制，以为阐明应激对肌肉发育双重影响的机制奠定基础，也为防治家畜应激性肌肉发育不良提供依据。

糖皮质激素（GC）是应激反应的关键激素，适度或过量时可促进或抑制肌肉的发生发育，而Myomaker是成肌细胞融合为多核肌纤维的必需因子。本项目基于前期研究基础，以绵羊为主要研究对象，通过动物和细胞试验，系统研究了应激通过GC/GR/GRE途径直接或间接调控Myomaker表达而影响肌肉发育的分子机制，结果表明：① 绵羊胚胎期不同发育阶段，GR、Myomaker等成肌相关基因的表达规律在半腱肌和背最长肌基本相似但又有所差异，多数基因之间存在相关性。地塞米松（Dex）模拟胎羊应激条件下，初步检测发现骨骼肌GR和Myomaker的表达发生改变。进一步以胎鼠为模式动物研究发现，Dex模拟应激条件下骨骼肌中GR和Myomaker等相关基因的表达变化也具有相关性。分析发现绵羊各基因5’调控区存在多种相似的元件。基于营养剥夺应激条件下绵羊血清GC含量和骨骼肌转录组学变化，进一步分析发现了几种应激状态下对绵羊Myomaker基因转录调控发挥作用的元件和因子。② 细胞试验进一步证实了应激或正常状态下绵羊成肌细胞分化过程中，GR、Myomaker等多个成肌相关基因的动态表达规律和调控关系。基于高通量测序和生物信息学分析发现应激状态下对绵羊Myomaker基因转录发挥调控作用的还有其它元件和因子。GR抑制剂会部分逆转Dex导致的成肌分化抑制，可能与逆转Dex导致的Myomaker等肌肉特异性基因及其它相关基因的表达变化有关。绵羊Myomaker过表达或干扰可影响绵羊成肌细胞的迁移和分化以及相关基因的表达，且Myomaker过表达可部分逆转Dex所致的成肌分化抑制。进一步利用元件突变和EMSA试验鉴定了一些可介导GC调控Myomaker基因转录的代表性元件和相应转录因子。③ 总之，结合动物和细胞试验可以得出，GC可能通过GR与靶标基因启动子区的GRE/nGRE元件结合而直接调控Myomaker等成肌相关基因的转录，同时存在通过其他转录因子与其在靶基因上的相应元件结合而介导的间接调控作用。此外，成功分离了绵羊间充质干细胞和创制了绵羊诱导性多能干细胞，并尝试成肌诱导，为后续深入研究应激调控肌细胞发生和形成的机制准备了工具。本项目为阐明应激调控肌肉发育的机制奠定了基础，也为防治家畜应激性肌肉发育不良提供了依据。