医学综述论文：肌肉生长抑制素基因的研究进展

精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创1/12医学综述论文肌肉生长抑制素基因的研究进展摘要肌肉生长抑制素又称GDF8,属TGF超家族,是骨骼肌生长的负调控因子。最早在小鼠中发现该基因的突变可导致骨骼肌肥大。随后的研究表明，肉牛的双肌现象也是该因子外显子311BP的碱基缺失或保守的单个碱基的突变所造成的。对人肌肉生长抑制素基因的研究表明，它包括3个外显子和2个内含子，在人的骨骼肌中特异性地表达，产物为成熟糖蛋白。目前，该基因已分别在人、牛和猪的染色体上定位。猪的肌肉生长抑制素基因的表达在仔猪出生时显著下降，而且其表达在生后仔猪的乳腺中也可检测到。关键词肌肉生长抑制素；TGF超家族；双肌中图分类号Q956文献标识码A文章编号02539772200002011903MYOSTATINANEGATIVEREGULATOROFSKELETALMUSCLEMASSJIANGYUNLIANG（COLLEGEOFANIMALSCIENCETECHNOLOGY,SHANDONGAGRICULTURALUNIVERSITY,TAIAN271018）LIANZHENGXINGLINING（NATIONALLABORATORYFORAGROBIOTECHNOLOGY,CHINAAGRICULTURALUNIVERSITY,BEIJING100094）精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创2/12WUCHANGXIN（COLLEGEOFANIMALSCIENCETECHNOLOGY,CHINAAGRICULTURALUNIVERSITY,BEIJING100094）ABSTRACTMYOSTATIN,AMEMBEROFTHETRANSFORMINGGROWTHFACTORSUPERFAMILY,ISAGENETICDETERMINANTOFSKELETALMUSCLEANDCATTLEWITHLOSSOFFUNCTIONMUTATIONOFTHISGENEHAVEMARKEDMUSCLEISMAPPEDTOINHUMAN,2Q11OR2Q1415INCATTLEANDINGENOMICSTRUCTUREOFHUMANMYOSTATINGENECONTAINS3EXONSAND2INTRONS,WITHTHEWHOLELENGTHOFABOUTISEXPRESSEDUNIQUELYINTHEHUMANSKELETALMUSCLEASA26KDAMATUREGLYCOPROTEINANDSECRETEDINTOTHEPLASMAINTEXEL“DOUBLEMUSCLE”SHEEP,NOMISSENSEMUTATIONSWEREDETECTED,BUTBYLINKAGEANALYSISAQTLFLANKINGMYOSTATINWASASSOCIATEDWITHTHISPORCINETISSUES,ANDTRANSCRIPTSWEREDETECTEDBYNORTHERNBLOT，MYOSTATINPEAKSPRENATALLYANDITSHIGHEREXPRESSIONISASSOCIATEDWITHLOWBIRTHWEIGHTKEYWORDSMYOSTATIN；TRANSFORMINGGROWTHFACTORDOUBLEMUSCLE肌肉生长抑制素又称GDF8（GROWTHDIFFERENTIATION精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创3/12FACTOR8），属TGFTRANSFORMINGGROWTHFACTORBETA,转化生长因子超家族。这是一类分泌型的多肽，在细胞间的通讯中起介导作用。它可以改变成纤维细胞的表型，抑制细胞的过度增殖，诱导软骨形成的分化以及具有免疫抑制作用等。该超家族中除了TGF家族的成员以外，还包括INHIBIN家族、DPP/VGI家族以及MULLERIANINHIBITINGSUBSTANCE家族等1。第一个发现的成员为TGF1是112个氨基酸的多肽链通过二硫键形成的同二聚体,该链的前体是含有390个氨基酸残基的多肽，包括N端疏水的信号肽序列，可籍以跨越内质网膜；前区的糖基化位点；紧挨着生物活性区由4个氨基酸RSRR组成的蛋白酶加工位点，以及C末端包含9个保守的半胱氨酸的生物活性区，靠分子间的二硫键形成二聚体2。C末端的“半胱氨酸结”结构在TGFS和INHIBIN_家族中是保守的，而且其中至少有7个半胱氨酸在所有TGF超家族中是保守的。TGF超家族的几乎所有成员（TGF4除外3）都具有相似的结构。1肌肉生长抑制素基因的发现、遗传效应及同源性分析MCPHERRON等4根据TGF家族的保守区设计一对简并引物，PCR扩增出一个约280BP的新产物，以此为探针筛选小鼠的骨骼肌CDNA文库，得到全长的CDNA序列；精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创4/12分析表明，该CDNA中只有一个可读框（OPENINGREADINGFRAME，ORF），可编码376个氨基酸，它的结构具有TGF超家族的典型特征，但又与TGF家族其他成员的同源性很低（最高为45），因而归为新的一类GDF8。该因子在第POSTCOITUM小鼠胚胎中,1/3的体节中表达,只限于最成熟的吻端部分；时在几乎所有的体节具体为生肌节区中都可检测到,此后在小鼠胚胎发育的肌肉中均表达。成年以后该基因继续表达,几乎在所有的骨骼肌中都可检测到。通过基因敲除技术使小鼠的GDF8基因的C端生物活性区缺失所得到的缺失突变纯合体小鼠，可以存活并能够生育，而且其体重比杂合体及野生型的小鼠重约30（与性别及年龄无关）；肩、臀部的肌肉明显肥大，整个身体的骨骼肌都比野生型的小鼠大得多，单块肌肉的重量约为野生小鼠的23倍，从而导致了体重的增加。突变型小鼠骨骼肌肌纤维的数目比野生小鼠高出86（P2牛的肌肉生长抑制素基因肉牛的双肌现象历来受到人们的重视，选育得到了世界上有名的2个双肌牛品种,即比利时蓝牛（BELGIANBLUE）和皮尔蒙特牛（PIEDMONTESE）。目前已证实牛的双肌性状属于常染色体隐性遗传方式，由单个基因座（MH，MUSCULARHYPERTROPHY）控制，而且已定位于牛2号染色体的着丝粒端距离TGLA44（微卫星标记，MS）。为了精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创5/12探讨“双肌”牛肌肉发达的分子遗传机制，MCPHERRONLEE6PCR扩增了牛肌肉生长抑制素基因的3个外显子，分析表明，比利时蓝双肌牛在外显子3缺失11BP（937947），造成了移码突变，使得从缺失后面的第14个密码子开始停止翻译，其结果是C端仅7个氨基酸得到翻译，其余102个氨基酸（274375）全部丢失，故此翻译出的是一个截断的蛋白，不能发挥其生物学功能；SOUTHERN杂交分析表明，比利时蓝双肌牛为突变纯合子，在14头双肌牛中均可检出。在另一个双肌牛品种皮尔蒙特牛中，检出2个点突变，其中的一个是外显子3的1056GA突变，导致编码的氨基酸由保守的半胱氨酸突变为酪氨酸，结果肌肉生长抑制素的功能全部或几乎全部丧失；SOUTHERN杂交分析表明，该双肌牛在这个位点亦是纯合的。另一个突变在外显子1（CA），造成亮氨酸突变为苯丙氨酸。对非双肌牛肌肉生长抑制素基因的分析表明，未发现在皮尔蒙特牛中检出的突变，只在红安格斯牛中发现一例比利时蓝牛型突变的杂合子，表明肌肉生长抑制素基因突变是造成双肌的原因之一。另外，该基因在编码区的其他区段虽有突变，但或为沉默突变，或发生在内含子或非翻译区，不至于造成肌肉生长抑制素功能的重大丧失。从功能来看，该基因的突变只是造成牛肌肉中度增加（2025）并使饲料转化率提高。不利的效应是母牛精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创6/12的生育力下降，犊牛的成活率降低以及性成熟延迟，还会使牛肉的肌间脂肪及结缔组织减少，其他器官重量减轻等。与MCPHERRONLEE6几乎同时，GROBET等7和KAMBARDUR等8采用位置候选基因的方法报道了比利时蓝双肌牛肌肉生长抑制素基因同样的突变，确证了肌肉生长抑制素基因的突变是导致牛双肌的主要原因；并证明该基因与MH在染色体的同一区间。另外对来自10个欧洲品种牛的32头双肌牛肌肉生长抑制素基因编码区全序列的分析共鉴定出7个DNA多态性，其中的5个为该基因的功能突变，但只有2个品种的双肌牛对这些功能丧失突变为纯合的或复合杂合的；其余2个变异中一个属保守的氨基酸变异，一个属沉默的DNA序列变异；在内含子区鉴定了4个DNA序列的多态性。由于在其他2个品种中缺少这种失去功能的突变，推测在该基因的其它区段还存在其它类型的变异或归因于异质性9。后来在意大利MARCHIGIANA牛的2个个体的肌肉生长抑制素基因外显子3中检测到874GT的突变，导致谷氨酸（GLU）突变为终止密码子，使得9个保守的半胱氨酸中的6个缺失10。PONCELET等11建立了能够表达牛肌肉生长抑制素融合蛋白的小鼠CHOK1细胞系和体外验证的小鼠C2C12成纤维细胞系以及监测纯化的重组蛋白生物活性的方法，以分析该因子的作用机制。精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创7/12在牛肌肉生长抑制素基因的定位方面，SMITH等12认为该基因靠近牛2号染色体的着丝粒处，位于2Q11，在包含MH的区间内。SONSTEGARD等13在牛2号染色体连锁图靠近MH的位置又定位了着丝粒端的7个微卫星标记，并将2个与肌肉生长抑制素基因相关的微卫星标记定位于牛2号染色体连锁图处。MASABANDA等14构建了包含肌肉生长抑制素基因的2号染色体的细胞遗传图谱，该基因定位于2Q1415，COL5A2（COLLAGEN，TYPE2CHAIN）以及TFPI/LACI（TISSUEFACTORPATHWAYINHIBITOR/LIPOPROTEINASSOCIATEDCOAGULATIONINHIBITOR）也在该区域。PIROTTIN等15建立了牛2号染色体着丝粒端高分辨的遗传图谱，建立了一个跨越肌肉生长抑制素基因的重叠群（CONTIG），覆盖约，相距最远的2个标记距离为7CM，分辨率为160KB/CM。3人的肌肉生长抑制素基因人肌肉生长抑制素基因的基因组结构已阐明16全长约，共包括3个外显子和2个内含子，内含子1和内含子2分别为和,三个外显子编码的氨基酸长度分别为125,124和126。从表达情况来看，成年人骨骼肌中可检测到的MRNA。引物延伸分析表明，该基因有3个转录起始位点，分别位于76，116和166。肌肉生长抑制素基因精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创8/12在骨骼肌中特异性地表达并分泌至血浆中，其表达产物是26KDA的成熟糖蛋白。在骨骼肌和血浆中均检测不到肌肉生长抑制素的前体。成人血清中肌肉生长抑制素的含量与去脂肪体重指数成反比（R,P）。体重下降（消瘦）的艾滋病毒感染者，肌肉生长抑制素的浓度明显较高（VS,P4绵羊的肌肉生长抑制素基因MARCQ等17分析了比利时TEXEL双肌绵羊的遗传机制，与普通的绵羊（ROMANOV）相比，双肌羊的肌肉生长抑制素基因的编码区没有碱基的差异；采用该基因侧翼的微卫星标记进行连锁分析（F2设计）表明，在绵羊染色体2Q远端区存在一个对肌肉的发育产生效应的QTL，该基因座很可能就是肌肉生长抑制素基因。可以推断，影响该基因表达的区域很可能在3或5端的非翻译区或内含子部分。5猪肌肉生长抑制素基因的研究现状SONSTEGARD等18分析了猪肌肉生长抑制素基因外显子2的DNA多态性和与之关联的微卫星标记，将该基因已定位于15号染色体的。JI等19采用NORTHERN杂交分析技术检测到2个转录子（和），从基因的表达来看，猪肌肉生长抑制素基因的MRNA在胎儿发育的第21和35天即可在整个胚胎中检测到，至第49天时显著上升（P作者简介姜运良1967，男，山东平邑人，在读博士，讲师，专业动物分子遗传学。精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创9/12姜运良（山东农业大学动物科技学院，泰安271018）连正兴（中国农业大学农业生物技术重点实验室，北京100094）李宁（中国农业大学农业生物技术重点实验室，北京100094）吴常信（中国农业大学动物科技学院，北京100094）参考文献1MASSAGUJTHETRANSFORMINGGROWTHFACTORFAMILYJANNUREVCELLBIOL,1990,65976412CHEIFETZS,ETALTHETRANSFORMINGGROWTHFACTORSYSTEM,ACOMPLEXPATTERNOFCROSSREACTIVELIGANDSANDRECEPTORSJCELL,1987,484094153JAKOWLEWSB,ETALCOMPLEMENTARYDEXYRIBONUCLEICACIDCLONINGOFAMESSAGERNUCLEICACIDENCODINGTRANSFORMINGGROWTHFACTOR4FROMCHICKENEMBRYOCHONDROCYTESJMOLENDOCRINOL,1988,2118611954MCPHERRONAC,ETALREGULATIONOFSKELETALMUSCLEMASSINMICEBYANEWTGFSUPERFAMILYMEMBERJNATURE,1997,38783905SZABOG,ETALADELETIONINTHEMYOSTATINGENECAUSESTHECOMPACTCMPTHYPERMUSCULAR精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创10/12MUTATIONINMICEJMAMMALIANGENOME,1998,986716726MCPHERRONAC,LEESJDOUBLEMUSCLINGINCATTLEDUETOMUTATIONSINTHEMYOSTATINGENEJPROCNATLACADSCIUSA,1997,942312457124617GROBETL,ETALADELETIONINTHEBOVINEMYOSTATINGENECAUSESTHEDOUBLEMUSCLEDPHENOTYPEINCATTLEJNATUREGENETICS,1997,17171748KAMBADURR,ETALMUTATIONSINMYOSTATINGDF8INDOUBLEMUSCLEDBELGIANBLUEANDPIEDMONTESECATTLEJGENOMERESEARCH,1997,799109169GROBETL,ETALMOLECULARDEFINITIONOFANALLELICSERIESOFMUTATIONSDISRUPTINGTHEMYOSTATINFUNCTIONANDCAUSINGDOUBLEMUSCLINGINCATTLEJMAMMALIANGENOME,1998,9321021310CAPPUCCIOL,ETALAGTTRANSVERSIONINDUCESASTOPCODONATTHEMHLOCUSINHYPERTROPHICMARCHIGIANABEEFSUBJECTSJANIMAL精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创11/12GENETICS,1998,29SUPPL15111PONCELETD,ETALFUNCTIONALCHARACTERIZATIONOFTHEBOVINEMYOSTATINGENEPRODUCTJANIMALGENETICS,1998,29SUPPL15112SMITHTP,ETALMYOSTATINMAPSTOTHEINTERVALCONTAININGTHEBOVINEMHLOCUSJMAMMALIANGENOME,1997,81074274413SONSTEGARDTS,ETALREFINEMENTOFBOVINECHROMOSOME2LINKAGEMAPNEARTHEMHLOCUSREVEALSREARRANGEMENTSBETWEENTHEBOVINEANDHUMANGENOMESJANIMALGENETICS,1998A,29534134714MASABANDAJ,ETALACYTOGENETICMAPOFTHEMUSCULARHYPERTROPHYMHREGION