生肌调节因子家族功能与基因活性的影响因素分析

1、生肌调节因子家族功能与基因活性的影响因素分析生肌调节因子（myogenic regulatory factors,MRFs）是肌肉生成的相关基因，家族中包括MyoD、MyoG、Myf5和Myf6.MRFs作为研究动物肌肉生长和肉质性状的候选基因，已被人们广泛关注。MRFs基因家族调控着整个肌肉的发育过程，从肌祖细胞的定型、增殖及肌纤维的形成，直到个体出生后的肌肉成熟和功能完善，以及组织修复和再生等肌肉发生发育的各个环节1-2.MRFs对肌肉发育的精准调控作用，受到遗传和环境因素的影响。对MRFs具有调控作用的外部因素包括营养、光照、运动及激素等。研究发现，在鸡骨骼肌成肌细胞培养基中添加适量的硒

2、浓度（7mol/L）能促进细胞分化和MRFs基因表达3;氨基酸及其代谢物对MRFs家族成员基因表达具有调控作用4-7;初生雏鸡限饲显着提高了胸大肌MyoD和Myf6基因的表达量，而降低了MyoG基因的表达量和肌纤维、纤维束直径及肌内膜和肌束膜结缔组织间隔8;绿色光照对18日胚龄鸡胚MyoD、MyoG和Myf5基因表达有显着影响，而提高孵化温度对鸡胚MRFs没有影响9.作者综述了MRFs家族的结构与功能、基因表达与活性调节，以及影响该家族成员基因活性和肌生成的外部因素，以期为动物肌肉发育调控技术奠定理论基础。1 MRFs的结构与功能1.1 MRFs的结构MRFs家族成员的结构共同特点是氨基酸序列

3、都有1个由约70个残基组成的同源片段、1个富含精氨酸和赖氨酸的碱性区和1个紧邻的碱性螺旋-环-螺旋（b-HLH）结构10.DNA可与b-HLH区域形成的α-螺旋二聚体结合，DNA结合的生肌识别基序包含相邻碱性区12个氨基酸残基。12个残基中，位于DNA结合区域中心的非保守残基生肌识别基序是丙氨酸和苏氨酸，可激活生肌基因，用其他b-HLH蛋白相应位置的氨基酸取代这些氨基酸，可以灭活MRFs的转录作用，但不会影响其与DNA的结合。MRFs识别的靶DNA具有共同的序列：-CANNG-（N代 表 任 何 一 种 碱 基），称 为E-box.MRFs通过与E蛋白家族的另一类b-HLH形成异二

4、聚体识别靶DNA上的E-box并结合，活化肌特异性蛋白的表达。MRFs对不同E蛋白有选择性，表明其对肌特异性基因进行调控表达的具体作用方式。MRFs在蛋白质间的识别及构象形成上具有重要作用是因为在其b-HLH的碱性区及绞链区具有3个保守氨基酸，即丙氨酸、苏氨酸和赖氨酸，使其区别于其他b-HLH10.在b-HLH区外，还有两个同源区：一个为紧靠氨基末端富含半胱氨酸和组氨酸的碱性区；另一个为生肌识别基序羧基末端富含丝氨酸和苏氨酸的碱 性区，是 可磷酸 化的部 位。b-HLH的区外同源区可能与肌肉发育过程的精细调节功能有关，是MRFs家族成员功能差异的分子基础。1.2 MRFs的功能MRFs家族在骨

5、骼肌肌细胞的决定和分化中都是必需的，但其在肌肉发育过程中的作用是不同的，主要分为两个阶段：肌肉发育初级阶段，MyoD和Myf5基因主要在成肌前体细胞的命运决定和成肌细胞增殖中起作用；肌肉发育次级阶段，MyoG和Myf6基因 则 在 成 肌 细 胞 的 融 合 和 分 化 中 起 作用10-11.研究发现，将小鼠的MyoD基因转入C3H成纤维细胞中可以诱导其出现成肌作用，证实了MyoD与肌肉发育紧密的相关性12.对于成年动物，肌 细 胞 的 增 殖 和 肌 肉 组 织 的 增 生 可 以 经 由MyoD和Myf5的表达量进行判断，MyoD调控着肌细胞的分化，而Myf5则主要调节肌细胞的再生和动态

6、平衡，二者的功能在胚形成期可以互相补偿，但成年期就失去了互补功能13.如果MyoD表达受到阻遏，Myf5出现代偿性高表达，小鼠肌肉发育不受影响；若阻遏Myf5表达，则不能形成早期肌节，小鼠会因缺乏肌节与生骨节之间的相互作用而在出生时死亡。MyoD和Myf5都缺乏的小鼠，不能生成骨骼肌，肌卫星细胞也受影响13.MyoG是肌管和肌纤维形成的必需因子，缺乏MyoG的鼠无肌纤维生成，但肌卫星细胞不受影响。Myf6调控肌管的分 化，其蛋白活性缺失将导致肌肉发育不良，Myf6减少的小鼠能生成骨骼肌，但因肋骨生长缺陷而在出生时死亡14.2 MRFs的表达与活性调节2.1 MRFs的表达MRFs的功能与之在骨

7、骼肌发育过程中的表达时序性关系密切。Myf5和MyoD基因的表达是在肌肉生成早期分化阶段，是初级MRFs.MyoD和Myf5基因在成肌细胞增殖过程中表达，主要参与生肌过程，其中Myf5最早表达，MyoG与Myf6主要负 责 肌 肉 分 化11.MyoG在 分 化 末 期 表 达，Myf6基因主要在出生后表达，均属次级MRFs.Myf6通过调控收缩蛋白和调节蛋白同工型在不同时期的表达，使肌肉细胞分化为不同类型的肌纤维。研究发现，随着火鸡胚胎发育，MyoD和MyoG的mRNA表达量均显着下降，品系和性别对其表达也有显着影响15;而Myf6在不同鸭品种同一肌肉组织中的表达变化规律一致，而在不同肌肉组

8、织中的表达模式不同，该基因参与了胸肌、腿肌组织的发育，在胸肌、腿肌中表达模式不同，推测Myf6基因在胸 肌、腿 肌 中 的 调 控 存 在 差 异16.MyoD和Myf5表达量可以用来推测成年动物的骨骼肌发育13.MyoD基因在波兰长白猪后腿中表达量显着高于皮特兰猪和波兰大白猪；转录因子pax7在皮特兰猪后腿肌中表达量最高，而波兰长白猪表达量最低；MyoD和pax7基因在皮特兰猪和波兰长白猪发育早期的表达量高于发育后期，皮特兰猪较高的产肉性能与其较大量的活化肌卫星细胞相关；Myf6基因的表达量没有受到肌肉类型、年龄和品种的影响17.2.2 MRFs的活性调节决定MRFs基因是否活化和表达的因素

9、是非常复杂的，可能由发育、细胞生长状态及其他细胞因子等内部因素调控，也可能由运动、营养及应激等外部因素调控。这些因素可直接影响MRFs的转录，或通过蛋白间的相互作用间接影响其表达。大多数的骨骼肌基因控制区都有一个或多个E-box,其是MRFs激活肌肉基因转录的重要途径。MRFs能够有效结合E蛋白（E12、E47和ITF1）形成二聚物，从而激活包含E-box的肌肉基因启动子的肌肉特异性转录13.α-肌动蛋白基因和肌球蛋白重链-1基因的控制区无E-box,也能通过一些蛋白因子如增强子-结合因子-2间接调控MRFs.MRFs受到DNA结合抑制因子（Id）的负调节，Id是一种无碱性区的HLH蛋白。Id主要与E蛋白形成二聚物阻止其与MRFs结合，从而阻止肌肉特异性基因激活，Id也可与MRFs聚合直接抑制MRFs与DNA结合18.Id因子至少由Id1、Id2、Id3和Id4编码。Id1、Id2对MyoD和Myf5的 抑 制