MSTN基因突变通过SMAD2/SMAD3-CDKN1C调控牛肌肉卫星细胞增殖分化

作者：高丽; 谷明娟; 杨苗苗; 刘云鹏; 卜彩虹; 程鹏; 白春玲^*

来源：农业生物技术学报, 2022, 30(06): 1128-1139.

• 肌肉生长抑制素基因(MSTN)突变
• 肌肉卫星细胞
• 增殖
• 细胞周期蛋白依赖激酶抑制因子1C(CDKN1C)
• SMAD2/SMAD3

肌肉生长抑制素(myostatin, MSTN)基因是肌肉发育的负调控因子，可调控细胞增殖。为探讨该基因突变在调控肌肉卫星细胞(muscle-derived satellite cells, MDSCs)增殖分化中的作用机制，本研究以分离培养的MSTN基因突变型(MSTN mutant, MT)和野生型(wild type, WT)蒙古牛(Bos taurus) MDSCs为研究对象，对其增殖及分化过程中的细胞周期和基因表达变化进行检测。EdU增殖实验结果显示，MSTN基因突变型肌肉卫星细胞增殖指数(0.78±0.06)显著高于野生型细胞(0.57±0.04)，表明MSTN基因突变的细胞增殖加快。当加入诱导液向成肌分化诱导时，MSTN基因突变细胞在诱导1 d后出现分化的肌管，而野生型细胞在诱导2 d后开始分化；利用流式细胞术进一步分析成肌诱导对细胞周期的影响，发现MSTN突变型细胞在诱导1 d后细胞周期开始停滞在G1/S期，野生型细胞在诱导2 d后细胞周期出现停滞，这些结果表明，当细胞被诱导分化时，MSTN突变细胞先于野生型细胞退出细胞周期而进入分化状态。通过q PCR和Western blot对细胞周期相关基因和蛋白的表达进行检测，结果显示，在MSTN基因突变细胞中，Cyclin A表达显著上调(19.5倍)，而细胞周期蛋白依赖激酶抑制因子1C (cyclin-dependent kinase inhibitor1C, CDKN1C)的表达被显著抑制(0.9%)，提示Cyclin A和CDKN1C在MSTN基因突变调控肌肉卫星细胞增殖分化的过程中可能具有重要作用。通过JASPAR数据库进行在线预测，发现MSTN信号通路中关键转录因子SMAD2/SMAD3可能与CDKN1C基因的启动子结合；进一步的Ch IP-qPCR实验结果显示，SMAD2/SMAD3可与CDKN1C启动子直接结合，并促进CDKN1C基因表达。上述结果提示，MSTN基因突变可能通过下调SMAD2/SMAD3转录因子与CDKN1C启动子的结合，从而抑制CDKN1C基因表达，进而上调Cyclin A-CDK2表达，最终促进DNA合成和细胞周期进程。本研究为MSTN基因突变促进肌肉发育发掘了新的作用机制，为制备肌肉发达的基因编辑动物提供了参考依据。

• 单位
  内蒙古大学; 包头师范学院