鸡胚胎期不同发育阶段肌肉差异表达蛋白Myotilin调控骨骼肌生长发育的分子机制研究

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随着家禽业的规模化发展,家禽的产肉性能与骨骼肌的生长发育密切相关,是决定家禽产业经济效益的关键之一。骨骼肌的生长发育是一个复杂的,受调控的过程,这其中涉及到成肌细胞的增殖、迁移、粘附和肌管的融合。蛋白质组学是对细胞、组织或生物体的整体蛋白质含量的鉴定和定量的技术应用,用以阐明生物体蛋白质在不同生理状态下的表达情况,同时探讨特定蛋白质的结构和功能。然而,仅仅是蛋白质表达的变化是不足以控制一套完整生命系统的各阶段生理变化,这需要转录、翻译以及蛋白质的翻译后修饰的参与,而磷酸化则是蛋白质最常见的修饰方式之一。随着磷酸化修饰组学的高速发展,在肌肉蛋白质上,大量基于质谱的分析法开始检测肌肉中蛋白质在机体不同生理阶段的变化过程以及磷酸化前后蛋白丰度的变化,并揭示其潜在的分子功能。为了从蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学层面探讨鸡胚胎期腿肌发育的分子机制,挖掘鸡胚腿肌发育不同时期的差异表达蛋白,差异表达磷酸化肽段,差异表达蛋白的筛选以及差异表达蛋白的代谢途径,本试验以7胚龄(E7)、12胚龄(E12)、18胚龄(E18)和出生后第三天(D3)四个时期的鸡腿肌为研究对象,通过Label-free非标记定量蛋白质组学和磷酸化修饰非标定量蛋白质组学测序技术,分别筛选鸡胚腿肌发育不同时期的重要差异表达蛋白(DEPs),差异磷酸化肽段和相关差异信号通路,通过联合分析筛选共有蛋白,并进行显著富集分析。本试验在细胞水平上验证重要差异蛋白Myotilin调控鸡骨骼肌成肌细胞增殖分化的分子机制,并进一步通过RNA-seq技术探讨Myot在成肌细胞中参与的信号途径及其潜在的分子机制。主要结果如下:(1)蛋白组测序结果表明,大量蛋白在胚胎腿肌发育过程中表达,参与鸡成肌细胞的增殖分化、肌管的融合、肌纤维的形成。(2)通过对各组间差异表达蛋白的生物信息学分析,发现粘着斑信号通路、糖酵解/糖异生途径、精氨酸和脯氨酸代谢途径上富集的差异表达蛋白丰度较高,说明这些信号途径在鸡腿肌骨骼肌的生长发育中发挥重要作用,其中,ACTG1、PKM、ENO3、MYLPF、ACTC1、ACTA1、GOT1、PGAM1等蛋白通过介导这些信号通路,调控胚胎期骨骼肌的生长发育。(3)磷酸化蛋白组测序结果表明,大部分差异磷酸化修饰位点对应蛋白的表达量在发育过程中以上调为主,在鸡成肌细胞增殖、分化融合成肌管阶段高度磷酸化。(4)通过对磷酸化蛋白各组间差异表达位点的分析,发现MYLPF、PKM、CDKN1B、TNNI2、Myl2等成肌纤维生成相关蛋白在E12比E17中表达上调,并与心肌收缩、FAK途径相互作用,说明这些肌肉生长发育相关蛋白介导有关信号通路的磷酸化,调控成肌细胞的增殖分化和肌纤维的生成。(5)蛋白质组学与磷酸化蛋白质组学测序的联合分析,发现FAK途径是调控腿肌发育的重要信号通路。(6)Myot在鸡肌肉组织中中有特异性表达,在腿肌胚胎期发育过程中,Myot的表达量随着胚胎期的发育,显著上调。对鸡成肌细胞中Myot进行干扰和过表达时,成肌细胞的增殖和分化受到显著影响,Myot对鸡成肌细胞的增殖和肌管的分化有正向调控作用。(7)Myot表达缺失导致MEF2C、Mb、Tnnt3、CSRP3、Myo G、CAV3、MYL1、MYL2、MYOM2等基因的m RNA表达量下调,RNA-seq检测结果说明DEGs显著富集在的心肌细胞收缩途径、钙信号通路、apelin信号通路以及MAPK等信号通路。Myot的表达能够从多种分子途径影响成肌细胞的增殖分化和肌纤维的形成。(8)Myot通过FAK-MAPK信号途径介导鸡成肌细胞的增殖分化,影响肌管的融合和肌纤维的生成。综上所述,本研究从蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学层面探讨了鸡胚胎期腿肌在发育不同时期,蛋白表达和磷酸化位点的差异,并对影响鸡胚胎期腿肌发育的关键调控蛋白Myotilin及调控的信号通路进行了潜在分子机制和功能的进一步探讨,为系统全面的阐述鸡骨骼肌发育的分子机制奠定理论基础。
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