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骨骼肌,作为三大肌肉类型的一种,占据着哺乳动物重量的百分之四十。它在动物体内有多种功能,比如维持特定姿势,稳定骨关节,控制随意运动,参与能量调节等等。另外,骨骼肌作为食用肉类更是具有经济价值。所以在畜牧业中,如何有效的促进肌肉的早期生长是一个重要的研究课题。 在畜牧业中,有一个非常优秀的肌肉肥大模型经常被用来研究,称为双肌臀羊(callipyge,CLPG)。这种双肌臀羊肌肉特别发达,并且这种表型是可以遗传的。这种羊后腿有着比正常重30%的肌肉,并且有较高的食物利用率和较高的屠宰率,所以在农业中有着较高的经济价值。这些肥大部分的肌肉经过切片鉴定被认为是快肌肌纤维数目增多和肌纤维体积的增大而导致的肌肉重量增加。引起双肌臀羊表型的突变后来被定位在了DLK1-DIO3印记区域,是由一个碱基的突变引起的。现在公认为这个突变导致了此印记区域内DLK1蛋白的上调,从而导致了肌肉的肥大。 另外一方面,现在在科学界更吸引入的课题是这种双肌臀羊的遗传方式很特别,因为它的遗传模式并不遵守传统的孟德尔定律。公的双肌臀羊和正常的羊的子代中有大约50%的双肌臀羊,而母的双肌臀羊和正常的双肌臀羊互相交配却不会产生双肌臀羊,更为奇怪的是双肌臀羊互相交配却只产生大约25%的双肌臀羊。后来研究证实只有父源染色体携带CLPG突变而母源染色体为正常(CLPGPAT/+MAT)的杂合子羊才会表现出肌肉肥大的表型,而令人惊奇的是如果父源和母源染色体都携带CLPG突变(CLPGPAT/CLPGMAT)的纯合子羊反而变现为正常。科学家称这种非正常的独特的遗传现象为极性超显性(polaroverdominance)。 接下来的研究发现纯合子与这种杂合的双肌臀羊的表达谱很明显的区别在于纯合子的羊并没有DLK1蛋白表达的升高,同时发现在DLK1-DIO3区域的非编码RNA都上调了。我们从而猜测在纯合子的羊中,这种上调的DLK1-DIO3区域内的非编码RNA可能对它上游的DLK1有反式调节,从而降低了DLK1蛋白的表达水平,导致了它表现出正常的表型,从而解释了“极性超显性”这一遗传学现象。 而我们的研究发现,在敲除了DLK1-DIO3印记区域的一个超大的miRNA簇mir-379-544基因簇之后,新生不久后的小鼠表现出胫骨前肌,腓肠肌,臀大肌,趾长伸肌等快肌肌肉肥大的表型,同时DLK1蛋白的增加伴随着这种表型的出现。这种表型与双肌臀羊的特征表型很类似。体外的双荧光素酶实验及miRNA过表达检测内源靶蛋白的实验均表明,miR-379-544基因簇的一个成员mir-329可以直接通过结合DLK1 mRNA的3UTR来抑制DLK1 mRNA的翻译。我们的研究结果首次证实mir-379-544基因簇可以直接参与调控DLK1的转录后表达,同时进一步解释了双肌臀羊的极性超显性这样一种特殊的遗传方式是通过母源表达的miR-379基因簇对DLK1蛋白的调控来介导的。 同时,miR-379基因簇的敲除引起了体内以慢肌肌纤维为主的比目鱼肌的萎缩,但同时并没有导致比目鱼肌的肌纤维类型的转化。在慢肌中得到这种看似和快肌矛盾的结果提示着可能mir-379基因簇通过另外一种尚没有鉴别的途径来完成。