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Myostatin作为TGF-β超家族成员之一,在骨骼肌生长发育过程中起着十分重要的作用。Myostatin基因敲除小鼠骨骼肌体积的大小是相应野生型小鼠骨骼肌的2~3倍。其骨骼肌增大是肌纤维增生和肥大共同作用的结果,Myostatin基因敲除小鼠胫骨前肌肌纤维的数量比相应野生型小鼠多86%。而Myostatin基因自然突变的“双肌”牛,骨骼肌的增大主要是肌纤维增生。在脊椎动物除鱼类以外,成年动物中骨骼肌纤维的数量主要由胚胎期和胎儿期形成的骨骼肌纤维数量决定。出生后骨骼肌的发生主要由位于肌膜和基底膜之间的卫星细胞激活、增殖和分化,最后与胚胎期和胎儿期形成的肌纤维融合使骨骼肌纤维增大。Myostatin基因敲除小鼠和“双肌牛”骨骼肌纤维增多,提示Myostatin在骨骼肌发生的过程中就起着非常重要的作用。但到目前为止,对Myostatin在早期骨骼肌发育中的作用了解还没有任何直接的报道。
为了探讨Myostatin在早期骨骼肌生畏发育中的作用,本研究用鸡胚作为模式生物,通过整胚原位杂交和RT-PCR的方法对鸡胚早期骨骼肌发生过程中Myostatin的表达模式进行了系统分析。结果显示,用RT-PCR的方法最早可以在HH15的鸡胚检测到Myostatin的表达。用整胚原位杂交的方法最早可以检测到Myostatin在HH16的鸡胚最前面的枕部体节中表达。随着发育的进程,Myostatin的表达从前面的体节往后面的体节延伸;到HH19的鸡胚中,Myostatin在鸡胚肢芽间体节的中央表达;到HH23~HH24的鸡胚几乎所有体节中均可以检测到Myostatin的表达。在特定的体节中Myostatin先从体节生皮肌节的中央开始表达;随着体节进一步分化,Myostatin的表达区域从生皮肌节的中央向生皮肌节背中唇、腹侧唇和肌节方向延伸。Myostatin从HH17开始在舌下索中表达,随着发育进程这种表达信号更强,从发育阶段HH23的鸡胚开始,Myostatin在将来形成舌骨骼肌区域表达信号开始减弱。在肢芽发育过程中,Myostatin最早在HH21的鸡胚前后肢芽的近端中央部分表达;在随后的发育过程中,Myostatin在肢芽中的表达从近端往肢芽的远端延伸;有趣的是Myostatin在早期胚胎肢芽中的表达并不只是局限在形成骨骼肌的背侧和腹侧,相反它在肢芽中央间充质部分也有很强的表达。在头部肌肉发育过程中,Myostatin最早在HH21的鸡胚第二腮弓可以用整胚原位杂交的方法检测到其表达;随着发育的进程,在第一腮弓也检测到Myostatin的表达。综合以上Myostatin表达模式可以看出,Myostatin在早期胚胎肌肉发生的相关部位均高表达,提示Myostatin在早期骨骼肌发育过程中起重要的作用。
通过对Myostatin的表达模式分析发现,Myostatin在生皮肌节中的表达模式与骨骼肌发育相关的重要生物学过程上皮间充质转化(EMT)高度相关。EMT是上皮细胞转化为间充质细胞的过程,生皮肌节中的上皮细胞要转化为肌肉始祖细胞必需经历EMT的过程。为了探讨Myostatin与EMT之间的关系,本研究分析了发育阶段从HH18~HH22鸡胚肢芽间生皮肌节EMT发生过程。鸡胚肢芽间生皮肌节最早在HH19从生皮肌节的中央开始发生EMT,随着发育的进程,生皮肌节上EMT从中央向背中唇和腹侧唇方向延伸,到HH22的肢芽间体节只有生皮肌节的背中唇和腹侧唇尚未发生上皮间充质转化。
通过比较相同发育阶段肢芽间体节Myostatin的表达位置与EMT发生的位置发现,Myostatin在体节中的表达与生皮肌节EMT之间高度相关。Myostatin在生皮肌节中表达和EMT遵循相同的模式,都是从生皮肌节的中央部分起始,然后向生皮肌节的背中唇和腹侧唇方向延伸,在Myostatin表达的区域就有EMT的发生。siRNAKnock down Myostatin的初步结果表明Myostatin knock down可能延缓EMT的发生。