MSTN在家畜肌肉生长的表达和功能.doc

肌肉生长抑制素基因（MSTN）的研究进展 摘 要：肌肉生长抑制素是一类在骨骼肌中广泛表达的糖蛋白,其功能和表达量的变化可能调节肌肉的纤维组成及肌肉重量。肌肉生长抑制素基因(myostatin ,MSTN) 是负向调控肌细胞生长发育该基因表达多态性与动物肌肉的生长相关, 主要是负调控肌细胞的生长发育在MSTN 缺失动物中除了影响骨骼肌发育外还对脂肪沉积有一定的抑制作用，近来研究发现MSTN 基因还与肌肉萎缩症、人类获得性免疫缺陷病等与肌肉有关的疾病有关。因此,MSTN基因的研究对控制畜禽肌肉增长,改善肌肉品质以及对肌肉萎缩类疾病的治疗具有重要的意义。1.肌肉生长抑制素的基因的发现 肌肉生长抑制素(myostatin ,MSTN)，是美国John Hopkins 大学的McPherron 等在1997年研究转化生长因子-β( TGF - β)超家族时,以小鼠基因组DNA为模板进行PCR扩增而得到的一种新的生长因子，被命名为生长因子8 ( GDF - 8) ，小鼠MSTN基因cDNA 序列具有TGF -β超家族的典型结构,但与其他TGF - β家族成员的同源性很低, 因而被归为新一类, 即GDF - 8(Growth - differentiation factor 8) 。研究发现该基因主要调节骨骼肌肉的量，该基因的超标达会抑制动物肌纤维的生长发育，而抑制或阻断改基因表达会造成肌肉的过度肥大。如利用基因敲除技术使小鼠的GDF - 8的C - 端生物活性区缺失,得到的缺失纯合体小鼠可以存活并能够生育,但其体重要比杂合型和野生型小鼠约重30% (性别和年龄无显著差异) 。因而依据该基因野生型具有抑制肌肉发育的功能及表达的组织特异性,将GDF - 8 命名为肌肉生长抑制素基因。随后，MSTN基因在猪、家禽、牛等中也陆续被发现，而且人们发现该基因在这些动物中的同源性较高。 2.MSTN 基因结构特征与染色体定位 2.1 MSTN 基因结构特征： MSTN 具有和其他TGF -β超基因家族成员共同的特征，是一种分泌型多态,但MSTN 与TGF - β其他超家族的同源性较低〔1 ,1〕。小鼠的MSTN 基因cDNA 只有一个可读框，编码376 个氨基酸，且具有TGF - β家族共有的四个典型特征： (1) N 端疏水的信号肽序列，可籍以跨越内质网膜,起分泌信号的作用，(2) 前区有一个糖基化位点；(3) 紧挨着生物活性区由4 个氨基酸(RSRR) 组成一个蛋白酶加工位点； (4) C - 端包含9 个保守的半胱氨酸的生物活性区,靠分子间的二硫键形成二聚体〔〕。MSTN 基因在哺乳动物中具有高度的保守性〔〕，在家禽动物中的研究较晚，最近研究发现鸡与鹅核苷酸序列的同源性为94.6 %，鸡、鹅的MSTN 核苷酸序列转换为相应的氨基酸序列的同源性高达97.9 %。MSTN基因表达产物是分子质量为26 ku的成熟糖蛋白，能被分泌到细胞外，分泌后形成的前肽在RSRR区被切除掉N - 端的266个氨基酸，剩余的成熟区(109个氨基酸) 通过其中的9个半胱氨酸形成二硫键，二聚体化后与细胞膜上的受体发生相互作用，通过3种Smad蛋白的介导将信号传入细胞核，作用于靶基因的调控区。MSTN表达蛋白在成肌纤维细胞中合成，该蛋白是1个含有376个氨基酸的多肽, 最后加工成1个分子质量为15 ku的活性肽。 2.2 染色体定位 关于MSTN基因的定位，Gonzalez - Cadavid等人报道了人的MSTN基因的组成和表达：基因定位于2q3212 ，全长约717 kb，包含了3个外显子和2个内含子。 3个外显子分别编码125 ，124 ，126个氨基酸，2个内含子分别长179 bp和214 kb。Sazanov等(1999)将鸡MSTN基因定位于7p11。鸡的MSTN基因由3个外显子和2个内含子组成，外显子1、2、3分别为373bp, 374bp和1567bp，2个内含子分别为2094bp和2269bp，该基因cDNA全序列为1081bp（杨威，2004）〔5〕。Masabanda（1998）将牛的MSTN基因定位于2q14-15，在牛2号染色体连锁图靠近mh的位置又定位了着丝粒端的7个微卫星标记，并将2个与肌肉生长抑制素基因相关的微卫星标记定位于牛2号染色体连锁图1.5cM处。Sonstegard等（1998）对猪肌生成抑制素基因染色体遗传图谱和物理图谱进行了研究。表明猪肌生成抑制素基因位于猪15号染色体上，具体为15q2.3。Stratil等（1999）报道猪MSTN cDNA全部序列为1756bp，其中1-1125bp编码氨基酸，MSTN基因为6015bp，包括2个内含子和3个外显子，外显子1编码第1-124氨基酸及第125氨基酸残基密码子的第1个碱基；外显子2