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糖原合成酶激酶3(GSK3)是一种广泛存在于哺乳动物中的丝氨酸/苏氨酸类激酶,其作用的底物繁多,参与众多的信号通路并在其中发挥重要的功能。在哺乳动物中GSK3存在GSK3α和GSK3β两种亚型,已有研究表明GSKβ参与了细胞的增殖和分化过程的调控,本研究通过抑制GSK3β的活性,探究GSK3β对骨骼肌卫星细胞(SMSCs)增殖分化的作用。同时构建了MyHC2a启动子6个不同片段载体,利用双荧光素酶报告基因检测系统揭示GSK3β蛋白对MyHC2a启动子的转录调控作用,并为进一步研究GSK3β在肌肉生长发育中的作用提供理论基础。主要的结果如下:
1.SMSCs开始贴壁生长时,呈长梭形,分化的第1d,细胞有规律的朝同一方向生长,至第7d,细胞相互融合形成大量的肌管。qPCR检测结果显示在SMSCs的增殖期(0d),Pax7和MyoD表达量高,而MyHC和MyoG几乎不表达;Pax7进入分化阶段后表达量极显著下降(P<0.01);MyoD基因表达量在分化期维持较高水平(3d),随后在分化5d和7d显著降低(P<0.05);与增殖期相比,MyHC在分化3d、5d和7d时表达量显著上调(P<0.01),而在分化1d时表达量差异不显著;MyoG基因表达量与增殖期相比,在分化阶段表达量增加,其中在分化3d时达到最高(P<0.01),随后显著下调(P<0.01)。
2.用SB216763抑制GSK3β蛋白的活性后,山羊骨骼肌卫星细胞的分化被抑制,同时分化标志基因的表达下调。与对照组相比,SB216763处理后增殖阶段的标志基因Pax7的表达量差异不显著,而MyoD基因表达量在0d显著降低(P<0.05);而分化标志基因MyHC处理组在分化5d和7d时表达量极显著下调(P<0.01),而在0d、分化1d和分化3d的表达量无显著差异。MyoG基因表达量在增殖期无明显变化,进入分化阶段后表达量下降,在分化3d极显著下调(P<0.01)。
3.利用双荧光素酶报告系统检测MyHC2a启动子片段的活性,结果表明:在SMSCs增殖阶段,构建的6个MyHC2a基因的启动子片段相对活性均显著地高于pGL3-basic的活性(P<0.05)。片段154/+55的荧光素酶活性显著地低于片段-229/+55的相对荧光素酶活性(P<0.05),说明片段-154到-229之间存在正向调控元件;片段-229/+55的相对荧光素酶活性显著地高于片段-466/+55(P<0.05),同时片段-466/+55,-514/+55,-704/+55和-1038/+55的荧光素酶活性无显著性差异,说明在片段-229/+55到片段-466/+55之间存在负向调控元件。在SMSCs分化阶段,通过片段缺失试验结果可以看出,片段-514/+55的荧光素酶活性最高,显著地高于片段-466/+55(P<0.05),说明-446到-514之间存在正向调控元件。而在片段-704/+55的荧光素酶活性显著地低于片段-514/+55的荧光素酶活性(P<0.05),而显著地高于片段-1038/+55的荧光素酶活性(P<0.05),说明-514到-704之间或-704到-1038间存在负向调控元件。
4.用双荧光素酶报告系统检测抑制GSK3β后MyHC2a启动子片段活性。结果表明:与单独转染构建的6个MyHC2a启动子活性相比,在SMSCs的增殖阶段,抑制GSK3β对山羊MyHC2a启动子片段-466/+55,-514/+55,-704/+55和-1038/+55的活性有显著促进作用(P<0.05),而对片段-229/+55的活性有显著抑制作用(P<0.05);在SMSCs的分化阶段,抑制GSK3β对启动子片段-466/+55和-1038/+55的活性有显著促进作用(P<0.05),而对片段-229/+55和-514/+55有显著抑制作用(P<0.05)。
1.SMSCs开始贴壁生长时,呈长梭形,分化的第1d,细胞有规律的朝同一方向生长,至第7d,细胞相互融合形成大量的肌管。qPCR检测结果显示在SMSCs的增殖期(0d),Pax7和MyoD表达量高,而MyHC和MyoG几乎不表达;Pax7进入分化阶段后表达量极显著下降(P<0.01);MyoD基因表达量在分化期维持较高水平(3d),随后在分化5d和7d显著降低(P<0.05);与增殖期相比,MyHC在分化3d、5d和7d时表达量显著上调(P<0.01),而在分化1d时表达量差异不显著;MyoG基因表达量与增殖期相比,在分化阶段表达量增加,其中在分化3d时达到最高(P<0.01),随后显著下调(P<0.01)。
2.用SB216763抑制GSK3β蛋白的活性后,山羊骨骼肌卫星细胞的分化被抑制,同时分化标志基因的表达下调。与对照组相比,SB216763处理后增殖阶段的标志基因Pax7的表达量差异不显著,而MyoD基因表达量在0d显著降低(P<0.05);而分化标志基因MyHC处理组在分化5d和7d时表达量极显著下调(P<0.01),而在0d、分化1d和分化3d的表达量无显著差异。MyoG基因表达量在增殖期无明显变化,进入分化阶段后表达量下降,在分化3d极显著下调(P<0.01)。
3.利用双荧光素酶报告系统检测MyHC2a启动子片段的活性,结果表明:在SMSCs增殖阶段,构建的6个MyHC2a基因的启动子片段相对活性均显著地高于pGL3-basic的活性(P<0.05)。片段154/+55的荧光素酶活性显著地低于片段-229/+55的相对荧光素酶活性(P<0.05),说明片段-154到-229之间存在正向调控元件;片段-229/+55的相对荧光素酶活性显著地高于片段-466/+55(P<0.05),同时片段-466/+55,-514/+55,-704/+55和-1038/+55的荧光素酶活性无显著性差异,说明在片段-229/+55到片段-466/+55之间存在负向调控元件。在SMSCs分化阶段,通过片段缺失试验结果可以看出,片段-514/+55的荧光素酶活性最高,显著地高于片段-466/+55(P<0.05),说明-446到-514之间存在正向调控元件。而在片段-704/+55的荧光素酶活性显著地低于片段-514/+55的荧光素酶活性(P<0.05),而显著地高于片段-1038/+55的荧光素酶活性(P<0.05),说明-514到-704之间或-704到-1038间存在负向调控元件。
4.用双荧光素酶报告系统检测抑制GSK3β后MyHC2a启动子片段活性。结果表明:与单独转染构建的6个MyHC2a启动子活性相比,在SMSCs的增殖阶段,抑制GSK3β对山羊MyHC2a启动子片段-466/+55,-514/+55,-704/+55和-1038/+55的活性有显著促进作用(P<0.05),而对片段-229/+55的活性有显著抑制作用(P<0.05);在SMSCs的分化阶段,抑制GSK3β对启动子片段-466/+55和-1038/+55的活性有显著促进作用(P<0.05),而对片段-229/+55和-514/+55有显著抑制作用(P<0.05)。