糖皮质激素受体GRα调控MKP1影响骨骼肌滴水损失的机理研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:l309553042
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在畜牧生产中,动物受到应激后通过下丘脑-垂体-肾上腺轴分泌糖皮质激素(Glucocorticoid,GC),作用于身体各个器官,直接影响畜禽屠宰后的肉质性状。糖皮质激素常通过与转录因子糖皮质激素受体α(Glucocorticoid Receptorα,GRα)结合,调控下游基因发挥作用。畜禽应激后常导致滴水损失发生改变,其改变将影响肉的营养风味甚至带来经济损失。细胞骨架蛋白的降解能够影响滴水损失的形成,但尚不清楚GRα能否通过调控细胞骨架蛋白的降解进而影响滴水损失。因此,本课题首先利用Western Blot技术探究滴水损失差异的猪肉样中细胞骨架蛋白以及调控通路的表达变化;其次在猪骨骼肌细胞(porcine skeletal muscle cells,PSC)中模拟应激和构建运输应激小鼠模型,探究应激对细胞骨架蛋白降解以及调控通路和滴水损失之间的作用;最后在PSC细胞中通过GRα功能缺失以及利用Cre/Lox P系统构建NR3C1基因肌肉组织特异性敲除小鼠模型,阐明GRα与细胞骨架蛋白降解以及调控通路和滴水损失之间的关系。主要研究结果如下:1.探究高、低滴水损失猪肉样中细胞骨架蛋白降解及其作用通路的影响低滴水(LD)组肌肉组织中GRα的表达在mRNA水平上极显著下调(P<0.01),蛋白水平上显著下调(P<0.05)。结蛋白(Desmin)的蛋白表达量极显著下调(P<0.01),整联蛋白(Integrinβ1)的蛋白表达量显著上调(P<0.05)。CAPN2蛋白表达量水平极显著上调(P<0.01),CAPN1蛋白表达水平以及ERK1/2磷酸化蛋白水平显著上调(P<0.05)。滴水损失的变化可能与GRα以及ERK/Calpain途径调节细胞骨架蛋白降解有关。2.应激激素对细胞骨架蛋白降解以及ERK/Calpain的影响在PSC细胞中,加入人工合成的糖皮质激素地塞米松(Dexamethasone,DEX)处理后,发现Desmin蛋白表达量增加,CAPN2蛋白表达量以及ERK1/2磷酸化蛋白表达量均下调。加入DEX及其拮抗剂米非司酮(Mifepristone/RU486)处理后,可以部分恢复这些蛋白的表达。表明肌细胞在受到应激后,通过降低ERK/Calpain2通路蛋白水平,降低Desmin降解程度,而阻碍应激后可部分抑制这些基因的表达变化,表明肌细胞应激后可能通过GRα抑制ERK/Calpain通路表达抑制Desmin的降解。3.运输应激对细胞骨架蛋白降解以及ERK/Calpain的影响小鼠进行运输应激处理后,滴水损失和血清皮质酮水平显著上调(P<0.05),GRα在mRNA水平以及蛋白水平上的表达均极显著升高(P<0.01)。Desmin的蛋白表达水平极显著增加(P<0.01),CAPN2的蛋白表达水平显著降低(P<0.05),CAPN1的蛋白表达水平以及ERK1/2的磷酸化蛋白表达水平极显著降低(P<0.01)。表明应激后,肌肉组织通过上调GRα的表达,抑制ERK/Calpain通路表达,降低Desmin的降解程度,增加滴水损失。4.GRα对细胞骨架蛋白降解以及ERK/Calpain的影响在PSC细胞中转染GRα超表达载体以及GRα的干涉片段。超表达GRα后,极显著增加Desmin的蛋白表达(P<0.01),显著降低CAPN2蛋白表达水平以及ERK1/2磷酸化蛋白表达水平(P<0.05),极显著降低CAPN1蛋白表达水平(P<0.01)。干扰GRα后,则出现相反的结果。表明肌细胞中GRα可调控ERK/Calpain表达,调节Desmin的降解。5.肌肉组织特异性敲除NR3C1基因对细胞骨架蛋白降解以及ERK/Calpain的影响构建NR3C1基因肌肉特异性敲除小鼠,与对照组NR3C1flox/flox(NR3C1f/f)小鼠相比,Mck-Cre-NR3C1flox/flox(NR3C1f/f-CRE)小鼠滴水损失极显著降低(P<0.01)。低场核磁共振(LF-NMR)结果表明NR3C1f/f-CRE小鼠肌肉组织中结合水相对含量P21显著升高(P<0.05),自由水相对含量P23显著降低(P<0.05)。NR3C1f/f-CRE小鼠肌肉组织中GRα、Desmin蛋白表达量极显著下调(P<0.01),Integrinβ1、CAPN1、CAPN2的蛋白表达量极显著上调(P<0.01),ERK1/2磷酸化蛋白水平显著上调(P<0.05)。结果表明在肌肉组织中敲除NR3C1基因可通过上调ERK/Calpain通路表达,增加Desmin降解,使得肌肉组织水分结合更紧密,从而减少滴水损失。6.GRα与MKP1基因的关系MKP1基因是MAPK通路的去磷酸化酶,可调控ERK1/2的去磷酸化,其表达受GC调控。通过JASPAR网站在线预测转录因子GRα与MKP1的结合位点,发现MKP1基因启动子上游存在与GRα结合的糖皮质激素反应元件(Glucocorticoid Response Elements,GRE)。通过构建MKP1基因的缺失片段以及突变的缺失片段,在293T细胞中与GRα共转染后,双荧光素报告酶实验结果表明MKP1启动子上游存在与GRα结合的GRE。ChIP-q PCR结果进一步表明PSC中GRα可以结合到MKP1的启动子区域。在PSC细胞与小鼠模型中检测MKP1基因的表达,结果表明应激后可上调MKP1的表达,且GRα的表达也与MKP1的表达呈正相关。滴水损失低的样品中MKP1的表达也越低。表明GRα通过与MKP1启动子区域(-1624~-1607 bp)上的GRE相结合正调控MKP1的表达,且滴水损失可能与MKP1基因的表达量有关。7.MKP1对细胞骨架蛋白降解以及ERK/Calpain的影响在PSC细胞中超表达MKP1后,CAPN1蛋白表达水平极显著下降(P<0.01),CAPN2的蛋白表达水平以及ERK1/2磷酸化蛋白表达水平均显著下降(P<0.05),Desmin蛋白表达水平显著上调(P<0.05)。而干涉MKP1后得到相反的结果。说明在MKP1基因通过调控ERK/Calpain通路,影响Desmin的降解。结论:当机体受到应激时,GRα表达升高,与MKP1基因上游启动子中的GRE结合正调控MKP1的表达,导致ERK1/2磷酸化水平降低,抑制Calpian自溶,从而减弱细胞骨架蛋白Desmin的降解,肌肉组织持水能力下降,最终增加滴水损失。
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