钟基因Bmal1、Clock参与调节骨骼肌的发育分化

背景:骨骼肌具有昼夜节律,但骨骼肌发育分化过程中钟基因的作用机制及与肌调节因子之间的相互关系尚未完全研究清楚.目的:观察核心钟基因在不同胎龄小鼠胚胎和C2C12成肌细胞诱导分化过程中的时空表达特点,分析Bmal1、Clock和MyoD的关系.方法:定量RT-PCR分析不同胎龄小鼠(10-17 d的ICR小鼠)胚胎和C2C12成肌细胞诱导分化过程中5个核心钟基因Bmal1、Clock、Per1、Cry1、Rev-erbα及肌调节因子MyoD、myogenin、Tcap、MAZ的表达规律;Western blot检测C2C12诱导分化48,96和144 h BMAL1、CLOCK和MYOD蛋白的表达变化;荧光素酶活性分析Bmal1、CLOCK和MYOD质粒共转染对TCAP报告质粒的激活情况.实验方案经山西医科大学动物实验伦理委员会批准.结果与结论:①小鼠胚胎发育过程,Bmal1、Clock、Per1的表达随胎龄增加而升高,尤以Per1显著;Rev-erbα和Cry1呈低水平表达;②随着小鼠胚胎发育成熟,MyoD、myogenin的表达逐渐增强,myogenin增长更迅速;Tcap的表达与肌节发育相关;MAZ高水平持续增长,可能参与调节骨骼肌的发育成熟;③C2C12诱导分化,Bmal1和Clock同步波动性升高;Cry1小幅同步升高;Per1和Rev-erbα呈低水平波动;MyoD、myogenin呈上升趋势,尤以myogenin显著,提示该诱导分化模型有效;④Western blot表明,C2C12诱导分化前后,BMAL1、CLOCK持续高表达可能利于维持肌调节因子的活性;诱导分化前后,MYOD均呈高表达,随诱导分化时间延长,持续高表达的MYOD较诱导分化前无统计学差异;⑤质粒共转染表明,Bmal1、CLOCK与MYOD质粒协同激活TCAP荧光素酶活性;⑥结果表明,Bmal1、Clock和MyoD均是成肌细胞诱导分化的关键调节因子,持续高表达的MyoD可能与相分离相关,对骨骼肌的发育分化发挥重要作用;持续表达的Bmal1利于维持肌调节因子的活性.低水平的Rev-erbα利于骨骼肌成熟;胚胎发育过程中持续高表达的Per1可能参与抑制周期性节律的建立,有利于骨骼肌和其他组织器官的发育.