Myostatin(MSTN),也被称为生长分化因子8(GDF-8),是一种属于转化生长因子β(TGF-β)超家族的蛋白质。它在骨骼肌生长和发育中起着重要的负调节作用。MSTN通过抑制肌肉细胞的增殖和分化,以及通过促进肌肉细胞凋亡来控制肌肉的大小和质量。MSTN基因的变异,特别是某些单核苷酸多态性(SNPs),已被发现与肌肉生长和力量相关,这些变异可能会影响肌肉对力量训练的反应。
MSTN基因的某些多态性与运动员的力量和肌肉质量有关。例如,MSTN基因中的rs1805086多态性(c.458A>G,p.Lys(K)153Arg(R))与肌肉对力量训练的肥大反应有关。研究表明,在力量型运动员中,MSTN基因rs1805086的R等位基因频率高于非运动员对照组[1]。这表明,MSTN基因的变异可能影响运动员的肌肉力量和肌肉质量。
MSTN基因的变异不仅在人类中发挥作用,也在动物中具有重要作用。例如,在大型黄鱼(Larimichthys crocea)中,通过CRISPR/Cas9技术破坏MSTN基因可以提高其生长速度和抗病能力[2]。此外,MSTN和成纤维细胞生长因子5(FGF5)的双基因敲除绵羊在生殖性能和内脏器官方面没有明显差异,这表明MSTN基因的敲除可能不会对动物的生殖性能和内脏器官产生负面影响[3]。
MSTN基因的失活不仅影响肌肉生长,还可能影响肠道微生物群的组成和潜在功能。研究表明,MSTN基因失活的绵羊的肠道微生物群的α多样性显著增加,微生物组成也显著不同。此外,MSTN基因失活的绵羊的类胡萝卜素生物合成途径显著增加,而过氧化物酶体、细胞凋亡、铁死亡、N-聚糖生物合成、生热和脂肪细胞因子途径显著降低[4]。
MSTN基因的变异也与家禽的生长和肌肉发育有关。例如,MSTN基因的C2361T位点与绵羊的生长性状和肌肉特征有关。研究表明,C2361T位点的基因替代效应分析表明,用T取代C可以提高表型值。此外,MSTN基因在鸽子的胸肌纤维特征中也发挥着重要作用。研究表明,MSTN mRNA主要在胸肌、心脏、脾脏和肾脏中表达,在肝脏和肺中几乎不表达。此外,MSTN mRNA在胸肌中的表达水平显著高于其他组织,并随着年龄的增长而表现出有趣的趋势,即在孵化后第一周下降,然后随着年龄的增长而增加[7]。
MSTN基因的编辑不仅在动物中具有重要作用,也在人类中具有潜在的应用价值。例如,通过CRISPR-Cas9技术生产MSTN突变牛可以改善其性状。此外,在仔鸡腿肌中通过腺病毒传递的CRISPR/Cas9技术有效地敲除了MSTN基因,为研究肌肉生长和发育的机制提供了新的思路[5][6]。
综上所述,MSTN基因在肌肉生长和发育中发挥着重要的作用。MSTN基因的变异与肌肉力量、肌肉质量、生长速度、抗病能力和肠道微生物群的功能有关。MSTN基因的编辑技术在动物和人类中具有潜在的应用价值,为研究肌肉生长和发育的机制提供了新的思路和策略。
参考文献:
1. Kruszewski, Marek, Aksenov, Maksim Olegovich. 2022. Association of Myostatin Gene Polymorphisms with Strength and Muscle Mass in Athletes: A Systematic Review and Meta-Analysis of the MSTN rs1805086 Mutation. In Genes, 13, . doi:10.3390/genes13112055. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36360291/
2. Yan, Mengzhen, Li, Bijun, Wang, Jiaying, Zhou, Tao, Xu, Peng. 2022. Disruption of mstn Gene by CRISPR/Cas9 in Large Yellow Croaker (Larimichthys crocea). In Marine biotechnology (New York, N.Y.), 24, 681-689. doi:10.1007/s10126-022-10135-x. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35896844/
3. Chen, Mingming, Zhao, Yue, Li, Yao, Yu, Kun, Lian, Zhengxing. 2023. Reproduction and viscera organ characteristics of MSTN and FGF5 dual-gene knockout sheep. In Frontiers in veterinary science, 10, 1119312. doi:10.3389/fvets.2023.1119312. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37065235/
4. Du, Chenchen, Zhou, Xianhui, Zhang, Ke, Zhou, Shiwei, Chen, Yulin. 2022. Inactivation of the MSTN gene expression changes the composition and function of the gut microbiome in sheep. In BMC microbiology, 22, 273. doi:10.1186/s12866-022-02687-8. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36368924/
5. Gim, Gyeong-Min, Kwon, Dong-Hyeok, Eom, Kyeong-Hyun, Kim, Jin-Soo, Jang, Goo. 2021. Production of MSTN-mutated cattle without exogenous gene integration using CRISPR-Cas9. In Biotechnology journal, 17, e2100198. doi:10.1002/biot.202100198. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34247443/
6. Xu, Ke, Han, Cheng Xiao, Zhou, Hao, Luo, Huai Xi, Meng, He. 2020. Effective MSTN Gene Knockout by AdV-Delivered CRISPR/Cas9 in Postnatal Chick Leg Muscle. In International journal of molecular sciences, 21, . doi:10.3390/ijms21072584. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32276422/
7. Liu, H H, Mao, H G, Dong, X Y, Liu, K, Yin, Z Z. . Expression of MSTN gene and its correlation with pectoralis muscle fiber traits in the domestic pigeons (Columba livia). In Poultry science, 98, 5265-5271. doi:10.3382/ps/pez399. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31265735/