子科生物報道：對于家禽育種而言，肌肉和脂肪是肉雞生產(chǎn)和銷售中最為關(guān)注的兩個組織。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院家禽遺傳育種團隊近日發(fā)現(xiàn)，TMEM182基因在肌肉生成和脂肪沉積上均發(fā)揮關(guān)鍵作用，這為培育低脂肉雞提供了一個重要的候選靶點。

這篇題為“TMEM182 interacts with integrin beta 1 and regulates myoblast differentiation and muscle regeneration”的文章發(fā)表在《Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle》雜志上。廣東特支計劃科技創(chuàng)新青年拔尖人才羅文副教授為本文第一作者，國家特支計劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才聶慶華教授和團隊負責(zé)人張細權(quán)教授為共同通訊作者。

眾所周知，膜蛋白約占蛋白質(zhì)組的30%，在許多生物過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。其中許多過程都涉及到肌肉生成，表明膜蛋白在肌肉中扮演重要角色?？缒ぃ═MEM）蛋白家族包含多個成員，不過僅有少數(shù)TMEM蛋白在骨骼肌發(fā)育過程中發(fā)揮作用。以往的研究發(fā)現(xiàn)，TMEM182的表達在肌肉生成的過程中顯著上調(diào)，但其具體功能仍不清楚。

在這項研究中，研究人員以雞和小鼠作為動物模型來鑒定骨骼肌中的TMEM182。他們發(fā)現(xiàn)TMEM182在肌肉和脂肪組織中特異性表達，并受MyoD1直接調(diào)控。體外和體內(nèi)實驗的結(jié)果均表明，TMEM182在骨骼肌發(fā)育、生長和再生中發(fā)揮抑制作用。

TMEM182在肌肉和脂肪組織中特異性表達

研究人員首先通過體外分析發(fā)現(xiàn)，TMEM182的表達在雞成肌細胞分化和小鼠成肌細胞分化期間逐漸上調(diào)。此外，TMEM182在雞的肌肉和脂肪組織中特異性表達，哺乳動物亦是如此。之前的RNA-seq結(jié)果也表明，TMEM182在體重較低小雞的骨骼肌中表達量更高。通過這些結(jié)果，他們推斷TMEM182可能參與了肌肉生成的調(diào)控。

利用雙熒光素酶報告基因檢測，他們接著探索了TMEM182轉(zhuǎn)錄的調(diào)控因子。他們發(fā)現(xiàn)，調(diào)控多個肌肉相關(guān)基因表達的轉(zhuǎn)錄因子MyoD1能夠直接與TMEM182啟動子上的E-box結(jié)合，并在成肌細胞分化過程中誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄。

TMEM182抑制肌纖維的形成和再生

為了確定TMEM182在骨骼肌細胞中的功能，研究人員對TMEM182進行了上調(diào)和下調(diào)。他們發(fā)現(xiàn)，TMEM182過表達抑制了肌管形成，而TMEM182的敲低則具有相反的效果，促進了肌管形成。這些結(jié)果表明TMEM182抑制成肌細胞分化和融合。他們接著在雞腓腸肌中過表達TMEM182，發(fā)現(xiàn)這會導(dǎo)致肌肉萎縮，并延遲肌肉再生。

考慮到TMEM182是所有脊椎動物共有的保守基因，研究人員接著以小鼠為模型開展研究，以便更好地了解TMEM182在肌肉發(fā)育中的作用。他們委托賽業(yè)生物構(gòu)建了TMEM182基因敲除（TMEM182-KO）小鼠。結(jié)果顯示，TMEM182-KO小鼠不僅健康，而且體重超過野生型小鼠。更重要的是，敲除小鼠的肌肉重量、肌纖維數(shù)量和肌纖維直徑顯著增加（圖1）。

圖1. TMEM182敲除顯著增加了肌肉量、肌纖維數(shù)量和肌纖維直徑

小鼠原代成肌細胞的分析也表明，TMEM182的敲除顯著促進了成肌標志物基因的表達，如MyoG、MyHC和Myomaker。此外，敲除顯著增加了肌管的數(shù)量和成肌細胞融合率，說明TMEM182的敲除促進成肌細胞分化。在肌肉損傷后，TMEM182的敲除也加速了肌肉再生。與野生型小鼠相比，TMEM182-KO小鼠的肌肉再生和修復(fù)更早完成。

TMEM182抑制肌肉生成的機制

為了進一步了解TMEM182抑制肌肉生成的機制，他們通過免疫共沉淀和質(zhì)譜分析來篩選與TMEM182結(jié)合的蛋白質(zhì)。分析結(jié)果顯示，TMEM182與integrin β1（ITGB1）之間存在直接的相互作用。integrin β1是一種保守的細胞表面受體，參與細胞粘附和肌肉發(fā)育，具有多個結(jié)構(gòu)域。他們發(fā)現(xiàn)，這種相互作用需要integrin β1的細胞外雜化結(jié)構(gòu)域（aa 387-470）和TMEM182細胞外大環(huán)內(nèi)的保守區(qū)域（aa 52-62）。

層粘連蛋白（laminin）作為細胞外基質(zhì)中的重要成分，影響細胞分化、遷移和粘附。integrin β1是骨骼肌中的層粘連蛋白受體，它與層粘連蛋白相互作用來調(diào)控成肌細胞的分化、遷移和粘附。研究人員發(fā)現(xiàn)，TMEM182影響了integrin β1與層粘連蛋白的相互作用，并抑制了integrin β1介導(dǎo)的下游信號通路（圖2）。

圖2. TMEM182調(diào)控肌肉生成和肌肉再生的示意圖

這些結(jié)果表明，TMEM182在肌肉生成過程中作為負向調(diào)控因子，而抑制TMEM182可加速肌肉生長和再生。有意思的是，研究人員在比較TMEM182-KO小鼠和野生型小鼠的RNA-seq數(shù)據(jù)時還發(fā)現(xiàn)多條富集通路涉及到脂質(zhì)代謝，考慮到TMEM182也在脂肪中特異性表達，那么它也可能在脂肪生成或脂肪沉積中發(fā)揮重要作用。這項研究成果為了解TMEM182在骨骼肌中的表達和調(diào)控提供了一個框架，為培育低脂肉雞提供了一個重要的候選靶點。