Аннотация
TGF-β и миостатин являются двумя наиболее важными регуляторами роста мышц. Было показано, что оба фактора роста передают сигналы через Smad3-зависимый путь. Мы демонстрируем, что Smad3-нулевые мыши имеют уменьшенную мышечную массу и выраженную атрофию скелетных мышц. В соответствии с этим, мы также обнаруживаем увеличение убиквитинирования белка и повышение уровня убиквитин-E3-лигазы MuRF1 в мышечной ткани, выделенной у Smad3-нулевых мышей. Потеря Smad3 также привела к повреждению функциональности спутниковой ячейки (SC). Smad3-нулевые SC показали пониженную склонность к самообновлению, что может привести к постепенной потере количества SC. В самом деле, снижение скелета наблюдалось в скелетных мышцах у Smad3-нулевых мышей с признаками сильного истощения мышц.
ДальшеАнализ первичных культур миобластов выявили, что Smad3-нулевые миобласты обнаруживают нарушения пролиферации, дифференцировки и слияния, что приводит к образованию атрофированных миотуб. Поиск молекулярного механизма показал, что потеря Smad3 приводит к увеличению экспрессии миостатина в Smad3-нулевой мышце и миобластах. Учитывая, что миостатин является негативным регулятором, мы предполагаем, что повышенные уровни миостатина ответственны за атрофический фенотип у Smad3-нулевых мышей. В соответствии с этой теорией инактивация миостатина у Smad3-нулевых мышей спасает фенотип мышечной атрофии.
Введение
Способность скелетных мышц к регенерации обусловлена наличием взрослых мышечных стволовых клеток, называемых сателлитными клетками (СК)
СК представляют собой покоящиеся клетки, которые расположены между базальной пластинкой и сарколеммой. При повреждении скелетных мышц SC активируются для входа в клеточный цикл и в результате быстро пролиферируют, вызывая миобласты, которые затем дифференцируются и сливаются, образуя многоядерные растущие мышечные волокна
В то же время, некоторые из миобластов снова вступают в фазу покоя, чтобы самостоятельно обновить популяцию SC. Показано, что среди нескольких факторов роста миостатин (GDF8) является глубоким регулятором скелетных мышц вовремя пренатального и постнатального роста. Нарушение миостатина ген или ингибирование экспрессии миостатина у мышей приводит к увеличению роста скелетных мышц, что связано как с гиперплазией мышц (увеличение количества мышечных волокон), так и с гипертрофией (увеличение размеров мышечных волокон).
Напротив, сверхэкспрессия миостатина у мышей приводит к уменьшению массы скелетных мышц и уменьшению размера мышечных волокон и мионуклеарного числа. Кроме того, системная избыточная экспрессия миостатина у взрослых мышей приводит к развитию истощения мышц. Миостатин функционирует, подавляя пролиферацию и дифференцировку миобластов, а также отрицательно регулируя активацию SC и самообновление SC, В дополнение к миостатину, TGF-β также ингибирует миогенез.
Механистически, путь Smad играет существенную роль в передаче сигналов миостатина и TGF-β и ингибировании миогенеза. В частности, Smad3 необходим для ингибирования дифференцировки миобластов миостатином 12 и для активации пролиферации фибробластов миостатином 13, Smad3-зависимый путь начинается, когда активированные рецепторы миостатина (рецептор активина IIB / ALK5) образуют гетеротетрамерные комплексы, которые затем рекрутируют, фосфорилируют и активируют регулируемые рецептором SMADS (R-Smads). Вновь активированный Smad3 образует комплексы с Smad4 и затем транслоцируется в ядро для активации / репрессии экспрессии генов, регулирующих рост и дифференцировку мышц. Хотя Smad3 является ключевой сигнальной молекулой / фактором транскрипции.
Здесь мы используем Smad3-нулевых мышей и показываем, что Smad3 необходим для нормального роста скелетных мышц, так как отсутствие Smad3 способствует драматической атрофии скелетных мышц, сопровождаемой дефектной функциональностью SC, миогенез и усиление деградации белка скелетных мышц. Интересно, что потеря Smad3 приводит к усилению экспрессии миостатина. Кроме того, повышенный уровень миостатина играет ключевую роль в развитии атрофии скелетных мышц, наблюдаемой у Smad3-нулевых мышей.
