Кіріспе

Адамға (Homo sapiens) тән сүтқоректілердегі ақуыз, сондай-ақ миобластты анықтаушы ақуыз 1 – жануарларда бұлшықеттердің дифференциациялануын реттеуде маңызды рөл атқаратын ақуыз. Гарольд М. Вайнтраубтың зертханасында ашылған MyoD, миогендік реттеуші факторлар (МРФ) деп аталатын ақуыз отбасының құрамына жатады. Бұл bHLH (базалық спираль-ілмек-спираль) транскрипциялық факторлар миогендік дифференциацияда тізбектей әрекет етеді. Омыртқалы жануарлардың МРФ отбасына MyoD1, Myf5, миогенин және MRF4 (Myf6) жатады. Омыртқасы жоқ жануарларда әдетте бір MyoD ақуызы табылады. MyoD – миогендік міндеттемелердің ең алғашқы белгілерінің бірі. Тыныш күйдегі спутниктік жасушаларда MyoD өте төмен және анықталмайтын деңгейде экспрессияланады, бірақ жаттығу немесе бұлшықет тінінің зақымдануына жауап ретінде MyoD экспрессиясы белсендіріледі. MyoD-тың спутниктік жасушаларға тигізетін әсері дозаға байланысты; жоғары MyoD экспрессиясы жасушалардың жаңаруын тежейді, соңғы дифференциацияны ынталандырады және апоптозға шақырады. MyoD миобласт міндеттемесін белгілесе де, MyoD гені жоқ егешкілерде бұлшықет дамуы айтарлықтай төмендемейді. Бұл, мүмкін, Myf5 және/немесе Mrf4-тың функционалдық қосымша болуына байланысты. Дегенмен, MyoD және Myf5 комбинациясы миогенездің сәттілігі үшін маңызды.

Тарих

MyoD 1987 жылы Дэвис, Вайнтрауб және Ласар Cell журналында жариялаған бұлшық ет қалыптасуын анықтауға арналған функционалдық тәжірибе арқылы клондалды. Ол 1988 жылы Тапскотт, Дэвис, Тейер, Ченг, Вайнтрауб және Лассар Science журналында ядролық фосфопротеин ретінде алғаш рет сипатталды. Зерттеушілер егеуқұйрық MyoD ақуызының комплементарлы ДНК-сын (cDNA) әртүрлі жасуша желілерінде (фибробласт және адипобласт) экспрессиялады және MyoD оларды миогенді жасушаларға айналдырғанын анықтады. Келесі жылы сол зерттеу тобы ақуыздың құрылымы мен функциясын анықтау үшін бірнеше тәжірибелер жүргізіп, бастапқы ұсыныстарын растады: ақуыздың белсенді орны димеризация үшін спираль-тұйық спиралінен (қазір негізгі спираль-тұйық спиралі деп аталады) және осы bHLH аймағынан жоғары орналасқан негізгі орыннан тұрады, ал ДНК-мен байланыс ақуыз димеріне айналғаннан кейін ғана мүмкін болады. MyoD одан бері қарқынды зерттеу нысаны болып табылады, өйткені оның функциясының көптеген аспектілері әлі де толыққанды зерттелмеген.

Функция

МИОД-тың дамудағы қызметі – мезодерма жасушаларын қаңқалық миобласттар туысына бағыттап, одан кейін осы күйді сақтауды реттеу болып табылады. МИОД бұлшықетті жаңару процесін де реттеуі мүмкін. Ескірген қаңқалық бұлшықеттерде МИОД мРҚ деңгейінің жоғарылағаны да хабарланады. МИОД-тың басты қызметтерінің бірі – p21 және миогениннің транскрипциясын күшейту арқылы жасушаларды жасуша циклынан шығару (дифференциацияланған миоциттердегі жасуша циклының тоқтауы үшін көбеюді тоқтату). МИОД циклинге тәуелді киназалар (CDK) арқылы тежеледі. CDK-лар өз кезегінде p21-мен тежеледі. Осылайша МИОД жасушадағы өз белсенділігін күшейтіп, өзін-өзі күшейту механизмін іске қосады. Бұлшықетке қатысты гендердің экспрессиясын сақтау үшін МИОД экспрессиясының тұрақты болуы қажет. МИОД жылдам жирылатын бұлшық ет талшықтарының (IIA, IIX және IIB типтері) фенотипі үшін де маңызды фактор болып табылады.

Механизмдер

MyoD – транскрипциялық фактор және E қорапшасы деп аталатын ДНК мотивіне байланысу арқылы хроматин құрылымын өзгертуге де бағыттай алады. MyoD жүздеген бұлшықет гендерінің промоторларымен байланысады және миобластардың көбеюіне жағдай жасайды деп белгілі. Толыққанды түсініксіз болғанымен, қазіргі уақытта MyoD миогенезді бақылаудың маңызды механизмі ретінде қарастырылады, ол KAP1 (KRAB [Krüppel-подобный ассоциированный бокс] ассоциированный белок 1) фосфорилирлеу арқылы іске қосылатын/өшірілетін ассоциация арқылы жұмыс істейді. KAP1 миобластардағы бұлшықеттерге қатысты гендерде MyoD және Mef2 (миоциттердің транскрипциясын күшейтетін фактор) екеуімен бірге орналасады. Бұл жерде ол қаңқа ретінде қызмет етеді және G9a және HDAC1 гистон деацетилазасын қамтитын бірнеше корепрессорлармен қатар p300 және LSD1 коактиваторларын тартады. Осы коактиватор/корепрессорлардың тартылуының салдары бұлшықет гендеріндегі промоторлық аймақтардың үнсіздігіне әкеледі. MSK1 киназасы KAP1-ді фосфорилирлеген кезде, бұрын қаңқаға байланысқан корепрессорлар босатылады, бұл MyoD және Mef2-ге транскрипцияны белсендіруге мүмкіндік береді. «Басты контроллер» MyoD белсенді болғаннан кейін, SETDB1 клетка ішінде MyoD экспрессиясын сақтау үшін қажет. Setdb1 экспрессиясының төмендеуі миобласт дифференциациясының және оның бағытының айтарлықтай кешігуіне әкеледі. Экзогенді MyoD-мен емделген Setdb1 жетіспейтін миобластарда миобластық дифференциация сәтті қалпына келтіріледі. MyoD-ге қатысты Setdb1 әрекетінің бір моделінде Setdb1 MyoD ингибиторын басады. Бұл анықталмаған ингибитор, әдеттегі жасуша көбею кезінде MyoD-қа қарсы бәсекелестік әрекет етеді деп саналады. Бұл модельге дәлел ретінде Setdb1 деңгейін төмендету миобласт дифференциациясының тікелей тежелуіне әкеледі, бұл белгісіз MyoD ингибиторының босатылуынан туындауы мүмкін. MyoD сонымен қатар терминалды дифференциацияланған миобластарда жасуша циклын тоқтату үшін ісікке қарсы ген, ретинобластома (pRb)мен бірлесіп жұмыс істейтіні көрсетілді. Бұл Циклин, Циклин D1 реттеу арқылы жүзеге асырылады. Жасуша циклының тоқтауы (миобластар миогенездің аяқталғанын көрсетеді) D1 циклінінің тұрақты және берік басуына байланысты. MyoD және pRb Циклин D1-ді басу үшін қажет, бірақ олар Циклин D1-ге тікелей әсер етудің орнына, Циклин D1-дің ерте пайда болатын Fra 1-ге әсер етеді. MyoD және pRb екеуі де Fra 1 (осылайша Циклин D1) басу үшін қажет, өйткені MyoD немесе pRb жеке-жеке Циклин D1 басуын және осылайша жасуша циклын тоқтатуды тудыруға жеткіліксіз. Fra 1 интрондық күшейткішінде MyoD байланысының екі сақталған орны табылды. Fra 1 интрондық күшейткішінде MyoD және pRb-нің өзара әрекеті бар, ол күшейткішті басады, сондықтан Циклин D1 басылады және нәтижесінде терминалды дифференциацияланған миобластар үшін жасуша циклы тоқтатылады.

Wnt сигналы MyoD-ға әсер ете алмайды

Жұпталған тіндерден Wnt сигналдары сомиттердегі жасушаларды, осы Wnt сигналдарын қабылдағанда, миогендік реттеуші факторлармен қатар Pax3 және Pax7 экспрессиясын тудырады, оның ішінде Myf5 және MyoD экспрессиясын. Атап айтқанда, Wnt3a дистальді күшейткіш және Wnt жауап элементімен цис элементтерінің өзара әрекеттесуі арқылы тікелей MyoD экспрессиясын тудырады. Дорсальды нейрондық түтікшеден алынған Wnt1 және беткі эктодермадан алынған Wnt6/Wnt7a сомитте миогенезді ынталандыруға қатысады; соңғы сигналдар негізінен Myod арқылы әрекет етуі мүмкін. Қалыпты ересек бұлшықеттерде тынығу кезінде (физиологиялық стресс болмағанда) экспрессияланатын Wnt отбасының спецификалық ақуыздары – Wnt5a, Wnt5b, Wnt7a және Wnt4. Бұлшықет зақымданғанда (демек, регенерация қажет) Wnt5a, Wnt5b және Wnt7a экспрессиясы артады. Бұлшықеттің қалпына келуі аяқталғанда Wnt7b және Wnt3a да артады. Бұлшықет жасушаларын қалпына келтіру кезінде Wnt сигналдарын экспрессиялаудың осы үлгісі алғашқы жасушалардың дифференциациясын тудырады, бұл қол жетімді спутниктік жасушалардың санын азайтады. Wnt спутниктік жасушаларды реттеуде, қаңқа бұлшық еттерінің қартаюы мен регенерациясында маңызды рөл атқарады. Wnt1 және Wnt7a Myf5 және MyoD экспрессиясын белсендіретіні белгілі. Wnt4, Wnt5 және Wnt6 екі реттегіш фактордың экспрессиясын арттыру функцияларын орындайды, бірақ одан да нәзік деңгейде. Сонымен қатар, миобластар дифференциацияланғанда MyoD Wnt3a-ны арттырады. MyoD-ның Wnt арқылы цис-реттеу арқылы тікелей бағытталған немесе жанама физиологиялық жолдар арқылы белсендірілуі әлі анықталған жоқ.

Коактиваторлар мен репрессорлар

IFRD1 – MyoD-дың оң кофакторы болып табылады, себебі ол MyoD-пен MEF2C транскрипциялық белсенділігін индукциялауда (HDAC4-ті MEF2C-ден ығыстырып) ынтымақтасады; сонымен қатар IFRD1 NF κB транскрипциялық белсенділігін де басады, ол MyoD мРНК жинақталуын тежейтіні белгілі. NFATc1 – талшық түрінің құрамын реттейтін транскрипция факторы, ал аэробтық жаттығудан туындайтын жылдамнан баяуға өту NFATc1 экспрессиясын қажет етеді. MyoD экспрессиясы – жылдам қозғалатын талшықтардағы маңызды транскрипция факторы, ол тотығу талшықтарында NFATc1-мен тежеледі. NFATc1 MyoD-ді MyoD N-терминалдық белсендіру доменімен физикалық өзара әрекеттесу арқылы тежейді, нәтижесінде қажетті транскрипциялық коактиватор p300 тежеледі. NFATc1 MyoD мен p300 арасындағы өзара әрекеттесуді физикалық түрде бұзады. Бұл талшық түрлерінің жаттығу арқылы in vivo өзгеруіне жауап беретін молекулалық механизмді анықтайды, онда NFATc1 және MyoD қарама-қарсы рөлдер атқарады. NFATc1 бұл тепе-теңдікті баяу қозғалатын бұлшық ет талшықтарында MyoD-ді физикалық тежеу арқылы бақылайды. Гистон деацетилтрансфераза p300 функциясы MyoD-мен өзара әрекеттеседі, бұл MyoD арқылы фибробластардан миотүбтердің пайда болуы үшін маңызды. p300-дің тартылуы – фибробластардың миотүбтерге айналуындағы шектеуші фактор. p300-ден басқа, MyoD Set7, H3K4me1, H3K27ac және RNAP II-ні күшейткішке қосады, бұл MyoD-мен байланысты жағдайға тән бұлшық ет гендерін белсендіруге мүмкіндік береді. Дегенмен, эндогенді p300 MyoD жұмысы үшін қажет, өйткені ол маңызды коактиватор болып табылады. MyoD күшейткіш аймағына "потенциалды пионер фактор" қосылған күйде байланысады, ол оларды белгілі бір және инактивацияланған конформацияда орнатуға және сақтауға көмектеседі. Күшейткішке байланысқан орын басушы белок алынғаннан немесе инактивацияланғаннан кейін, күшейткіш белсенділігін оң реттеуге көмектесетін қосымша транскрипция факторларының тобы тартылып, MyoD транскрипция факторларының күшейткіш кешені транскрипциялық белсенді күйге өтеді.