调控骨骼肌干细胞功能的骨骼肌分泌因子的系统筛选

发布时间：2020-07-21 08:40

【摘要】：骨骼肌成体干细胞粘附在骨骼肌纤维上,位于肌纤维膜和基底膜之间。骨骼肌纤维具有不同的代谢类型,是骨骼肌干细胞最直接的微环境(Niche)。已知骨骼肌纤维可以分泌细胞因子(Myokine)调节骨骼肌干细胞的功能。然而,不同代谢类型的骨骼肌纤维是否可以分泌不同的因子、这些差异的分泌因子是否受代谢调控并不清楚。因此,本课题的科学问题是系统筛选对骨骼肌干细胞具有调控功能的骨骼肌代谢调控的分泌因子。本研究采用胫骨前肌(以酵解型代谢为主)和比目鱼肌(氧化型代谢为主)这两个不同代谢类型肌群,利用RNA-seq结合分泌蛋白数据库,系统筛选受代谢调控的骨骼肌分泌因子。通过RNA-seq数据分析,发现胫骨前肌和比目鱼肌差异表达基因1301个,GO和KEGG的分析表明这些差异表达基因的功能主要富集在骨骼肌收缩、氧化代谢和酵解代谢通路,此结果与这两个肌群的收缩特性、代谢差异及生理功能是一致的。将胫骨前肌和比目鱼肌差异表达的1301个基因与分泌蛋白数据库比对,发现差异表达基因中有86个分泌因子。进一步通过四个代谢调控模型验证了其中24个分泌因子相关基因的表达是受骨骼肌代谢调控的。同时,本研究采用代谢组学方法,系统分析了胫骨前肌和比目鱼肌差异分泌的代谢小分子。收取胫骨前肌和比目鱼肌的条件培养基,做代谢组分析,检测到68个差异的代谢小分子。通过RNA-seq数据的联合分析,揭示了胫骨前肌和比目鱼肌差异表达的代谢酶调控了这些代谢小分子的水平。已知外泌体介导多种因子的分泌,为了进一步探讨以上鉴定的骨骼肌代谢调控的分泌因子(蛋白因子和代谢小分子)是否是由外泌体介导的,本研究分别制备了胫骨前肌和比目鱼肌的条件培养基、并从条件培养基中分离了外泌体并处理培养的骨骼肌干细胞。结果表明:骨骼肌组织条件培养基和外泌体显著影响骨骼肌干细胞的增殖与分化。这为进一步从不同代谢类型肌群的外泌体中鉴定对骨骼肌干细胞具有调控功能的分泌因子和代谢小分子奠定了坚实的基础。总之,本研究系统筛选了一些受骨骼肌代谢调控的分泌因子。下一步工作主要集中于从不同代谢类型肌群的外泌体中进一步鉴定受代谢调控的分泌因子,同时深入探讨本研究已鉴定的分泌因子对骨骼肌干细胞的调控功能及其分子机制。
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R329.2
【图文】：

胫骨前肌,比目鱼肌,存在差异,基因

两种骨骼肌肌群。逡逑为了更整体和直观地展示差异基因的差异情况，我们将这些差异基因采用火山逡逑图和热图分析，其中火山图（图１Ａ）展示了在胫骨前肌和比目鱼肌中显著上调（绿逡逑色）和下调（橙色）的基因分布情况；热图（图１Ｂ）展示了在胫骨前肌和比目鱼肌逡逑中分别高表达和低表达基因的差异情况，同时通过热图可以看出三个个体的重复性逡逑比较高，证明ＲＮＡ的质量较好，该样品测序结果可用于进一步的分析，从而筛选逡逑到候选的肌肉因子。逡逑３３逡逑

胫骨前肌,比目鱼肌,信号通路,富集

１．２邋ＧＯ和ＫＥＧＧ分析表明ＴＡ和Ｓｏｌ肌群具有显著差异的代谢通路逡逑对胫骨前肌和比目鱼肌的差异基因进行ＧＯ注释和ＫＥＧＧ分析，发现差异基因逡逑显著富集在骨骼肌的发育、结构、收缩（图２）和代谢（图３）以及调控骨骼肌收逡逑缩、代谢（图４）等生物学功能。胫骨前肌和比目鱼肌的差异基因对骨骼肌发育、逡逑结构和收缩的分析有着至关重要作用，主要归类为以下几方面：１．骨骼肌肌动蛋白逡逑纤维组织的形成；２．骨骼肌细胞的增殖、分化和再生；３．邋ＡＴＰ酶活性的调节；４．快逡逑肌与慢肌之间的转换；５．骨骼肌发育；６．骨骼肌收缩。并且代谢通路富集：１．细胞逡逑连接（紧密连接和粘着连接）；２．细胞骨架（肌动蛋白骨架结构）；３．骨骼肌收缩相逡逑关的通路。骨骼肌根据收缩类型分为快肌和慢肌，经长期运动锻炼以及随着年老的逡逑进程，骨骼肌的类型会发生转变，这与胫骨前肌（快肌）和比目鱼肌（慢肌）之间逡逑的差异基因的ＧＯ注释是一致的；快肌富含ＡＴＰ，因此ＡＴＰ酶的活性也是不同的。逡逑参与骨骼肌代谢的差异基因归类为：１．糖代谢（糖异生、糖酵解、氧化作用、逡逑果糖代谢、糖原代谢、丙酮酸生物合成代谢）；２．脂代谢（脂肪酸代谢）３．氨基酸逡逑代谢。代谢通路富集：１．总代谢通路；２．糖代谢通路（丙酮酸代谢通路、枺酸戊糖逡逑途径、糖酵解／糖异生、果糖代谢、碳元素代谢）；３．脂代谢通路（胆汁分泌）；４．氨逡逑基酸代谢通路（蛋白消化过程、精氨酸和脯氨酸代谢通路）。骨骼肌是一个重要的代逡逑谢器官，在有氧运动中骨骼肌优先选择葡萄糖和脂肪酸作为能源，蛋白质或氨基酸逡逑也是不可或缺的能源

骨骼肌代谢,胫骨前肌,比目鱼肌,信号通路

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