ミオゲニンノックダウン筋肉衛星細胞を使用して、差次的に発現したハブ遺伝子の同定のためのネットワーク分析

筋肉特異的転写因子（MyoD、MyF5、Myogenin：MyoG、およびMRF4）の活性化を介して静止状態の前駆細胞（衛星細胞）から生じます。PAX7の減少に続いて、MyOGの発現への誘導は、細胞周期の離脱後に分化段階に入った筋芽細胞の特徴です。MYOG機能を他の筋原性調節因子（MRF）によって補償できないことは明らかです。MyoGに関する多くの情報が利用可能な多くの情報にもかかわらず、MyoGが筋肉細胞の分化を調節するメカニズムはまだ特定されていません。RNA-seqアプローチを使用して、MYOGノックダウン筋肉衛星細胞（MSC）の分析により、細胞周期と分裂、DNA複製、およびリン酸代謝に関連する遺伝子が示差的に発現することが示されています。GeneManiaを使用して差次的に発現した遺伝子（DEG）の相互作用ネットワークを構築することにより、カドヘリン関連タンパク質（CTNNA2）が最高のノード程度のネットワークの主要なハブ遺伝子として同定されました。ネットワークで4つの機能クラスター（モジュールまたはコミュニティ）が特定され、機能的濃縮分析により、これらのクラスターに含まれる遺伝子が骨格筋の発達に大きく寄与することが明らかになりました。この発見を確認するために、in vitroの研究により、12日目と比較して12日目のMSCでのCTNNA2の発現の増加が明らかになりました。CTNNA2の発現は、MYOGノックダウン細胞で減少しました。しかし、CtnNA2をノックダウンし、細胞外マトリックス（ECM）遺伝子（I型コラーゲンα1およびI型コラーゲンα2）の発現の増加とともに、ミオスタチン（MSTN）とともに、C2C12細胞のMyoGの発現に大きな影響を与えることはありませんでした。したがって、MyOGはCtNNA2の上流に作用することにより調節効果を発揮し、ECM遺伝子との相互作用を介してC2C12細胞の分化を調節することを提案します。まとめると、これらの発見は、筋芽細胞の分化を促進するためにMyoGがCTNNA2と相互作用する新しいメカニズムを強調しています。

Muscle, a multinucleate syncytium formed by the fusion of mononuclear myoblasts, arises from quiescent progenitors (satellite cells) via activation of muscle-specific transcription factors (MyoD, Myf5, myogenin: MYOG, and MRF4). Subsequent to a decline in Pax7, induction in the expression of MYOG is a hallmark of myoblasts that have entered the differentiation phase following cell cycle withdrawal. It is evident that MYOG function cannot be compensated by any other myogenic regulatory factors (MRFs). Despite a plethora of information available regarding MYOG, the mechanism by which MYOG regulates muscle cell differentiation has not yet been identified. Using an RNA-Seq approach, analysis of MYOG knock-down muscle satellite cells (MSCs) have shown that genes associated with cell cycle and division, DNA replication, and phosphate metabolism are differentially expressed. By constructing an interaction network of differentially expressed genes (DEGs) using GeneMANIA, cadherin-associated protein (CTNNA2) was identified as the main hub gene in the network with highest node degree. Four functional clusters (modules or communities) were identified in the network and the functional enrichment analysis revealed that genes included in these clusters significantly contribute to skeletal muscle development. To confirm this finding, in vitro studies revealed increased expression of CTNNA2 in MSCs on day 12 compared to day 10. Expression of CTNNA2 was decreased in MYOG knock-down cells. However, knocking down CTNNA2, which leads to increased expression of extracellular matrix (ECM) genes (type I collagen α1 and type I collagen α2) along with myostatin (MSTN), was not found significantly affecting the expression of MYOG in C2C12 cells. We therefore propose that MYOG exerts its regulatory effects by acting upstream of CTNNA2, which in turn regulates the differentiation of C2C12 cells via interaction with ECM genes. Taken together, these findings highlight a new mechanism by which MYOG interacts with CTNNA2 in order to promote myoblast differentiation.