二重変異マウスで明らかにされた筋原性BHLH遺伝子MRF4およびMYODの重複機能

筋原性塩基性ヘリックスループヘリックス（BHLH）遺伝子-MyoD、MyF5、Myogenin、MRF4は、これらの遺伝子の骨格筋系統の発生と機能喪失変異の発生中に異なるが、重複する発現パターンを示します。筋肉の発達。MyodとMyf5は、筋原性系統の初期に作用して筋芽細胞の同一性を確立することが示されていますが、ミオゲニンは後で筋芽細胞の分化を制御するように作用します。ミオゲニンを欠くマウスでは、骨格筋の重度の欠乏がありますが、出生時の突然変異マウスにはいくつかの残留筋線維が存在します。MRF4を欠くマウスは生存可能であり、骨格筋を持っていますが、MRF4の欠如を補償する可能性のあるミオゲニン発現を上方制御します。MyF5とMRF4のヌル変異を組み合わせた以前の研究は、これらの遺伝子がin vivoで重複する筋原性機能を共有しないことを示唆しています。MRF4の機能がミオゲニンまたはMyoDの機能と重複する可能性があるかどうかを判断するために、MRF4とミオゲニンまたはMyoDのいずれかを欠く二重変異体マウスを生成しました。MRF4/ミオゲニン二重変異体マウスには、ミオゲニン単独を欠くマウスに同等の数の残留筋線維を含み、それらの二重変異体マウスからの筋膜炎を形成した筋電管をin vitroでin vitroでin vitroで効率的に形成しました。筋芽細胞の分化。MRF4またはMyoDのいずれかを欠くマウスは生存可能であり、筋肉の発達に欠陥を示しませんでしたが、MRF4/MYOD二重変異体はミオゲニン変異体と同様の重度の筋肉欠乏を示しました。ミオゲニンはMRF4/MyoD二重変異体で発現し、ミオゲニンはin vivoで正常な筋形成をサポートするには不十分であることを示しています。これらの結果は、筋肉分化経路におけるMRF4およびMyoDの予期せぬ補償的役割を明らかにし、筋肉の構造遺伝子を活性化するために筋原性BHLH因子のしきい値レベルが必要であり、このレベルは通常、複数の筋原性BHLH因子の組み合わせによって達成されることを示唆しています。

The myogenic basic helix-loop-helix (bHLH) genes - MyoD, Myf5, myogenin and MRF4 - exhibit distinct, but overlapping expression patterns during development of the skeletal muscle lineage and loss-of-function mutations in these genes result in different effects on muscle development. MyoD and Myf5 have been shown to act early in the myogenic lineage to establish myoblast identity, whereas myogenin acts later to control myoblast differentiation. In mice lacking myogenin, there is a severe deficiency of skeletal muscle, but some residual muscle fibers are present in mutant mice at birth. Mice lacking MRF4 are viable and have skeletal muscle, but they upregulate myogenin expression, which could potentially compensate for the absence of MRF4. Previous studies in which Myf5 and MRF4 null mutations were combined suggested that these genes do not share overlapping myogenic functions in vivo. To determine whether the functions of MRF4 might overlap with those of myogenin or MyoD, we generated double mutant mice lacking MRF4 and either myogenin or MyoD. MRF4/myogenin double mutant mice contained a comparable number of residual muscle fibers to mice lacking myogenin alone and myoblasts from those double mutant mice formed differentiated multinucleated myotubes in vitro as efficiently as wild-type myoblasts, indicating that neither myogenin nor MRF4 is absolutely essential for myoblast differentiation. Whereas mice lacking either MRF4 or MyoD were viable and did not show defects in muscle development, MRF4/MyoD double mutants displayed a severe muscle deficiency similar to that in myogenin mutants. Myogenin was expressed in MRF4/MyoD double mutants, indicating that myogenin is insufficient to support normal myogenesis in vivo. These results reveal unanticipated compensatory roles for MRF4 and MyoD in the muscle differentiation pathway and suggest that a threshold level of myogenic bHLH factors is required to activate muscle structural genes, with this level normally being achieved by combinations of multiple myogenic bHLH factors.