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不同品种猪背最长肌eIF4E、PPARGC-1、VEGFA和C-Jun mRNA丰度比较研究

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1 C T ● 118RICULTURAE B11REAtl-SHIcI 华北农学报・2010,25(增刊):25 8—262 不同品种猪背最长肌elF4E、PPARGC.J7、VEGFA 和C—Jun mRNA丰度比较研究 杨 舟,王修启 (华南农业大学动物科学学院,广东广州510642) 摘要:为了研究mTOR通路及其相关联途径上与蛋白质合成有关的elF4E、与能量代谢有关的PPARGC.J、与血管 形成有关的VEGFA、与细胞增殖有关的C—Jun 4个基因在不同品种猪背最长肌中的表达丰度,选用上市体重的长白 猪、地方猪种蓝塘猪和大花白猪各8头作为动物模型,以管家基因GAPDH作为内标,采用Rea1.time RT.PCR方法,比 较这些品种猪的背最长肌中目的基因mRNA表达丰度。结果表明:大花白猪背肌elF4E mRNA的表达量显著高于蓝 塘猪和长白猪(P<0.05),其在蓝塘猪背肌的表达量高于长白猪但差异不显著(P>0.05);蓝塘猪背肌PPARC.C. mRNA的表达水平显著高于大花白猪(P<0.05),与长白猪相比差异不显著(P>0.05),长白猪与大花白猪相比无显 著差异(尸>0.05);VEGFA和C—Jun mRNA在蓝塘、长白、大花白猪背肌中的表达没有差异(P>0.05)。以上结果提 示,elF4E和PPARGC1基因的差异表达可能与不同猪品种间肌肉性状和肉质差异密切相关。 关键词:猪;背最长肌;elF4E;PPARGC—J;VEGFA:c—Jun 中图分类号:s828妫I标识码:A 文章编号:1000—7091(2010)增刊一0258—05 Comparison of eIF4E,PPARGC—l,vEGFA and C-Jun Gene mRNA Abundance of Longissimus Dorsi Muscle in Diferent Domestic Pigs(Sus scrofa) YANG Zhou,WANG Xiu—qi (College of Animal Science,South China A cultural University,Guangzhou 5 10642,China) Abstract:This study was conducted to compare the mRNA abundant of elF4E,PPARGC。1,VEGFA and C—Jun gene of longissimus dorsi muscle in different domestic pigs.Those genes,respectively related to protein synthesis, energy metabolism,vascularization and cell proliferation,were selected from mTOR pathway and its related path— ways,then real—time RT—PCR was applied to compare the interspeciifc difference of their mRNA of longissimus dorsi muscle in Lantang,Landrace and Large White—and—Black at the marketing age.It was found that:Large White—and— Black showed signiifcantly highest elF4E mRNA expression levels of longissimus dorsi muscle,compared with other breeds.The elF4E mRNA abundant of longissimus dor ̄i muscle in I_antang was higher than that in Landrace,but the difference was not statistically signiifcant(P>0.05);the expression level of PPARGC—J mRNA of longissimus dorsi muscle in Lantang was singiifcantly higher htan that in Large hWite—and—Black(P<O.05),which was also higher than htat in Landraee insigniifcantly(P>0.05),and the expression level in ̄ndrace was hihger than that in Large White- nad—Black(P>0.05);the expression pattern of VEGFA and C.且孔mRNA were seemed to be not singiifcantly difer- ent among these three breeds(P>0.05).The comparative results indicated that the diferential expression of elF4E and PPARGC.』may lead to sarcous trait differences among diferent domestic pigs. Key words:Pig;Longissimus dorsi muscle;elF4E;PPARGC— ;VEGFA;C—Jun 近年来,哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian 水平变化以及生长因子等信号,整合细胞内与合成 target of rapamycin,mTOR)越来越受到研究人员的 代谢相关的通路信号,通过激活其下游效应蛋白和 关注。mTOR可以感受细胞外营养成分含量、能量 信号分子,参与细胞增殖分化、能量平衡、蛋白质合 翟: F 东-2省1人民政府联合基金(蓍蓄 u0731: oo4);国家重点基础研究发展计划项目(恸 删 叫u2oo9cB941601) 通讯作者:翥 挈修 1王修启( 一96。8 : ),男,河南人,霉 研究员,蛋 圭_博士后,璺 主要从事动物分于营乔与饲科 删刑计咒。与饲料添加剂研究。 ——— ———..———— ———...———...——....——...——.........—....—--———-————--———————-———-—————————-———-—————————-——一- B T ● 增刊 !至璺苎 竺 墨苎 兰 :竺! :!: ! 1 料 竺 ± 竺至查 青  一 。!:3 LT龋髂 成等机体代谢过程的调节。 真核细胞翻译起始因子(Eukaryotic translation initiation factor 4E,eIF4E)在蛋白质翻译起始过程中 异,分析其与营养物质沉积之间可能的内在联系。 发挥重要作用。mTOR可直接使4E—BP1磷酸化,进 而解离出elF4E,游离的eIF4E结合到mRNA 5端帽 1.1试剂及仪器 I.1.I 试剂Trizol、DNase I、Ribonuclease Inhibi・ 子结构,进而促进翻译…。过氧化物酶体增殖物激活受体 辅激活因子 (PPAR—gamma coactivator 1, PGC一1 、PGC.1、PPARGC,1)可以介导目的基因的转 录激活,从而参与骨骼肌纤维类型决定[2 ;其还可 以通过insulin信号对mTOR信号通路作用,影响机 tor、RNase inhibitor:TaKaRa公司。Taq DNA聚合 酶、dNTP:Fermentas公司。反转录酶(Reverse Tran’ scriptase XL,MMLV):Pmmega公司。Real—time PCR Master Mix试剂盒:TOYOB0公司。 1.1.2仪器. 梯度基因扩增仪:型号为PTC200,美 体的生物合成;研究还发现mTOR下游靶蛋白S6KI 可以调控PPARGC一1的表达,从而增加线粒体生物 合成和机体能量代谢,改善胰岛素抗性 J。VEGFA 国枷公司。实时荧光定量PCR仪:型号为 Mx3000P,美国Stratagene公司。 1.2试验方法 是mTOR下游的血管内皮生长因子(Vascular endot helial growt h factor,VEGF)转录剪接时形成的两种 异构体之一l4.5],激活后能促发血管形成,抑制细胞 凋亡 ;通过mTOR—HIF一1OL-VEGF可以影响肝、胰、 肺、骨髓和卵巢的癌细胞增殖" ;目前尚未有肌肉 1.2.1样品的采集选取上市体重的长白、蓝塘、 大花白三个品种猪各8头。屠宰后,取倒数第2,3 肋骨处背最长肌组织样,置液氮里速冻,一8O℃冷冻 保存。 1.2.2总RNA提取采用Trizol法分别抽提三个 组织中mTOR和VEGF作用的研究报道。转录因子 C—Jun属于mTOR上游的MAPK通路,通过磷酸化 品种猪的背最长肌总RNA,紫外比色法测定总RNA 的浓度和纯度(Eppendorf BioPhotometer 260 nln)。 C.Jun—N端激酶JNK,调控细胞的增殖和分化-l叫;最 新的研究指出mTOR可以增加JNK通路在肌肉和 用1.4%甲醛变性琼脂糖凝胶电泳,根据28 S rRNA 和18 S rRNA的灰度比评价RNA的质量。取适量 胰岛的应激反应…川,因此C—Jun的表达可能对肌 的RNA提取液进行DNA消化。 细胞生命活动有一定的影响。总之,mT0R经典途 径上关键基因的作用机制已经受到广泛关注,但是 与其相关的、涉及蛋白质、能量代谢以及组织生长发 育的基因研究较少。 本试验在mTOR通路及其相关联途径中,选取 1.2.3反转录1 g总RNA,3 随机引物(1O mmol/L),2.5 dNTP(10 mmol/L),10 U RNA酶 抑制剂(RNase inhibitor),200 U MMLV Rtase,4 MMLV 5×Buffer(含250 mmol/L Tris.HCI,pH 8.3; 15 mmoL/L MgCI ;375 mmol/L KCl;50 mmol/L 与蛋白质合成有关的elF4E、与能量代谢有关的PPARGC— 、与血管形成有关的VEGFA、与细胞增殖 有关的C—Jun 4个基因,选用生长速度慢但肉质较 好的中国地方品种蓝塘猪、大花白猪和生长速度快 的外来品种长白猪作为试验动物,通过Rea1.itme RT-PCR检测不同品种背最长肌目的基因的表达丰度,探讨肌肉中目的基因mRNA丰度的品种问差 DTF),反应总体系2O L。先加RNA模板和随机引 物在反转录前70℃变性5 min,冰上放置5 min,再 加入其余试剂,混匀后于37 ̄C反应90 min,80 ̄C变 性5 min。反转录产物一2OcI=保存备用。 1.2.4 引物设计 实时定量RT—PCR引物采用 Primer Premier 5.0设计,由上海生物工程技术服务 有限公司合成,引物序列及参数见表1。 表1 elF4E、PPARGC.1、VEGFA、C-Jun和GAPDH基因引物参数 Tab.1 Parameters of primer pairs for elF4E,PPARGC.1,VEGFA,C-Jun and GAPDH gene 基因 Genes elF4E 引物序列 竺!! ! S 5 -TACTG 兀’GAAGAC邢’GCG.3 A 5 一CACATAGGCTCAATACCATC.3 位置 Posiion t产物/bp Product 171—191 236—256 105 107 118 l38 170 PPARGC.i 陋G S 5 ・GCC从CCAAGATAACCC一3 A 5 一GTCCCCGAAGACTCACT.3 S 5 一CGACG从GGTC1IGGAGTG-3 A 5 一下兀1G1'rG CTGTAGGAAG.3 S 5 -GTAACGGGCACATCACC-3 C-Jun G PDH A 5 一CGCTGGGCAGAGTGTT.3 S 5 一GGTCCGAGTGAACGGATI’rG.3, A 5 一CC r1’GACTGTGCCGTGG从T.3 ● C -T ●。‘———— ————————————————————————————————————-————————————————————————————————一 JgRIilOI ̄ ̄ cuLALITSiURelHiC●—- 260 —--—— ——------.................. ..... ...... ................—....... .华....:—北—...农 :.——.学:.. 报25卷 1.2.5 样品的实时荧光定量RT—PCR检测 以 GAPDH管家基因作为内标,对目的基因进行实时定 量RT—PCR检测。1 i.zL eDNA模板,1 txL引物,10 L Real—time PCR Master Mix,反应总体系20 。 反应条件为:95℃变性1 min;95℃变性15 S,62 ̄C退 火15 s,72℃延伸40 S,共35个循环。62℃收集荧 光信号。在确定各目的基因与GAPDH基因扩增效 率接近的基础上,直接采用2’厶c 法计算样品中各基 因mRNA表达丰度。 1.3数据处理 试验数据均采用SPSS14.0统计软件进行单因 子方差分析(One—way ANOVA),以Duncan方法进 行多重比较。数值用平均数±标准误(Mean 4-S.E) 表示,取P<0.05作为差异显著临界值。 2 结果与分析 2.1不同品种猪背最长肌elF4E mRNA丰度比较 如图1所示,elF4E mRNA在大花白猪背肌中 呦 啪 啷 咖 的表达显著高于蓝塘猪和长白猪(P<0.05),在蓝 塘猪的表达量高于长白猪但差异不显著(P> 0.05)。 Llm【ang Lantang Large White- and—Black 图上方标有相同字母者表示差异不显著(P>0.05);标有不同字母 者表示差异显著(P<0.05);I1=8。下图同。 The 8Ⅲe superscript letters denote no signiifcant diference(P>0.05); The diferent letters denote signiifcant diference(P<0.05);n=8;The ifgures below are Same. 图1三个品种猪的背肌中elF4E mRNA表达 g.1 elF4E mRNA levels in longissimus mtt ̄cle of Lantang,Landrace and Large White-and-Black 2。2不同品种猪背最长肌PPARGC-1 mRNA丰度 比较 如图2所示,PPARGC1 mRNA在蓝塘猪背肌中 的表达显著高于大花白猪(P<0.05),高于长白猪 但差异不显著(P>0.05),在长白猪的表达量高于 大花白猪但差异不显著(P>0.05)。 2.3 不同品种猪背最长肌VEGFA和C-Jun mR・ NA丰度比较 如图3,4所示,VEGFA和C一几 mRNA在蓝塘、 长白、大花白猪背肌中的表达没有差异(P>0.05)。 m m啪 . ...呦啪 .一 。●■一 蓝塘猪 长白猪 1.,antmag tans 。图2三个品种猪的背肌中PPARGC-I一大花自猪 L 1 mRNA表达 一  一 Fig.2 PPARG ̄I mRNA levels in longlssimus muscle of Lantang,Landrace and Large White-and-Black 070 丕 g O6O ’ ● 『 l 050 一 040 030 虿 目 O20 暮 0l0 |I-Tl_lIT 虿目墨%y。,vN1l目 0 0 0 0 O 呦 啪 呦 啪 _IIj.1. 3 讨论 蓝塘猪和大花白猪是我国优良的地方品种,肉 质优良,但生长速度慢,脂肪含量高,其中蓝塘猪为 脂肪型,大花白为脂肉兼用型。长白猪是世界著名 的瘦肉型猪种,其背肌中脂肪含量与蓝塘猪相差甚 远,具有生长发育快,饲料转化率高,胴体瘦肉率高 等特点,但抗逆性差,对饲料营养要求高。研究表 明,外来品种和本地品种猪背最长肌肌纤维的差异 主要表现在90日龄后l13]。达到出栏日龄时,肌肉 生长减慢而脂肪沉积加快,代谢状态和组织间物质 沉积速率改变。以出栏日龄的猪作为动物模型,对 肌肉组织中相应基因的表达量进行检测,利于对基 因表达的品种间差异与营养物质沉积之间的联系进 行比较。 一—————————————————————————————————————————————————————————————————————一● C T ● 增.于 I望 兰:至璺兰翌竺笪垦苎 : 兰: 兰竺!!:!: ! !: 竺 ± 苎!查 1 83 船 蹁 定量分析结果显示elF4E mRNA在大花白猪背 肌中的表达显著高于蓝塘猪和长白猪(P<0.05), n1TOR来阻止VEGF在骨髓瘤细胞中的表达;相关 性分析也表明p-mTOR和VEGF间存在统计学关 蓝塘猪高于长白猪但差异不显著(P>0.05)。结果 显示本地品种猪肌肉中的蛋白质合成活动比瘦肉型 猪活跃,这可能与本地猪生长发育慢有关系,同时也 反映出长白猪虽然生长发育较快,但是在出栏上市 时其肌肉中蛋白质合成不如地方品种猪。本地猪肌 肉内eIF4E表达量高于瘦肉型猪,与此前的eIF4E 联[5】。细胞内许多重要信号通路如MAPK(Mitogen— activated protein kinases,促分裂素原活化蛋白激 酶)、Akt、PI3K(Phosphoinositide 3-kinase,磷酸肌醇 3.激酶),都汇聚到mTOR来调控细胞活动,而近几 年来转录因子C—Jun在这些信号通路的研究中受到 密切关注;MAPK活化后即可进入细胞核,作用于 抑制物 EBPl(4E binding protein 1,4E结合蛋 白1)缺失可导致脂肪聚集的研究结论¨ 相一致。 而大花白猪肌肉中突出的高表达量,可能与其脂肉 兼用的肉质特性有关。 PPARGC— mRNA在蓝塘猪背肌中的表达显著 高于大花白猪P<0.05,高于长白猪但差异不显著。 由于PPARGC.1一方面对骨骼肌中的葡萄糖酵解具 有控制作用,可以上调ERRc ̄(Estrogen receptor—re- lated receptor仪,雌激素受体相关受体 )来提高 PDK4(Pyruvate dehydrogenase kinase 4,丙酮酸脱氢 酶激酶4)的表达,因此它可以通过暂时降低葡萄糖 的酵解作用来相应增加脂肪酸的氧化,还可以抑制 葡萄糖的氧化来增加肌肉中葡萄糖的吸收¨ ,糖异 生促进脂肪形成。另一方面,PPARGC一1通过钙调 素依赖型蛋白激酶途径(CaMK)与生肌增强因子2 (Myocyte enhancer factor 2,MEF2)作用¨ ,而MEF2 与肌肉调节因子(Muscle regulatory factors,MRFs)存 在重要的协同作用,影响到胚胎期肌肉纤维的生长 与分化和出生后肌肉的肥大过程 J,PPARGC.1表 达增加可减少骨骼肌脂肪比重,增加有氧肌肉类型 和胰岛素敏感性_】引。简而言之,PPARGC一1一方面 增加骨骼肌糖原含量,一方面减少骨骼肌脂肪比重, 增加有氧肌肉类型。所以在脂肪型蓝塘猪和瘦肉型 长白猪背肌中的PPARGC.1表达量都较高且差异不 显著,这个结果表明PPARGC-1在调控肉品质的两 个方面都起着作用,对脂肪型和瘦肉型猪肌肉有截 然不同的两种调控途经,其中以增加糖原量促进脂 肪沉积作用更为突出。而大花白因为其脂肉兼用, 在PPARGC一1所调控的两个方面并不突出,其背肌 中的PPARGC一1表达量在三种猪中最低。PPARGC一 1参与到诸多的代谢途径决定了它对肉品质会产生 巨大的影响,很多有关能量代谢和肉品质的问题还 有待进一步的探索和研究。 Brugarolas等¨ 提出TSC2(Tuberous sclerosis complex 2,结节性脑硬化复合物2)通过roTOR的依 赖性和非依赖途径来调节VEGF;Frost[9 研究指出 AKT(Protein kinase B,蛋白激酶B)通路通过负调控 C.Jun[加 ;研究还发现C—Jun和PTEN呈负相关,并 由此影响Akt通路 ¨。本研究结果显示,三个品种 猪背肌中VEGFA和C.Jun的表达没有差异。可能 是由于上市猪肌肉组织中血管发育和细胞增殖都已 比较稳定,因而背肌中这两个基因的表达都相对稳 定。此外,有关mTOR・HIF1 Q(Hypoxia inducible fac— tor l o【,缺氧诱导因子1OL)一VEGFA和C—Jun/JNK- mTOR作用机制的研究刚刚起步,有待于进一步的 深入研究。 综上所述,猪肌肉组织中elF4E和PPARGC1基 因的差异表达可能与不同品种间肌肉性状差异密切 相关。但是,由于这些基因在营养调控过程中的作 用还未研究透彻,它们与mTOR作用关系的研究才 刚刚起步,而且利用实时定量PCR只是在mRNA水 平上进行检测分析,所以还需要更多的检测指标和 进一步的研究来阐明一些品种问差异的机理。 参考文献: [1] c kovic B,Topisirovic I,Borden K L.Controlling gene expression through RNA regulons:the role of the eukary・ otic translation initiation factor elF4E[J].Cell Cycle, 2007,6(1):65—69. 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