Smyd1对颅面肌、眼外肌和心肌中肌球蛋白表达及肌节组织至关重要

Smyd1 is essential for myosin expression and sarcomere organization in craniofacial, extraocular, and cardiac muscles

作者信息Shuang Jiao, Rui Xu, Shaojun Du
PMID33958316
发布时间2021-03
DOI10.1016/j.jgg.2021.03.004

实验完整度

包含基因表达分析、单/双突变体表型分析、免疫染色、肌节结构分析及转基因挽救实验,多个证据层级支持Smyd1b功能。

主要模型

斑马鱼胚胎的颅面肌 斑马鱼胚胎的眼外肌 斑马鱼胚胎的心肌 smyd1a和smyd1b单/双突变体斑马鱼

重点核对

smyd1a和smyd1b突变等位基因(smyd1amb5、smyd1bsa15678) 免疫染色使用抗MHC A4.1025抗体检测肌球蛋白重链蛋白 肌节结构分析使用抗α-actinin抗体、抗肌球蛋白轻链抗体和鬼笔环肽染色 hsp90α1和unc45b mRNA表达通过原位杂交检测 转基因挽救实验:Tg(smyd1b:Smyd1bmyc)mb6Tg

摘要

骨骼肌和心肌是条纹肌纤维,含有高度有序的肌节以进行肌肉收缩。最近的研究表明,Smyd1(一种赖氨酸甲基转移酶)在心脏和躯干骨骼肌的肌节组装中起关键作用。然而,Smyd1在颅面肌中的表达和功能尚不清楚。在此,我们分析了两个smyd1旁系同源基因smyd1a和smyd1b在斑马鱼胚胎颅面肌和心肌中的发育表达和功能。我们的数据显示,smyd1a(smyd1amb5)或smyd1b(smyd1bsa15678)的缺失对颅面肌中肌源性决定及myod和肌球蛋白重链mRNA转录本的表达无明显影响。然而,在smyd1bsa15678单突变体中,肌球蛋白重链蛋白积累和肌节组织显著减少,在smyd1amb5; smyd1bsa15678双突变体中几乎完全消失,但在smyd1amb5突变体中则不然。在smyd1bsa15678突变体的心肌中也观察到类似缺陷。颅面肌和心肌形成缺陷与smyd1bsa15678和smyd1amb5; smyd1bsa15678突变体中hsp90α1和unc45b mRNA表达上调相关。总之,我们的研究表明Smyd1b(而非Smyd1a)在颅面肌和心肌的肌球蛋白重链蛋白表达和肌节组织中发挥关键作用。smyd1b缺失导致肌肉特异性应激反应。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Smyd1a和Smyd1b在颅面肌、眼外肌和心肌发育中的表达和功能是否不同?
核心机制
Smyd1b(而非Smyd1a)对于肌球蛋白重链蛋白的积累和肌节组装至关重要,其缺失导致肌球蛋白蛋白错误折叠和降解,引发肌肉特异性应激反应,上调hsp90α1和unc45b表达。
主要证据
smyd1bsa15678突变体显示肌球蛋白重链蛋白减少和肌节破坏,而smyd1amb5无表型;双突变体表型更严重;转基因表达smyd1b可挽救缺陷;突变体中hsp90α1和unc45b表达上调。
研究意义
揭示了Smyd1b在颅面肌和心肌中的关键作用,以及Smyd1a和Smyd1b的功能分化,为理解Smyd1相关肌病提供基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

基因表达分析

确定smyd1a和smyd1b在颅面肌和心肌中的时空表达模式

通过整体原位杂交检测smyd1a和smyd1b在24、48、72 hpf胚胎中的表达。

2

突变体表型分析

评估smyd1a和smyd1b缺失对肌发生和肌球蛋白表达的影响

分析smyd1amb5、smyd1bsa15678单突变体和双突变体中myod、myogenin、smyhc2 mRNA表达以及肌球蛋白重链蛋白表达。

3

肌节结构分析

确定smyd1a和smyd1b缺失对肌节组装的影响

通过免疫染色和鬼笔环肽染色分析颅面肌、眼外肌和心肌中的Z线、粗丝和细丝。

4

应激反应分析

检测smyd1缺失是否导致应激反应相关基因上调

通过原位杂交检测hsp90α1和unc45b表达。

5

转基因挽救实验

确认表型是smyd1b缺失所特异性的

在smyd1bsa15678突变体中表达Tg(smyd1b:Smyd1bmyc)mb6Tg转基因,分析肌球蛋白重链表达和心脏形态。

6

软骨染色

评估smyd1突变对鳃弓软骨的影响

使用阿尔辛蓝染色分析5 dpf幼虫的鳃弓软骨。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
验证机制链路
评估体内效果

产品清单

实验环节名称品牌货号
抗α-肌动蛋白抗体(克隆EA-53,A7811)MilliporeSigmaA7811
抗肌球蛋白重链抗体(A4.1025)DSHBA4.1025
抗肌球蛋白轻链抗体(F310)DSHBF310
Alexa Fluor 488偶联抗IgG二抗(A11001)Thermo Fisher ScientificA11001
Vectashield封片剂(H-1000)Vector laboratoriesH-1000
鬼笔环肽-TRITC(P1951)MilliporeSigmaP1951
胶原酶(C9891)MilliporeSigmaC9891
甲基纤维素(M0387)MilliporeSigmaM0387
低熔点琼脂糖(A20070)RPIA20070
GoTaq DNA聚合酶Promega--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
基因表达分析
胚胎发育阶段(24、48、72 hpf)
阅读提示:Methods: 整体原位杂交
突变体表型分析
突变等位基因类型(smyd1amb5、smyd1bsa15678)及单/双突变组合
阅读提示:Results部分和图1-4
肌节结构分析
染色标记(α-actinin、肌球蛋白轻链、鬼笔环肽)以及胚胎固定时间(96 hpf)
阅读提示:图2和图4的图例
应激反应分析
hsp90α1和unc45b mRNA检测时间(颅面肌48 hpf,心肌24 hpf)
阅读提示:图3和图6的图例
转基因挽救实验
转基因品系Tg(smyd1b:Smyd1bmyc)mb6Tg的遗传背景
阅读提示:Methods部分