肌红蛋白影响组织特异性转录组、心脏再生以及整个动物的代谢率

《The FASEB Journal》：Myoglobin Affects Tissue-Specific Transcriptome, Heart Regeneration and Whole Animal Metabolic Rates

肌红蛋白（Mb）敲除斑马鱼模型显示Mb缺失引起心脏与骨骼肌特异性转录组变化，心脏呼吸基因下调而骨骼肌代谢相关基因上调。生理上 Mb缺失鱼种静息代谢率降低，缺氧耐受性增强，游泳速度提高，但最大代谢率和有氧能力不变，同时心脏再生中Mb表达短暂抑制。

　　

摘要

肌红蛋白（Mb）是一种含有血红素的小蛋白质，传统上被认为在心肌和骨骼肌中具有携氧功能。然而，使用Mb基因敲除小鼠的研究得出了关于其在体内功能作用的相互矛盾的结果。在这里，我们利用CRISPR-Cas技术构建了斑马鱼Mb基因敲除模型，以研究Mb缺失对不同类型骨骼肌的影响，包括转录组谱以及静息状态和最大运动状态下的整体代谢率。Mb缺乏并未改变骨骼肌纤维组成或线粒体的呼吸能力，但引发了多种组织特异性的转录组变化：在心脏中，与呼吸和分化相关的基因集下调；而在骨骼肌中，与呼吸和糖原代谢相关的基因集上调。在野生型斑马鱼的心室切除后进行心脏再生过程中，Mb的表达暂时受到抑制，这表明Mb可能在维持心肌细胞的分化状态中发挥作用。从生理学角度来看，Mb基因敲除的斑马鱼在静息时的基础代谢率降低，缺氧耐受性增强（即临界氧张力降低），最大游泳速度增加，同时其最大代谢率和有氧运动能力与野生型斑马鱼相当。综上所述，这些发现表明Mb在斑马鱼体内的缺失会引发协调的组织特异性转录变化，可能促进心脏再生，降低基础代谢率，并提高最大游泳速度和缺氧耐受性，从而为Mb的多方面体内功能提供了新的见解。

图形摘要

多组织和多物种的RNA-seq分析显示，肌红蛋白缺乏会导致组织特异性的转录变化：心脏中的呼吸相关基因下调，而骨骼肌中的呼吸相关基因上调。肌红蛋白缺乏的斑马鱼基础代谢率降低，缺氧耐受性增强，最大游泳速度增加，同时有氧运动能力保持不变。糖原代谢的上调可能有助于提高游泳表现，而蛋白质周转率的降低可能有助于降低代谢率和改善缺氧耐受性。这些发现表明肌红蛋白是能量代谢和运动表现的关键调节因子。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

DEGs（数据集S1–S6）和GSEA（数据集S7–S12）的列表可作为补充数据集获取。斑马鱼心室、慢速骨骼肌和快速骨骼肌的原始mRNA测序数据已存入NCBI序列读取档案（PRJNA1257549）。小鼠慢速比目鱼肌和混合腓肠肌的计数文件可在Ag Data Commons获取（https://doi.org/10.15482/USDA.ADC/1520663）。