SRY-box转录因子2（SOX2）与细胞分裂调控蛋白10（CDC10）组成的轴通过与Akt、ERK1/2和p38信号通路的相互作用来调控牛的肌生成过程

《International Journal of Biological Macromolecules》：The SRY-box transcription factor 2 (SOX2)-cell division control protein 10 (CDC10) axis regulates bovine myogenesis via the Akt, ERK1/2, and p38 signaling pathway

　　

摘要

肌发生（myogenesis）被认为是牲畜肉质生产性能的重要生物学基础。CDC10基因参与细胞增殖，位于与多个牛品种生长性状 quantitative trait loci（QTLs）相关的基因组区域中。然而，该基因在牛肌肉发育中的潜在调控作用及其分子机制尚未明确。本研究结果表明，CDC10可能抑制牛骨骼肌卫星细胞的增殖，同时促进其分化。我们还发现，转录因子SOX2可能通过优先结合CDC10启动子中g.61710450G>C SNP的C等位基因序列来调节CDC10的表达。此外，RNA转录组测序及后续分析显示，CDC10对牛骨骼肌卫星细胞肌发生的影响可能与Akt、ERK1/2和p38信号通路的变化有关。这些发现共同支持了SOX2-CDC10调控轴在牛肌肉发生中的潜在作用，可能涉及Akt、ERK1/2和p38信号通路。

引言

作为Septins家族的一员，CDC10（也称为septin 7）基因参与了多种细胞事件，包括增殖和分裂、细胞周期控制以及程序性细胞死亡[1][2][3]。近年来，CDC10基因已被证实与多个肉牛品种中的生长相关性状（如体重和胴体重量）的QTLs相关[4][5][6][7]。上述结果表明，CDC10基因在调节肉牛肌肉发育和生长性状方面起着普遍作用。与此同时，我们先前的研究发现，高生长性能的日本黑牛（JB）的骨骼肌中CDC10基因表达水平高于低生长性能的JB，并在CDC10的启动子区域发现了g.61710450G>C单核苷酸多态性（SNP）。此外，g.61710450G>C SNP的CC基因型与CDC10基因的高表达相关，C等位基因的高频率显著关联于牛的生长相关性状的高表现[7]。然而，CDC10基因如何影响牛肌肉发生的分子机制仍不清楚。

肌发生是指肌母细胞增殖、分化并融合形成多核肌管的过程，最终这些肌管成熟为功能性肌纤维[9]。这一过程主要发生在胚胎和胎儿阶段，决定了出生后的肌纤维总数，出生后的肌纤维数量基本保持不变[9]。因此，肌发生不仅是骨骼肌发育的核心事件，也是决定肉质和品质的生物学基础。由于肌发生过程直接决定了肌纤维的类型组成、直径和密度分布，而这些因素是肉质性状（如牛肉嫩度、颜色、持水能力和风味）的关键决定因素[10]，深入了解其分子调控机制具有重要的应用价值。

本研究旨在：（1）阐明CDC10基因在调节肌肉卫星细胞肌发生中的作用；（2）鉴定并验证结合CDC10启动子中g.61710450G>C SNP的C等位基因序列的转录因子，并研究它们在调节CDC10表达和肌肉卫星细胞肌发生中的潜在作用；（3）进行转录组测序，以发现并验证受CDC10基因调控的信号通路。

章节摘录

肌肉卫星细胞的培养与纯化

为了培养携带g.61710450G>C SNP CC基因型的牛骨骼肌卫星细胞，我们从内蒙古苏尼特左旗采集了105头一个月大的雄性蒙古牛的毛囊用于DNA提取和基因分型[11]。使用PCR-RFLP技术检测了这些牛的g.61710450G>C SNP基因型[7]。基因分型后，从CC基因型的牛中提取longissimus dorsi肌肉组织进行分离和初步培养

CDC10参与牛肌肉卫星细胞的增殖和分化

通过直接测序确认了携带CDC10启动子中g.61710450G>C SNP CC基因型的牛骨骼肌卫星细胞（图1A）。随后，当使用免疫荧光染色显示Pax7和Desmin阳性细胞数量超过90%时（图1B），这些细胞可用于后续实验。

讨论

骨骼肌占总肌肉体积的75–90%，主要由卫星细胞、肌纤维、免疫细胞、基底膜和神经组成，这些成分对维持正常的生理功能至关重要[12]。肌发生是一个极其复杂且受到精细调节的过程，涉及多个基因、转录因子和细胞信号通路[13。CDC10基因在细胞增殖过程中起着关键作用。

结论

综上所述，本研究揭示了转录因子SOX2通过结合CDC10启动子中g.61710450G>C SNP的C等位基因序列来调节CDC10基因表达的机制，而CDC10通过调节Akt、ERK1/2和p38信号通路的活性来影响牛骨骼肌卫星细胞的增殖和分化。这些发现为SOX2-CDC10轴如何调控牛肌肉发生提供了新的见解

CRediT作者贡献声明

Zixuan Cheng：撰写原始草稿、数据可视化、实验研究、数据分析、概念构建。Yongli Yue：撰写原始草稿、数据可视化、实验研究、数据分析、概念构建。Yilin Wang：实验研究。Xinyue An：实验研究。Jianyu Xu：实验研究。Takahisa Yamada：数据可视化。Gong Cheng：实验研究。Hugejiletu Bao：撰写内容审核与编辑。Linsen Zan：撰写内容审核与编辑。Bin Tong：撰写内容审核与编辑、实验监督、方法学设计。

伦理批准和参与同意

本动物研究获得了内蒙古大学机构动物护理和使用伦理委员会的批准（许可编号：IMU-2018-01）。

资助

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：32260819）、中国草原畜牧繁殖调控与育种国家重点实验室（项目编号：2021ZZ0204和2025KYPT0081）、内蒙古自治区农业和畜牧业关键技术合作推广计划——高效肉牛养殖关键技术综合示范与推广项目、以及中国Xilingol科技计划（项目编号：202212和202303）的支持

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

Zixuan Cheng|Yongli Yue|Yilin Wang|Xinyue An|Jianyu Xu|Takahisa Yamada|Gong Cheng|Hugejiletu Bao|Linsen Zan|Bin Tong