Molecular cloning and characterization of the myostatin gene in Paralichthys olivaceus, Sebastes schlegeli and Fenneropenaeus chinensis
넙치, 조피볼락 그리고 대하 Myostatin 유전자의 클로닝 및 유전자 발현에 관한 연구
- 발행기관 Kangnung National University Graduate School
- 지도교수 진형주
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 2007. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 Department of Marine Bioindustry
- 원문페이지 ix, 40 p.
- 본문언어 영어
초록/요약
근육에서 특이적으로 많이 발현되는 myostatin (GDF-8)은 transforming growth factor β (TGF-β) superfamily의 하나로서 골격근육의 성장과 발달에 negative regulator로서 작용한다. 소와 마우스 등에서는 유전자의 돌연변이가 과도한 근육축적을 유도한다고 보고되면서 근섬유 발달과정에서 MSTN의 기능들이 확인되었다. 현재까지 myostatin 내에서 돌연변이된 double muscling 소 품종은 Belgian Blue와 Piedmontese 에서 보고되었다. 마우스에서는 돌연변이나 knock-out 에 의한 유전자 발현 억제가 지방 함량을 감소시키면서 근섬유 수와 크기의 증가에 의해 야생형 보다 골격근의 무게가 증가되는 것으로 보고되었다. 근섬유 소실을 초래하는 근육이영양증(musculardystropy) 동물모델에 대한 myostatin 단백질 기능 억제는 근육발달을 향상시키는 결과를 보였다. 최근 마이오스타틴 유전자는 여러 척추동물들 뿐만 아니라 어류들에서도 밝혀지고 있으며, myostatin 유전자는 종간에 잘 보존되어 있고, 생물학적 기능 또한 동일할 것으로 추정되고 있다. 이러한 결과는 수산양식업 및 의약산업에 중요한 의미를 가진다 그리고 중요 양식어종 myostatin의 발현과 생리활성을 잘 다룰 수만 있다면 양식소득에 중요한 영향을 줄 수 있을 것이다. 본 연구는 상업적으로 유용하게 이용되고 있는 양식어종 중 넙치, 조피볼락 그리고 대하에서 myostatin 의 분자구조와 여러 조직별 발현 정도를 규명하고자 수행하였다. 1. 넙치 마이오스타틴 유전자의 분자 구조와 조직에서 발현양상에 관한 연구 넙치 근육의 full-length cDNA는 비 번역 서열을 포함하여 총 1599 bp 였으며 번역 부위인 open reading frame 부위는 1134 bp로 나타 났다 그리고 1134 bp의 번역서열 부위는 377개의 아미노산으로 번역 되었으며 다른 척추동물들과 상동성은 62~93%였다. myostatin유전자의 특징인 넙치 myostatin RXRR cleavage site 와 mature 부위에 9개의 cystein 부위가 있는 것을 확인하였다. 넙치의 여러조직들 (뇌, 아가미, 심장, 창자, 신장, 간, 근육 그리고 비장)에서 myostatin의 발현 정도를 분석한 결과, 넙치의 myostatin은 뇌와 근육에서 현저하게 높게 발현 되는 것을 알 수 있었다. 2. 조피볼락 마이오스타틴 유전자의 분자 구조와 조직에서 발현양상에 관한 연구 조피볼락 근육의 full-length cDNA는 비번역 서열을 포함하여 총 1941 bp 였으며 번역부위인 open reading frame 부위는 1134 bp로 나타 났다 그리고 1134 bp의 번역서열 부위는 377개의 아미노산으로 번역 되었으며 다른 척추동물들과 상동성이 62~92%로 나타났다. myostatin 유전자의 특징인 조피볼락 myostatin RXRR cleavage site 와 mature 부위에 9개의 시스테인 부위가 있는것을 확인하였다. 넙치의 여러조직들 (뇌, 아가미, 심장, 창자, 신장, 간, 근육 그리고 비장)에 서 myostatin의 발현정도를 분석한 결과, 넙치의 myostatin은 근육에 서현저하게 높게 발현되는것을 알수 있었고 다른 조직에서는 발현이 제한되는것을 알 수 있었다. 3. 대하 마이오스타틴 유전자의 분자 구조에 관한 연구 처음으로 무척추 동물인 대하에서 partial cDNA를 cloning 하였으며 대하의 partial cDNA; ORF (open reading frame) 부위는 1134 bp 였으며 377개의 아미노산으로 번역 되었다 그리고 다른 척추동물들과의 상동성은 63~93%로 나타났다. myostatin 유전자의 특징인 조피볼락 myostatin RXRR cleavage site 와 mature 부위에 9개의 cystein 부위가 있는 것을 확인하였다.
more초록/요약
Muscle tissue express many muscle-specific genes, including myostatin (also known as GDF8) that is a member of the transforming growth factor-β superfamily. Myostatin (MSTN) negatively regulates mammalian skeletal muscle growth and development by inhibiting myoblast proliferation. Mice and cattle prosessing mutant MSTN alleles display a 'double muscling' phenotype characterized by extreme skeletal muscle hypertrophy and/or hyperplasia. MSTNs have been cloned from representatives of various vertebrate groups and several fish species. The cDNAs encode proteins that are generally 373-376 amino acids in length and as with other TGF-β superfamily members, contain a conserved proteolytic processing site and carboxy-terminal region with a specific pattern of cysteine residues. The finding have raised the possibility that pharmacological agents capable of blocking myostatin activity may have applications for promoting muscle growth in human disease as well as in aquaculture. The successful manipulation of MSTN expression and/or its bioactivity in commercially important fishes will undoubtedly have a profound impact on aquaculture. In this study, I describe cDNAs isolated from various marine organisms (Paralichthys. olivaceus, Sebastes. schlegeli and Fenneropenaeus. chinensis) that were similar in sizes and homologous with vertebrate MSTNs. 1. Characterization and expression pattern of myostatin in olive flounder (Paralichthys olivaceus) In this study, I have characterized full-length cDNA from the muscle tissue in P. olivaceus and examined its expression pattern in various tissues. The full-length myostatin gene (GeneBank: DQ412048) in P. olivaceus was 1599 bp with open reading frame of 1134 bp, encoding 377 amino acids that showed 62-93% sequence identity with other vertebrate myostatins, containing a conserved proteolytic cleavage site (RXRR) and conserved cysteine residues in the C-terminus. Based on RT-PCR, the myostatin gene was predominantly expressed in the brain and muscle, with limited expression in other tissues. 2. Characterization and expression pattern of myostatin in rockfish(Sebastes schlegeli) In this study, I have characterized full-length cDNA from the muscle tissue in the S. schlegeli and examined its expression pattern in various tissues. The full-length myostatin gene (GenBank 423474) in the S. schlegeli was 1941 bp with open reading frame of 1134 bp, encoding 377 amino acids that showed 62-92% sequence identity with other vertebrate myostatins, containing a conserved proteolytic cleavage site (RXRR) and conserved cysteine residues in the C-terminus. Based on a RT-PCR, the unprocessed and prodomain myostatin gene was predominantly expressed in the muscle, with limited expression in other tissues. However, mature myostatin gene was highly expressed in brain and muscle; intermediately in gill, intestine, heart, and kidney; weakly in liver and spleen. 3. Molecualr cloning and characterization of myostatin in fleshy prawn (Fenneropenaeus chinensis) In this study, I have characterized cDNA of ORF (open reading frame) region from the muscle tissue in F. chinensis. The ORF region was 1134 bp, encoding 377 amino acids that showed 63~93% sequence identity with other vertebrate myostatins, containing a conserved proteolytic cleavage site (RXRR) and conserved cysteine residues in the C-terminus. The multiple sequence alignment showed marture region, which was situated between the RXXR motif (residues 265-268, RARR, matching the RXXR consensus site) and the carboxy terminal, was highly conserved from fish to mouse.
more목차
Chapter 1. Characterization and expression pattern of myostatin in olive flounder (paralichthys olivaceus) = 1
INTRODUCTION = 1
MATERIALS AND METHODS = 2
Sample collection = 2
Isolation and characterization MSTN = 2
Sequence analysis and alignment = 3
Expression analysis of the MSTN gene = 3
RESULTS = 4
P. olivaceus MSTN cDNA sequence = 4
Alignment of MSTN protein and phylogenetic analysis = 4
MSTN gene expression analysis = 5
DISCUSSION = 12
Chapter 2. Characterization and expression pattern of myostatin in rockfish(Sebastes schlegeli) = 14
INTRODUCION = 14
MATERIALS AND METHODS = 15
Sample collection = 15
Total RNA extraction = 15
Isolation of patial MSTN gene = 16
Isolation of full-length MSTN gene = 16
Sequence analysis and alignment = 17
Expression analysis of the MSTN gene = 17
RESULTS = 18
Molecular characterization of the S. schlegeli myostatin gene = 18
MSTN gene expression analysis = 19
DISCUSSION = 26
Chapter 3. Molecular cloning and characterization of myostatin in fleshy prawn (Fenneropenaeus chinensis) = 27
INTRODUCTION = 27
MATERIALS AND METHODS = 27
Total RNA extraction = 27
Isolation of partial MSTN gene = 28
Isolation of ORF(open reading frame) MSTN gene = 28
Sequence analysis and alignment = 29
RESULTS AND DISCUSSION = 29
Molecular characterization of the F. chinensis myostatin gene = 29
REFERENCES = 35
SUMMARY IN KOREAN = 38
