MyoD

يُعدّ بروتين MyoD ، المعروف أيضًا باسم بروتين تحديد الخلايا العضلية 1 ، ^{[ 5 ]} بروتينًا حيوانيًا يلعب دورًا رئيسيًا في تنظيم تمايز العضلات . اكتُشف MyoD في مختبر هارولد إم. وينتروب ، ^{[ 6 ]} وينتمي إلى عائلة من البروتينات تُعرف باسم عوامل تنظيم التكوّن العضلي (MRFs). ^{[ 7 ]} تعمل عوامل النسخ bHLH (الحلزون الأساسي، الحلقة، الحلزون) هذه بشكل متسلسل في التمايز العضلي. تشمل عائلة MRF في الفقاريات MyoD1 وMyf5 والميوجينين و MRF4 ( Myf6 ) . أما في الحيوانات غير الفقارية ، فيُوجد عادةً بروتين MyoD واحد فقط.

يُعدّ MyoD أحد أوائل المؤشرات على التزام الخلايا العضلية بالتكوين. يُعبّر عن MyoD بمستويات منخفضة للغاية، تكاد تكون غير قابلة للكشف، في الخلايا الساتلية الساكنة ، ولكن يُفعّل التعبير عنه استجابةً للتمارين الرياضية أو تلف أنسجة العضلات. يعتمد تأثير MyoD على الخلايا الساتلية على الجرعة؛ إذ يُثبّط التعبير العالي عنه تجديد الخلايا، ويُعزّز التمايز النهائي، وقد يُحفّز موت الخلايا المبرمج. على الرغم من أن MyoD يُشير إلى التزام الخلايا العضلية الأولية بالتكوين، إلا أن نمو العضلات لا يتوقف بشكل كبير في فئران طافرة تفتقر إلى جين MyoD. يُعزى ذلك على الأرجح إلى التكرار الوظيفي الناتج عن Myf5 و/أو Mrf4. مع ذلك، يُعدّ الجمع بين MyoD وMyf5 ضروريًا لنجاح تكوين العضلات . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

تم استنساخ جين MyoD باستخدام اختبار وظيفي لتكوين العضلات نُشر في مجلة Cell عام 1987 بواسطة ديفيس، وينتروب، ولاسار. ووُصف لأول مرة كبروتين فسفوري نووي عام 1988 بواسطة تابسكوت، ديفيس، ثاير، تشينغ، وينتروب، ولاسار في مجلة Science . عبّر الباحثون عن الحمض النووي التكميلي (cDNA) لبروتين MyoD الفأري في سلالتين خلويتين مختلفتين ( الخلايا الليفية والخلايا الدهنية )، ووجدوا أن MyoD يحوّلهما إلى خلايا عضلية. ^{[ 6 ] [ 10 ]} في العام التالي، أجرى الفريق البحثي نفسه عدة اختبارات لتحديد كل من بنية البروتين ووظيفته، مؤكدين بذلك اقتراحهم الأولي بأن الموقع النشط للبروتين يتكون من حلزون حلقي حلزوني (يُشار إليه الآن باسم الحلزون الحلقي الحلزوني الأساسي ) لتكوين ثنائي الوحدات، وأن موقعًا أساسيًا يقع في اتجاه 5' من منطقة bHLH هذه يُسهّل ارتباط الحمض النووي فقط بمجرد أن يصبح ثنائي الوحدات البروتينية . ^{[ 11 ]} ومنذ ذلك الحين أصبح MyoD مجالًا نشطًا للبحث حيث لا يزال القليل نسبيًا معروفًا فيما يتعلق بالعديد من جوانب وظيفته.

تتمثل وظيفة بروتين MyoD في النمو في توجيه خلايا الأديم المتوسط ​​نحو سلالة الخلايا العضلية الهيكلية، ثم تنظيم استمرار هذه الحالة. وقد يُساهم MyoD أيضًا في إصلاح العضلات. كما تشير التقارير إلى ارتفاع مستويات mRNA الخاص بـ MyoD في العضلات الهيكلية مع التقدم في السن.

تتمثل إحدى الوظائف الرئيسية لبروتين MyoD في إخراج الخلايا من دورة الخلية (إيقاف التكاثر لتحقيق توقف نهائي لدورة الخلية في الخلايا العضلية المتمايزة) عن طريق تعزيز نسخ جيني p21 والميوجينين . ويُثبط بروتين MyoD بواسطة كينازات السيكلين المعتمدة ( CDKs )، والتي بدورها تُثبط بواسطة p21 . وبالتالي، يعزز بروتين MyoD نشاطه في الخلية بطريقة تغذية راجعة إيجابية.

يُعد استمرار التعبير عن جين MyoD ضروريًا للحفاظ على التعبير عن الجينات المرتبطة بالعضلات. ^{[ 12 ]}

يُعدّ MyoD أيضًا عاملًا مؤثرًا مهمًا في النمط الظاهري لألياف العضلات سريعة الانقباض (الأنواع IIA و IIX و IIB). ^{[ 13 ] [ 14 ]}

يُعدّ MyoD عامل نسخ ، كما يُمكنه توجيه إعادة تشكيل الكروماتين من خلال الارتباط بنمط DNA يُعرف باسم E-box . من المعروف أن MyoD يرتبط بمئات من مُحفزات الجينات العضلية ، ويُتيح تكاثر الخلايا العضلية الأولية . على الرغم من أن آلية عمل MyoD غير مفهومة تمامًا، يُعتقد حاليًا أنه يعمل كمُتحكم رئيسي في تكوين العضلات، وذلك من خلال آلية تشغيل/إيقاف تتم بوساطة فسفرة KAP1 (بروتين KRAB [Krüppel-like associated box]-associated protein 1) . ^{[ 15 ]} يتمركز KAP1 في الجينات المرتبطة بالعضلات في الخلايا العضلية الأولية، جنبًا إلى جنب مع كل من MyoD و Mef2 (عامل مُعزز لنسخ الخلايا العضلية). هنا، يعمل KAP1 كبروتين داعم، ويستقطب المُنشطات المُساعدة p300 و LSD1 ، بالإضافة إلى العديد من المُثبطات المُساعدة، بما في ذلك G9a وإنزيم هيستون دي أسيتيلاز HDAC1. نتيجةً لهذا الاستقطاب للمُنشطات المُساعدة/المُثبطات المُساعدة، يتم إسكات المناطق المُحفزة على جينات العضلات. عندما يقوم إنزيم الكيناز MSK1 بفسفرة KAP1، يتم تحرير الكابتات المشتركة المرتبطة سابقًا بالهيكل مما يسمح لـ MyoD و Mef2 بتنشيط عملية النسخ. ^{[ 16 ]}

بمجرد أن يصبح "المتحكم الرئيسي" MyoD نشطًا، يصبح SETDB1 ضروريًا للحفاظ على تعبير MyoD داخل الخلية. ويبدو أن Setdb1 ضروري للحفاظ على تعبير كل من MyoD والجينات الخاصة بالأنسجة العضلية، لأن انخفاض تعبير Setdb1 يؤدي إلى تأخير شديد في تمايز الخلايا العضلية الأولية وتحديدها. ^{[ 17 ]} في الخلايا العضلية الأولية المستنفدة من Setdb1 والمعالجة بـ MyoD خارجي، يتم استعادة تمايز الخلايا العضلية الأولية بنجاح. في أحد نماذج عمل Setdb1 على MyoD، يقوم Setdb1 بكبح مثبط لـ MyoD. من المحتمل أن يعمل هذا المثبط غير المعروف تنافسيًا ضد MyoD أثناء التكاثر الخلوي الطبيعي. الدليل على هذا النموذج هو أن انخفاض Setdb1 يؤدي إلى تثبيط مباشر لتمايز الخلايا العضلية الأولية، والذي قد يكون ناتجًا عن إطلاق مثبط MyoD غير المعروف.

ثبت أيضًا أن MyoD يعمل بالتآزر مع جين كابت الورم ، Retinoblastoma (pRb) ، لإحداث توقف دورة الخلية في الخلايا العضلية الأولية المتمايزة نهائيًا. ^{[ 18 ]} ويتم ذلك من خلال تنظيم السيكلين D1 . يعتمد توقف دورة الخلية (الذي تشير فيه الخلايا العضلية الأولية إلى اكتمال تكوين العضلات) على الكبت المستمر والمستقر للسيكلين D1. يُعد كل من MyoD وpRb ضروريين لكبت السيكلين D1، ولكنهما لا يعملان مباشرةً على السيكلين D1، بل يعملان على Fra-1 الذي يسبق السيكلين D1 مباشرةً. يُعد كل من MyoD وpRb ضروريين لكبت Fra-1 (وبالتالي السيكلين D1)، حيث أن MyoD أو pRb بمفرده لا يكفي لتحفيز كبت السيكلين D1 وبالتالي توقف دورة الخلية. تم اكتشاف موقعين محفوظين لربط MyoD في مُحسِّن داخلي لـ Fra-1. يوجد عمل تعاوني بين MyoD و pRb في المعزز الداخلي لـ Fra-1 الذي يثبط المعزز، وبالتالي يثبط السيكلين D1 ويؤدي في النهاية إلى توقف دورة الخلية للخلايا العضلية المتمايزة نهائيًا. ^{[ 19 ]}

أظهرت الدراسات أن إشارات Wnt القادمة من الأنسجة المجاورة تحفز الخلايا في القطع الجسدية التي تستقبل هذه الإشارات على التعبير عن Pax3 و Pax7 ، بالإضافة إلى عوامل تنظيمية لتكوين العضلات ، بما في ذلك Myf5 وMyoD. وعلى وجه التحديد، يمكن لـ Wnt3a أن يحفز مباشرةً التعبير عن MyoD عبر تفاعلات عنصر cis مع مُحسِّن بعيد وعنصر استجابة Wnt . ^{[ 20 ]} كما تبين أن Wnt1 من الأنبوب العصبي الظهري وWnt6/ Wnt7a من الأديم الظاهر السطحي يساهمان في تعزيز تكوين العضلات في القطعة الجسدية؛ وقد تعمل هذه الإشارات الأخيرة بشكل أساسي من خلال Myod.

في العضلات البالغة السليمة في حالة الراحة (غياب الإجهاد الفسيولوجي)، تُعبَّر بروتينات عائلة Wnt المحددة عن Wnt5a وWnt5b و Wnt7a و Wnt4 . عند إصابة العضلة (مما يستدعي تجديدها)، يزداد التعبير عن Wnt5a وWnt5b وWnt7a. ومع اكتمال ترميم العضلة، يزداد التعبير عن Wnt7b وWnt3a أيضًا. يُحفز هذا النمط من التعبير عن إشارات Wnt في ترميم خلايا العضلات تمايز الخلايا السلفية، مما يقلل من عدد الخلايا الساتلية المتاحة. يلعب Wnt دورًا حاسمًا في تنظيم الخلايا الساتلية وشيخوخة العضلات الهيكلية وتجديدها. من المعروف أن Wnts تُنشط التعبير عن Myf5 وMyoD بواسطة Wnt1 وWnt7a. تعمل Wnt4 وWnt5 وWnt6 على زيادة التعبير عن كلا العاملين التنظيميين، ولكن بمستوى أدق. بالإضافة إلى ذلك، يزيد MyoD من Wnt3a عندما تخضع الخلايا العضلية الأولية للتمايز. ما زال من غير الواضح ما إذا كان يتم تنشيط MyoD بواسطة Wnt من خلال التنظيم المباشر أو من خلال مسارات فسيولوجية غير مباشرة. ^{[ 21 ]}

يُعدّ IFRD1 عاملًا مساعدًا إيجابيًا لـ MyoD، إذ يتعاون معه في تحفيز النشاط النسخي لـ MEF2C (عن طريق إزاحة HDAC4 من MEF2C)؛ علاوة على ذلك، يثبط IFRD1 أيضًا النشاط النسخي لـ NF-κB ، المعروف بتثبيط تراكم mRNA الخاص بـ MyoD. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

يُعدّ NFATc1 عامل نسخ يُنظّم تكوين أنواع الألياف العضلية، ويتطلب الانتقال من الألياف سريعة الانقباض إلى بطيئة الانقباض الناتج عن التمارين الهوائية التعبير عن NFATc1. يُعدّ التعبير عن MyoD عامل نسخ رئيسي في الألياف سريعة الانقباض، والذي يُثبّطه NFATc1 في أنواع الألياف المؤكسدة. يعمل NFATc1 على تثبيط MyoD من خلال تفاعل فيزيائي مع نطاق التنشيط الطرفي N لـ MyoD، مما يؤدي إلى تثبيط استقطاب المُنشّط المُشارك للنسخ الضروري p300 . يُعطّل NFATc1 التفاعل بين MyoD وp300 فيزيائيًا. يُحدّد هذا الآلية الجزيئية التي تنتقل من خلالها أنواع الألياف في الجسم الحي أثناء التمرين، مع أدوار مُعاكسة لكل من NFATc1 وMyoD. يتحكّم NFATc1 في هذا التوازن من خلال التثبيط الفيزيائي لـ MyoD في أنواع ألياف العضلات بطيئة الانقباض. ^{[ 24 ]}

يعمل إنزيم هيستون ديأسيتيل ترانسفيراز p300 مع MyoD في تفاعل أساسي لتكوين الأنابيب العضلية من الخلايا الليفية، وهو تفاعل يتوسطه MyoD. يُعد استقطاب p300 العملية المحددة لمعدل تحويل الخلايا الليفية إلى أنابيب عضلية. ^{[ 25 ]} بالإضافة إلى p300، من المعروف أن MyoD يستقطب أيضًا Set7 و H3K4me1 و H3K27ac و RNAP II إلى المُحسِّن المرتبط به، مما يسمح بتنشيط جين العضلات بطريقة خاصة بالحالة، ويتم ذلك عن طريق استقطاب MyoD. مع ذلك، فإن p300 الداخلي ضروري لعمل MyoD من خلال عمله كمنشط مساعد أساسي. يرتبط MyoD بشكل ترابطي بمنطقة المُحسِّن بالتزامن مع "عامل رائد افتراضي" يساعد في إنشاء والحفاظ على كليهما في هيئة محددة وغير نشطة. عند إزالة أو تعطيل البروتين الحامل المرتبط بالمعزز، يُسمح بتجنيد المجموعة الإضافية من عوامل النسخ التي تساعد على تنظيم نشاط المعزز بشكل إيجابي، وهذا يؤدي إلى أن يتخذ مركب عامل النسخ MyoD-المعزز حالة نشطة نسخياً.

وقد ثبت أن بروتين MyoD يتفاعل مع:

• بروتين MyoD في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• نظرة عامة على جميع المعلومات الهيكلية المتاحة في PDB لـ UniProt : P10085 (بروتين تحديد الخلايا العضلية للفأر 1) في PDBe-KB .