ChIP-seq等揭示TPM1超級(jí)增強(qiáng)子調(diào)控骨骼肌發(fā)育的表觀機(jī)制
瀏覽次數(shù):349 發(fā)布日期:2026-1-27
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近日,廣西大學(xué)張瑞門(mén)助理教授為第一作者,韋英明、楊素芳、鄧彥飛教授為共同通訊作者,在國(guó)際知名期刊《Advanced Science》(IF14.1/Q1)上發(fā)表題為“The Evolutionarily Conserved TPM1 Super-Enhancer Drives Skeletal Muscle Regeneration via Mechanotransduction Signaling”的科研成果。研究通過(guò)牛、小鼠、人的多物種ChIP-seq、ATAC-seq表觀基因組學(xué)聯(lián)合分析,首次鑒定出一個(gè)在進(jìn)化上高度保守的超級(jí)增強(qiáng)子TPM1_SE(TPM1 super-enhancer),系統(tǒng)揭示了TPM1_SE通過(guò)整合表觀遺傳調(diào)控與細(xì)胞信號(hào)協(xié)同促進(jìn)骨骼肌再生與發(fā)育的全新機(jī)制。
本研究結(jié)果表明,位于編碼肌動(dòng)蛋白穩(wěn)定蛋白的TPM1_SE超級(jí)增強(qiáng)子,通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子TEAD4介導(dǎo)的染色質(zhì)環(huán)化機(jī)制,在種屬間呈現(xiàn)差異化轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式:在小鼠中促進(jìn)線性TPM1 mRNA表達(dá),而在牛中則特異性調(diào)控環(huán)狀RNA CircTPM1生物合成。研究系統(tǒng)闡明了TPM1_SE通過(guò)激活PI3K/AKT信號(hào)通路和MYH10/MYL3機(jī)械信號(hào)軸,整合表觀遺傳調(diào)控與細(xì)胞信號(hào),從而促進(jìn)骨骼肌再生與肌管生成的分子機(jī)制。該發(fā)現(xiàn)不僅為理解超級(jí)增強(qiáng)子與細(xì)胞互作提供了新思路,也為人類(lèi)肌肉退行性疾病的治療及表觀遺傳育種改良畜禽產(chǎn)肉性能提供了關(guān)鍵分子靶點(diǎn)。

英文標(biāo)題:The Evolutionarily Conserved TPM1 Super-Enhancer Drives Skeletal Muscle Regeneration via Mechanotransduction Signaling
中文標(biāo)題:進(jìn)化保守的TPM1超級(jí)增強(qiáng)子通過(guò)機(jī)械力學(xué)信號(hào)驅(qū)動(dòng)骨骼肌再生
發(fā)表時(shí)間:2025年11月16日
發(fā)表期刊:Advanced Science
影響因子:IF14.1/Q1
技術(shù)平臺(tái):ChIP-seq、ATAC-seq等(易基因金牌技術(shù))
作者單位:廣西大學(xué)
DOI: 10.1002/advs.202514271
超級(jí)增強(qiáng)子(SEs)是組織再生的關(guān)鍵表觀遺傳調(diào)控因子,然而其在肌肉生成過(guò)程與細(xì)胞互作的機(jī)制尚未完全闡明。本研究發(fā)現(xiàn),進(jìn)化上保守的超級(jí)增強(qiáng)子(TPM1_SE)可能整合表觀遺傳調(diào)控與細(xì)胞信號(hào)發(fā)揮作用。
在體外實(shí)驗(yàn)中,TPM1_SE缺失會(huì)破壞肌肉生成并降低TPM1及其circRNA亞型CircTPM1表達(dá),條件性敲除TPM1_SE顯著減少肌肉質(zhì)量并延緩再生進(jìn)程。具體而言,TPM1_SE通過(guò)TEAD4介導(dǎo)的染色質(zhì)環(huán)化促進(jìn)線性TPM1 mRNA(小鼠)和CircTPM1(牛)表達(dá),并與NKX2.2互作激活對(duì)細(xì)胞機(jī)械力敏感的PI3K/AKT信號(hào)通路,進(jìn)而協(xié)同調(diào)控肌管生成過(guò)程中的細(xì)胞骨架(Cytoskeleton)重構(gòu),而TPM1_SE缺失會(huì)破壞NKX2.2-PI3K/AKT信號(hào)。
總之,本研究確立了TPM1_SE作為整合表觀遺傳調(diào)控與生物出核的進(jìn)化保守性樞紐。小鼠模型揭示了其在肌肉再生醫(yī)學(xué)中的治療潛力,而牛CircTPM1介導(dǎo)的機(jī)制則突顯了TPM1_SE作為改良家畜肉品質(zhì)遺傳性狀的潛在靶點(diǎn)。

圖形摘要:TPM1_SE激活TPM1位點(diǎn),增強(qiáng)PI3K/AKT信號(hào)通路和MYH10/MYL3軸活性,從而促進(jìn)骨骼肌再生。具體而言,TPM1_SE通過(guò)TEAD4介導(dǎo)的染色質(zhì)環(huán)化作用激活TPM1轉(zhuǎn)錄并促進(jìn)CircTPM1形成,進(jìn)而增強(qiáng)PI3K/AKT信號(hào)及MYH10/MYL3活性,在骨骼肌再生過(guò)程中調(diào)控肌管生成的細(xì)胞骨架重構(gòu)。
易小結(jié)
本研究突破了傳統(tǒng)表觀遺傳學(xué)與細(xì)胞互作研究界限,具有明確的雙向轉(zhuǎn)化潛力。一方面,為干預(yù)衰老性或病理性肌肉退行性疾病提供新靶點(diǎn);另一方面,為動(dòng)物農(nóng)業(yè)中通過(guò)精準(zhǔn)分子育種實(shí)現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)”提供了原創(chuàng)性靶標(biāo)和理論支撐,有望帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。
本研究是ChIP-seq、ATAC-seq等分子機(jī)制研究技術(shù)(易基因金牌技術(shù))與細(xì)胞、小鼠模型、力學(xué)等功能驗(yàn)證相結(jié)合的典型示例,為研究復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程中的非編碼調(diào)控元件提供了方法學(xué)參考。
研究方法
(1)表觀基因組學(xué)測(cè)序分析
- 染色質(zhì)免疫共沉淀測(cè)序(ChIP-seq):對(duì)牛肌肉干細(xì)胞(MuSCs)在增殖期(GM)和分化期(DM)的組蛋白修飾(H3K4me1, H3K27ac)進(jìn)行測(cè)序,結(jié)合人骨骼肌成肌細(xì)胞(GEO數(shù)據(jù)集)及小鼠C2C12成肌細(xì)胞(GEO數(shù)據(jù)集),在全基因組范圍內(nèi)鑒定和表征超級(jí)增強(qiáng)子(SEs)。
- 染色質(zhì)可及性測(cè)序(ATAC-seq):分析牛MuSCs和小鼠C2C12細(xì)胞的染色質(zhì)可及性,鑒定活躍的順式調(diào)控元件(CREs)和TEAD4等關(guān)鍵調(diào)控因子的結(jié)合位點(diǎn)。
- 數(shù)據(jù)整合與比較:結(jié)合已公開(kāi)的人類(lèi)和小鼠肌肉細(xì)胞的ChIP-seq/ATAC-seq數(shù)據(jù)(GEO數(shù)據(jù)庫(kù)),進(jìn)行跨物種比較,鑒定進(jìn)化保守的SEs及其靶基因。
(2)功能基因組學(xué)與分子生物學(xué)驗(yàn)證:
- 報(bào)告基因?qū)嶒?yàn):將預(yù)測(cè)的增強(qiáng)子元件克隆到熒光素酶報(bào)告載體中,驗(yàn)證其轉(zhuǎn)錄活性。
- ChIP-qPCR:針對(duì)候選因子(如TEAD4)和組蛋白修飾(H3K27ac),驗(yàn)證其在特定基因組位點(diǎn)(如TPM1_SE和TPM1啟動(dòng)子)的結(jié)合或富集情況。
- 3C-qPCR實(shí)驗(yàn):直接證實(shí)TPM1_SE(bCRE_9/mCRE_26)與TPM1啟動(dòng)子之間存在物理互作的染色質(zhì)環(huán),從三維基因組層面揭示調(diào)控機(jī)制。
- 基因編輯:利用CRISPR/Cas9技術(shù)在細(xì)胞(C2C12,牛MuSCs)和小鼠(條件性敲除mCRE_26)中敲除TPM1_SE核心元件,研究其功能缺失表型。
- 過(guò)表達(dá)/敲低:在細(xì)胞中過(guò)表達(dá)或敲低TPM1、CircTPM1、TEAD4等分子,研究其功能獲得表型。
(3)轉(zhuǎn)錄組與RNA生物學(xué):
- circRNA-seq:對(duì)牛MuSCs的GM/DM樣本進(jìn)行測(cè)序,系統(tǒng)鑒定差異表達(dá)的circRNA,并從中發(fā)現(xiàn)了受TPM1_SE調(diào)控的CircTPM1。
- RT-qPCR:定量檢測(cè)各種RNA分子(mRNA/circRNA/miRNA)的表達(dá)水平。
- RNA免疫共沉淀(RIP):驗(yàn)證CircTPM1與MYH10蛋白的直接結(jié)合。
- 染色質(zhì)分離RNA純化(ChIRP):驗(yàn)證CircTPM1與bta-miR-22-5p的互作。
- FISH:觀察CircTPM1與bta-miR-22-5p或MYH10的亞細(xì)胞共定位。
(4)蛋白水平與互作研究:
- Western Blot:檢測(cè)關(guān)鍵信號(hào)通路蛋白(PI3K, AKT)和肌源性標(biāo)志蛋白(MyOD1, MyHC)表達(dá)。
- 免疫共沉淀(Co-IP):驗(yàn)證蛋白質(zhì)間互作,如NKX2.2與PI3K互作,MYH10與MYL3互作。
(5)細(xì)胞與動(dòng)物模型表型分析:
- 細(xì)胞機(jī)械力學(xué)表征:檢測(cè)細(xì)胞在流體應(yīng)力下的形變,定量敲除或過(guò)載TPM1_SE下游分子對(duì)細(xì)胞剛度的影響,將分子功能與細(xì)胞機(jī)械力學(xué)特性直接關(guān)聯(lián)。
- 小鼠模型:構(gòu)建肌肉特異性TPM1_SE敲除鼠(mCRE_26cKO),系統(tǒng)監(jiān)測(cè)其生長(zhǎng)、肌肉重量、以及心臟毒素(CTX)誘導(dǎo)損傷后的肌肉再生能力。
結(jié)果圖形
(1)肌肉生成過(guò)程中保守的超級(jí)增強(qiáng)子(SEs)與TPM1位點(diǎn)的染色質(zhì)互作
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)牛、人、小鼠肌肉細(xì)胞的ChIP-seq和ATAC-seq數(shù)據(jù)分析,首次在三個(gè)物種的TPM1位點(diǎn)鑒定出一個(gè)進(jìn)化保守的、富含H3K27ac修飾的超級(jí)增強(qiáng)子,命名為T(mén)PM1_SE(圖1D-F),該SE由多個(gè)順式調(diào)控元件(CREs)組成。牛物種的雙熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)篩選出活性最強(qiáng)的元件bCRE_9(圖1G),ChIP-qPCR證實(shí)其H3K27ac富集水平最高(圖1H)。小鼠物種的同源元件mCRE_26也展現(xiàn)出強(qiáng)增強(qiáng)子活性(圖1I-J)。最關(guān)鍵的是,利用染色體構(gòu)象捕獲(3C)技術(shù)研究證實(shí)了bCRE_9/mCRE_26與TPM1啟動(dòng)子之間存在特異的物理互作,形成了染色質(zhì)環(huán)(圖1K-L)。從三維基因組結(jié)構(gòu)上證明了TPM1_SE能夠直接調(diào)控TPM1基因轉(zhuǎn)錄,為后續(xù)功能研究奠定了基礎(chǔ)。

圖1:肌肉生成過(guò)程中TPM1位點(diǎn)的保守超級(jí)增強(qiáng)子及染色質(zhì)互作
A) 基于牛肌肉干細(xì)胞(MuSCs)的ChIP-seq數(shù)據(jù),對(duì)增殖期(GM)和分化期(DM)樣本的H3K27ac和H3K4me1信號(hào)進(jìn)行差異分析,對(duì)所有SEs進(jìn)行排序并繪制其在基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(TSSs)附近的分布圖譜。
B) 基于ATAC-seq的染色質(zhì)可及性圖譜生成線圖和熱圖,展示GM和DM樣本中TSS位點(diǎn)的reads分布。結(jié)果顯示所有六個(gè)樣本在TSS附近均表現(xiàn)出富集的reads分布,且越接近TSS,富集強(qiáng)度顯著增加。
C) 牛MuSCs-GM/DM、人骨骼肌成肌細(xì)胞-DM和小鼠C2C12成肌細(xì)胞-DM中特異性與增殖或肌肉生成相關(guān)的超級(jí)增強(qiáng)子的定量分析。
D) IGV可視化牛TPM1_SE區(qū)域的活性組蛋白標(biāo)記和ATAC信號(hào)peaks。
E-F) 在IGV中注釋活性組蛋白修飾展示人(E)和小鼠(F)基因組中TPM1_SE的比較染色質(zhì)圖譜。
G) 雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證牛TPM1_SE中各順式調(diào)控元件的轉(zhuǎn)錄活性。
H) ChIP-qPCR評(píng)估bCRE_9區(qū)域的H3K27ac富集水平。
I-J) 分別通過(guò)熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)(I)和ChIP-qPCR(J)評(píng)估m(xù)CRE_26的轉(zhuǎn)錄活性及H3K27ac占據(jù)情況。
K-L) 3C-qPCR實(shí)驗(yàn)揭示特定引物與檢測(cè)引物之間的互作信號(hào),證實(shí)TPM1_SE與TPM1啟動(dòng)子之間存在物理互作。
(2)TPM1_SE缺失損害肌肉生成及TPM1位點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄活性
敲除TPM1_SE核心元件(mCRE_26-KO C2C12或bCRE_9-KO 牛MuSCs)后,肌肉生成嚴(yán)重受損,表現(xiàn)為MyHC陽(yáng)性肌管數(shù)量減少、融合指數(shù)下降、肌源性標(biāo)志物表達(dá)降低(圖2A-H)。RT-DC力學(xué)檢測(cè)顯示,敲除細(xì)胞變形度增加,表明細(xì)胞剛度下降(圖2I-J),提示TPM1_SE參與調(diào)節(jié)細(xì)胞機(jī)械力學(xué)特性。小鼠C2C12細(xì)胞中敲除mCRE_26導(dǎo)致TPM1 mRNA表達(dá)水平顯著下調(diào)(圖2K),而在牛MuSCs中敲除bCRE_9卻不影響TPM1 mRNA(圖2L)。這一差異引導(dǎo)研究者轉(zhuǎn)向非編碼RNA。
通過(guò)對(duì)牛MuSCs的circRNA-seq分析,研究團(tuán)隊(duì)鑒定出一個(gè)由TPM1基因產(chǎn)生的658-nt環(huán)狀RNA——CircTPM1,其表達(dá)在肌肉生成過(guò)程中上調(diào)(圖2M、N、P)。使用SE功能抑制劑JQ1處理或直接敲除bCRE_9,都能顯著降低CircTPM1表達(dá),而不影響線性mRNA(圖2Q-S)。上述研究結(jié)果首次揭示了TPM1_SE在物種間調(diào)控出核分化:在小鼠中主要調(diào)控線性TPM1 mRNA,而在牛中特異性調(diào)控環(huán)狀RNA CircTPM1,證明同一SE可通過(guò)物種差異性的轉(zhuǎn)錄出核(小鼠mRNA vs 牛circRNA)調(diào)控肌肉生成。

圖2:TPM1_SE缺失損害肌肉生成和TPM1轉(zhuǎn)錄
A) 免疫熒光分析顯示,mCRE_26缺失的C2C12成肌細(xì)胞中MyHC陽(yáng)性肌管形成減少。
B) 融合指數(shù)計(jì)算為MyHC陽(yáng)性肌管中的細(xì)胞核百分比。
C-D) WB分析和定量證實(shí)MyOD1蛋白水平的下調(diào)。
E) 在牛MuSCs中,bCRE_9缺失同樣損害肌肉生成,表現(xiàn)為MyHC陽(yáng)性肌管減少。
F) 融合指數(shù)。
G-H) WB和光密度分析顯示MyOD1和MyHC蛋白表達(dá)降低。
I-J) 在mCRE_26敲除(KO)C2C12成肌細(xì)胞(I)和bCRE_9敲除牛MuSCs(J)中評(píng)估細(xì)胞變形性。
K-L) RT-qPCR顯示CRE元件缺失顯著降低了C2C12成肌細(xì)胞中TPM1 mRNA水平,但不影響牛MuSCs中的水平。
M-N) 牛MuSCs中GM期和DM期差異表達(dá)circRNA熱圖,鑒定出630個(gè)顯著表達(dá)變化circRNA。
O) FISH分析顯示CircTPM1主要定位于牛MuSCs的細(xì)胞質(zhì)中。
(3)TPM1_SE缺失降低肌肉重量并延緩骨骼肌再生
為在體內(nèi)驗(yàn)證TPM1_SE的功能,研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了mCRE_26肌肉特異性條件敲除小鼠(mCRE_26cKO; Myf5-Cre)。研究結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,cKO小鼠從3周齡起體重顯著降低,8周齡時(shí)腓腸。℅AS)、脛骨前肌(TA)、比目魚(yú)。⊿OL)和股四頭肌(QUA)重量分別減少2.81%、5.07%、34.34%和3.03%(圖3A-E)。組織學(xué)分析顯示TA肌纖維橫截面積分布左移,提示肌纖維生長(zhǎng)受阻(圖3F)。
更重要的是,在CTX誘導(dǎo)的肌肉損傷再生模型中,mCRE_26cKO小鼠表現(xiàn)出嚴(yán)重的再生缺陷:損傷后TA肌肉的重量/長(zhǎng)度比恢復(fù)更差(圖3H-K),肌纖維排列松散、密度和面積減小,再生肌纖維比例降低(圖3L-Q),同時(shí)肌肉干細(xì)胞標(biāo)記物Pax7和肌肉生成標(biāo)記物(MyoD1, MyoG, MyHC)的表達(dá)持續(xù)低下(圖3R, S)。這些體內(nèi)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)有力地證明,TPM1_SE對(duì)于維持正常的肌肉生長(zhǎng)和損傷后的高效再生必不可少。

圖3:TPM1_SE缺失會(huì)減少肌肉質(zhì)量并延緩骨骼肌再生。
(4)TPM1_SE通過(guò)TEAD4介導(dǎo)的染色質(zhì)互作調(diào)控TPM1位點(diǎn)轉(zhuǎn)錄
為揭示TPM1_SE發(fā)揮功能的分子機(jī)制,研究者對(duì)ATAC-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行motif分析,預(yù)測(cè)并驗(yàn)證了轉(zhuǎn)錄因子TEAD4在TPM1_SE(bCRE_9/mCRE_26)和TPM1啟動(dòng)子上均有結(jié)合位點(diǎn)(圖4A-D、P-R)。ChIP-qPCR證實(shí)TEAD4在這些位點(diǎn)的富集(圖4C-D、Q-R)。報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)顯示,TEAD4過(guò)表達(dá)能顯著增強(qiáng)由TPM1_SE和TPM1啟動(dòng)子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性,而突變TEAD4結(jié)合位點(diǎn)則使此激活效應(yīng)消失(圖4E、S)。
具體而言,在牛MuSCs中過(guò)表達(dá)TEAD4能上調(diào)CircTPM1并促進(jìn)分化(圖4G、I-L),敲低TEAD4則抑制分化(圖4M-O);在小鼠C2C12細(xì)胞中過(guò)表達(dá)TEAD4上調(diào)TPM1 mRNA(圖4U)。這些結(jié)果表明,TEAD4是介導(dǎo)TPM1_SE與TPM1啟動(dòng)子形成染色質(zhì)環(huán)并激活轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵因子(圖4F、T),構(gòu)成該保守調(diào)控模塊的核心。

圖4:TPM1_SE通過(guò)TEAD4介導(dǎo)的染色質(zhì)環(huán)化調(diào)控TPM1轉(zhuǎn)錄
(5)TPM1來(lái)源的RNA轉(zhuǎn)錄本促進(jìn)肌肉生成并增強(qiáng)骨骼肌再生
為驗(yàn)證TPM1轉(zhuǎn)錄本的功能,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了物種特異性過(guò)表達(dá)實(shí)驗(yàn):在小鼠C2C12細(xì)胞中過(guò)表達(dá)線性TPM1 mRNA,在牛MuSCs中過(guò)表達(dá)CircTPM1。結(jié)果顯示兩種轉(zhuǎn)錄本均顯著促進(jìn)多核肌管生成,提高M(jìn)yOD1和MyHC蛋白水平,并增加融合指數(shù)(圖5A-H)。值得注意的是,CircTPM1在小鼠C2C12細(xì)胞中同樣具有促分化功能(圖5I-L),提示其機(jī)制跨物種保守。
RT-DC檢測(cè)顯示,過(guò)表達(dá)TPM1或CircTPM1的細(xì)胞變形性顯著降低,表明細(xì)胞剛度和彈性模量增加(圖5M-N),證實(shí)這些轉(zhuǎn)錄本通過(guò)機(jī)械力學(xué)信號(hào)中發(fā)揮作用。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,CTX損傷后注射CircTPM1質(zhì)?娠@著提高TA肌重量/長(zhǎng)度比,減少血腫形成,增加肌纖維密度和橫截面積,提高再生肌纖維比例(圖5O-T)。免疫熒光顯示eMyHC+細(xì)胞增多(圖5U),且內(nèi)源性小鼠TPM1 mRNA水平也顯著上調(diào)(圖5V)。這些結(jié)果證實(shí)TPM1來(lái)源的轉(zhuǎn)錄本通過(guò)增強(qiáng)細(xì)胞機(jī)械力學(xué)特性和肌肉生成程序促進(jìn)組織修復(fù)。

圖5:TPM1來(lái)源的RNA轉(zhuǎn)錄本促進(jìn)肌肉生成與骨骼肌再生
(6)TPM1來(lái)源的轉(zhuǎn)錄本通過(guò)PI3K/AKT信號(hào)通路促進(jìn)肌肉發(fā)育
研究進(jìn)一步探究了下游信號(hào)通路。生物信息學(xué)分析和分子對(duì)接模擬提示TPM1與PI3K/AKT通路相關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),過(guò)表達(dá)TPM1(小鼠)或CircTPM1(牛)可顯著上調(diào)NKX2.2及PI3K/AKT通路組分的蛋白水平(圖6A-C、G-H)。Co-IP提示NKX2.2與PI3K存在互作(圖6D)。反之,敲除TPM1_SE則抑制該通路(圖6E-F、S-T)。
具體而言,CircTPM1作為ceRNA(競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA)吸附bta-miR-22-5p,解除對(duì)NKX2.2抑制。雙熒光素酶報(bào)告基因證實(shí)CircTPM1與bta-miR-22-5p直接結(jié)合(圖6I),ChIRP-qPCR和FISH證實(shí)二者在細(xì)胞質(zhì)中共定位(圖6J-K)。過(guò)表達(dá)bta-miR-22-5p抑制NKX2.2,而CircTPM1可挽救此效應(yīng)(圖6L)。NKX2.2過(guò)表達(dá)激活PI3K/AKT并促進(jìn)分化(圖6M-R),而bCRE_9敲除降低NKX2.2和PI3K/AKT(圖6S-T)。
重要的是,PI3K/AKT通路激活不僅促進(jìn)肌管生成,還顯著增加細(xì)胞剛度(圖6W-X),而抑制該通路則導(dǎo)致細(xì)胞變軟。上述研究結(jié)果闡明了TPM1_SE下游轉(zhuǎn)錄本通過(guò)激活經(jīng)典且對(duì)機(jī)械力敏感的PI3K/AKT通路以調(diào)控肌肉生成與細(xì)胞骨架重構(gòu)的分子路徑。

圖6:TPM1來(lái)源的RNA轉(zhuǎn)錄本通過(guò)PI3K/AKT信號(hào)通路促進(jìn)肌肉發(fā)育。
(7)CircTPM1通過(guò)結(jié)合MYH10激活MYL3表達(dá)以促進(jìn)肌肉生成
除ceRNA機(jī)制外,研究還發(fā)現(xiàn)CircTPM1作為RNA結(jié)合蛋白(RBP)“海綿”的新功能。通過(guò)RIP-qPCR和FISH實(shí)驗(yàn),證實(shí)CircTPM1與非肌肉肌球蛋白IIB(MYH10) 直接結(jié)合并共定位(圖7B、C、G)。過(guò)表達(dá)CircTPM1能上調(diào)MYH10的表達(dá)(圖7D-F)。進(jìn)一步的Co-IP結(jié)合質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn),MYH10與肌球蛋白輕鏈3(MYL3) 存在互作(圖7H-I)。
具體而言,MYL3表達(dá)在分化時(shí)上調(diào),且能被CircTPM1過(guò)表達(dá)進(jìn)一步促進(jìn)(圖7J-L);過(guò)表達(dá)MYL3本身即可有效促進(jìn)肌管生成(圖7M-P)。敲除TPM1_SE則降低MYH10和MYL3表達(dá)(圖7Q-R)。上述研究結(jié)果證實(shí)TPM1_SE通過(guò)CircTPM1-MYH10/MYL3軸調(diào)控肌球蛋白組裝和細(xì)胞骨架重構(gòu)。

圖7:CircTPM1通過(guò)直接結(jié)合MYH10并上調(diào)MYL3表達(dá)以促進(jìn)肌肉生成。
結(jié)論和啟示
本研究通過(guò)ChIP-seq、ATAC-seq、circRNA-seq多組學(xué)聯(lián)合分析揭示了TPM1超級(jí)增強(qiáng)子(TPM1_SE)作為進(jìn)化保守的、整合表觀遺傳與細(xì)胞機(jī)械力學(xué)的核心紐帶,主要通過(guò)TEAD4介導(dǎo)的染色質(zhì)環(huán)化,調(diào)控TPM1位點(diǎn)產(chǎn)生物種特異性轉(zhuǎn)錄本(mRNA/CircTPM1),進(jìn)而激活PI3K/AKT信號(hào)通路和MYH10/MYL3軸,最終促進(jìn)細(xì)胞骨架重構(gòu)和骨骼肌再生。
ChIP-seq與ATAC-seq在本研究中的核心作用
- SE鑒定與定位:ChIP-seq(H3K27ac/H3K4me1)繪制了全基因組SE圖譜,在三個(gè)物種中同步鑒定TPM1_SE,并確定其由26個(gè)CREs組成的核心結(jié)構(gòu)。
- 染色質(zhì)可及性狀態(tài):ATAC-seq揭示了GM到DM轉(zhuǎn)換過(guò)程中的染色質(zhì)開(kāi)放區(qū)域變化,幫助定位bCRE_9和mCRE_26等關(guān)鍵調(diào)控元件,并為3C實(shí)驗(yàn)的引物設(shè)計(jì)提供精確限制性酶切位點(diǎn)信息。
- 轉(zhuǎn)錄因子預(yù)測(cè):ATAC-seq數(shù)據(jù)的motif分析成功預(yù)測(cè)了TEAD4作為關(guān)鍵調(diào)控因子,為后續(xù)的機(jī)制研究指明方向。
- 跨物種比較:通過(guò)比對(duì)牛、人、小鼠的ChIP-seq數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)了TPM1_SE的進(jìn)化保守性,為其功能重要性提供了進(jìn)化生物學(xué)證據(jù)。
參考文獻(xiàn):
Zhang R,…et al, Yang S, Deng Y, Wei Y. The Evolutionarily Conserved TPM1 Super-Enhancer Drives Skeletal Muscle Regeneration via Mechanotransduction Signaling. Adv Sci (Weinh). 2025 Nov 16:e14271. doi: 10.1002/advs.202514271.