ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЭКСПРЕССИЯ мРНК ТИТИНА И ОБСКУРИНА В ПОПЕРЕЧНО-ПОЛОСАТЫХ МЫШЦАХ ДЛИННОХВОСТОГО СУСЛИКА UROCITELLUS UNDULATUS
PDF

Ключевые слова

Urocitellus undulatus
гибернация
m. longissimus dorsi
сердечная мышца
титин
обскурин
дифференциальная экспрессия генов

Аннотация

Методом ОТ-ПЦР в реальном времени проведено исследование сезонных изменений содержания мРНК гигантских белков саркомерного цитоскелета титина и обскурина в скелетной мышце m. longissimus dorsi и левом желудочке сердца длиннохвостого суслика Urocitellus undulatus. Эксперименты проводились на животных следующих экспериментальных групп: «летняя активность», «осенняя активность», «гипотермия» (спячка) и «зимняя активность»; n=5 для каждой группы. В сердечной мышце сусликов группы «гипотермия» обнаружено уменьшение (на 28%, р<0.01) содержания мРНК титина; в трёх других группах статистически значимых различий в этом параметре не выявлено. В m. longissimus dorsi сусликов из групп «гипотермия» и «зимняя активность» наблюдалось увеличение в 2.9 раза (р<0.01) и в 3.6 раза (р<0.01) соответственно содержания мРНК титина при отсутствии статистически значимых различий в этом параметре между группами «летняя активность» и «осенняя активность». Содержание мРНК обскурина было повышено в 3.4-3.6 раз (р<0.01) в сердечной мышце сусликов из групп «осенняя активность», «гипотермия», «зимняя активность» и в 3.0 и 3.6 раза (р<0.01) в скелетной мышце сусликов из групп «гипотермия» и «зимняя активность», соответственно. Таким образом, впервые получены данные о дифференциальной экспрессии мРНК титина и обскурина, указывающие на сопряженные изменения этих белков в мышцах длиннохвостого суслика в период гибернации. Полученные результаты обсуждаются в контексте адаптации поперечнополосатых мышц длиннохвостого суслика к условиям зимней спячки.

https://doi.org/10.31857/S0044452922050047
PDF

Литература

Brauch KM, Dhruv ND, Hanse EA, Andrews MT (2005) Digital transcriptome analysis indicates adaptive mechanisms in the heart of a hibernating mammal. Physiol Genomics 23(2):227–234. https://doi.org/10.1152/physiolgenomics.00076.2005

Williams DR, Epperson LE, Li W, Hughes MA, Taylor R, Rogers J, Martin SL, Cossins AR, Gracey AY (2005) Seasonally hibernating phenotype assessed through transcript screening. Physiol Genomics 24(1):13–22. https://doi.org/10.1152/physiolgenomics.00301.2004

Yan J, Barnes BM, Kohl F, Marr TG (2008) Modulation of gene expression in hibernating arctic ground squirrels. Physiol Genomics 32(2):170–181. https://doi.org/10.1152/physiolgenomics.00075.2007

Hampton M, Melvin RG, Kendall AH, Kirkpatrick BR, Peterson N, Andrews MT (2011) Deep sequencing the transcriptome reveals seasonal adaptive mechanisms in a hibernating mammal. PLoS One 6(10):e27021. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0027021

Vermillion KL, Anderson KJ, Hampton M, Andrews MT (2015) Gene expression changes controlling distinct adaptations in the heart and skeletal muscle of a hibernating mammal. Physiol Genomics 47(3):58–74. https://doi.org/10.1152/physiolgenomics.00108.2014

Bogren LK, Grabek KR, Barsh GS, Martin SL (2017) Comparative tissue transcriptomics highlights dynamic differences among tissues but conserved metabolic transcript prioritization in preparation for arousal from torpor. J Comp Physiol B 187:735–748. https://doi.org/10.1007/s00360-017-1073-x

Chang H, Jiang S, Ma X, Peng X, Zhang J, Wang Z, Xu S, Wang H, Gao Y (2018) Proteomic analysis reveals the distinct energy and protein metabolism characteristics involved in myofiber type conversion and resistance of atrophy in the extensor digitorum longus muscle of hibernating Daurian ground squirrels. Comp Biochem Physiol Part D: Genomics Proteomics 26:20–31. https://doi.org/10.1016/j.cbd.2018.02.002

Andrews MT (2019) Molecular interactions underpinning the phenotype of hibernation in mammals. J Exp Biol 222(2):jeb160606. https://doi.org/10.1242/jeb.160606

Vikhlyantsev IM, Karaduleva EV., Podlubnaya ZA (2008) Seasonal changes in the composition of titin isoforms in muscles of hibernating ground squirrels. Biophysics 53:598–603. https://doi.org/10.1134/S0006350908060249

Salmov NN, Vikhlyantsev IM, Ulanova AD, Gritsyna YV, Bobylev AG, Saveljev AP, Makariushchenko VV, Maksudov GY, Podlubnaya ZA (2015) Seasonal changes in isoform composition of giant proteins of thick and thin filaments and titin (connectin) phosphorylation level in striated muscles of bears (Ursidae, Mammalia). Biochemistry (Mosc) 80(3):343–355. https://doi.org/10.1134/S0006297915030098

Salmov NN, Gritsyna YV. Ulanova AD. Vikhlyantsev IM, Podlubnaya ZA (2015) On the role of titin phosphorylation in the development of muscular atrophy. Biophysics 60:684–686. https://doi.org/10.1134/S0006350915040193

Popova S, Ulanova A, Gritsyna Y, Salmov N, Rogachevsky V, Mikhailova G, Bobylev A, Bobyleva L, Yutskevich Y, Morenkov O, Zakharova N, Vikhlyantsev I (2020) Predominant synthesis of giant myofibrillar proteins in striated muscles of the long-tailed ground squirrel Urocitellus undulatus during interbout arousal. Sci Rep 10(1):15185. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72127-y

Popova SS, Yurshenas DA, Mikhailova GZ, Bobyleva LG, Salmov NN, Tyapkina OV, Nurullin LF, Gazizova GR, Nigmetzyanov IR, Gusev OA, Zakharova NM, Vikhlyantsev IM (2021) Stable Level of Giant Sarcomeric Cytoskeletal Proteins in Striated Muscles of the Edible Dormouse Glis glis during Hibernation. J Evol Biochem Phys 57:886–895. https://doi.org/10.1134/S0022093021040128

Vikhlyantsev IM, Podlubnaya ZA (2012) New titin (connectin) isoforms and their functional role in striated muscles of mammals: facts and suppositions. Biochemistry (Mosc) 77(13):1515–1535. https://doi.org/10.1134/S0006297912130093

Loescher CM, Hobbach AJ, Linke WA (2021) Titin (TTN): from molecule to modifications, mechanics and medical significance. Cardiovasc Res cvab328 https://doi.org/10.1093/cvr/cvab328.

Knight JE, Narus EN, Martin SL, Jacobson A, Barnes BM, Boyer BB (2000) mRNA stability and polysome loss in hibernating Arctic ground squirrels (Spermophilus parryii). Mol Cell Biol 20(17):6374–6379. https://doi.org/10.1128/MCB.20.17.6374-6379.2000

Grabek KR, Diniz Behn C, Barsh GS, Hesselberth JR, Martin SL (2015) Enhanced stability and polyadenylation of select mRNAs support rapid thermogenesis in the brown fat of a hibernator. eLife 4:e04517. https://doi.org/10.7554/eLife.04517

van Breukelen F, Martin SL (2002) Reversible depression of transcription during hibernation. J Comp Physiol B 172(5):355–361. https://doi.org/10.1007/s00360-002-0256-1

Kontrogianni-Konstantopoulos A, Ackermann MA, Bowman AL, Yap SV, Bloch RJ (2009) Muscle giants: molecular scaffolds in sarcomerogenesis. Physiol Rev 89(4):1217–1267. https://doi.org/10.1152/physrev.00017.2009

Manring HR, Carter OA, Ackermann MA (2017) Obscure functions: the location-function relationship of obscurins. Biophys Rev 9(3):245–258. https://doi.org/10.1007/s12551-017-0254-x

Захарова Н (2014). Некоторые особенности разогрева гибернирующих сусликов Spermophilus undulatus при вызванном пробуждении. Фундамент исслед 6:1401–1405. [Zakharova NM (2014) Some features of body warming at provoked awakening of hibernating ground squirrels Spermophilus undulatus. Fundament issled 6:1401–1405. (In Russ)]. https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34350

Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method Methods 25(4):402–408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262

Cotton CJ (2016) Skeletal muscle mass and composition during mammalian hibernation. J Exp Biol 219(2):226–234. https://doi.org/10.1242/jeb.125401

Lazareva MV, Trapeznikova KO, Vikhliantsev IM, Bobylev AG, Klimov AA, Podlubnaia ZA (2012) Seasonal changes in the isoform composition of the myosin heavy chains in skeletal muscles of hibernating ground squirrels Spermophilus undulatus. Biophysics 57:764–768. https://doi.org/10.1134/S0006350912060085

Morin P Jr, Storey KB (2009) Mammalian hibernation: differential gene expression and novel application of epigenetic controls. Int J Dev Biol 53(2-3):433–442. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19412897/

Benian GM, Mayans O (2015) Titin and obscurin: giants holding hands and discovery of a new Ig domain subset. J Mol Biol 427(4):707–714. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2014.12.017

Ackermann MA, Shriver M, Perry NA, Hu LY, Kontrogianni-Konstantopoulos A (2014) Obscurins: Goliaths and Davids take over non-muscle tissues. PLoS One 9(2):e88162. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0190842

Young P, Ehler E, Gautel M (2001) Obscurin, a giant sarcomeric Rho guanine nucleotide exchange factor protein involved in sarcomere assembly. J Cell Biol 154(1):123–136. https://doi.org/10.1083/jcb.200102110

Bang ML, Centner T, Fornoff F, Geach AJ, Gotthardt M, McNabb M, Witt CC, Labeit D, Gregorio CC, Granzier H, Labeit S (2001) The complete gene sequence of titin, expression of an unusual approximately 700-kDa titin isoform, and its interaction with obscurin identify a novel Z-line to I-band linking system. Circ Res 89(11):1065–10672. https://doi.org/10.1161/hh2301.100981

Bowman AL, Catino DH, Strong JC, Randall WR, Kontrogianni-Konstantopoulos A, Bloch RJ (2008) The rho-guanine nucleotide exchange factor domain of obscurin regulates assembly of titin at the Z-disk through interactions with Ran binding protein 9. Mol Biol Cell 19(9):3782–3792. https://doi.org/10.1091/mbc.e08-03-0237

Bagnato P, Barone V, Giacomello E, Rossi D, Sorrentino V (2003) Binding of an ankyrin-1 isoform to obscurin suggests a molecular link between the sarcoplasmic reticulum and myofibrils in striated muscles. J Cell Biol 160(2):245–253. https://doi.org/10.1083/jcb.200208109

Kontrogianni-Konstantopoulos A, Jones EM, Van Rossum DB, Bloch RJ (2003) Obscurin is a ligand for small ankyrin 1 in skeletal muscle. Mol Biol Cell 14(3):1138–1148. https://doi.org/10.1091/mbc.e02-07-0411

Randazzo D, Giacomello E, Lorenzini S, Rossi D, Pierantozzi E, Blaauw B, Reggiani C, Lange S, Peter AK, Chen J, Sorrentino V (2013) Obscurin is required for ankyrinB-dependent dystrophin localization and sarcolemma integrity. J Cell Biol 200(4):523–536. https://doi.org/10.1083/jcb.201205118

Chopard A, Arrighi N, Carnino A, Marini JF (2005) Changes in dysferlin, proteins from dystrophin glycoprotein complex, costameres, and cytoskeleton in human soleus and vastus lateralis muscles after a long-term bedrest with or without exercise. FASEB J 19(12):1722–1724. https://doi.org/10.1096/fj.04-3336fje