心肌素; MYOCD
MYCD
HGNC 批准的基因符号：MYOCD
细胞遗传学定位：17p12 基因组坐标（GRCh38）：17:12,665,890-12,768,949（来自 NCBI）
▼ 说明
心肌素是一种平滑肌和心肌特异性的血清反应因子转录共激活剂。当心肌素在非肌肉细胞中异位表达时，它可以通过与血清反应因子（SRF；SRF；600589）（王等，2001；王等，2003）。
▼ 克隆与表达
Wang等人（2001）利用基于生物信息学的心脏特异性基因筛选，鉴定出一种高效的鼠转录因子——心肌素，它在心脏和平滑肌细胞中表达。他们鉴定了代表小鼠心肌素的人类同源物的基因组序列。心肌素蛋白由 807 个氨基酸组成，属于核蛋白 SAP（SAFA（602869）/SAFB（602895）、腺泡（604562）和 PIAS（见 603566））结构域家族，调节染色质重塑和转录。心肌素通过与 SRF 结合来激活心肌启动子。爪蟾胚胎中心肌素显性失活突变体的表达干扰心肌细胞分化。作者得出结论，心肌素是一类肌肉转录因子的创始成员，并提供了一种机制，SRF 可以通过该机制将生肌活性传递给心肌基因。
Yoshida et al.（2003）通过RT-PCR分析确定，小鼠心肌素在许多含有平滑肌的组织中表达，包括主动脉、膀胱、胃、肠、结肠以及心脏。心肌素在小鼠脑、肝脏和骨骼肌中不表达。
Du等（2003）通过Northern印迹分析，在许多含有血管和内脏平滑肌细胞（SMCs）的组织中检测到人和鼠心肌素的表达，其水平至少与特定心脏区域中观察到的水平相当。发育中小鼠胚胎的原位杂交表明，心肌素在 SMC 中以精确的、发育调控的模式大量表达。
Creemers et al.（2006）鉴定了小鼠心肌素的2个剪接变体，其具有不同的5-prime末端。编码全长 935 个氨基酸的蛋白质的变体从外显子 1 中的 ATG 密码子开始转录。另一种变体包括外显子 2 和 3 之间的外显子 2a，编码 N 端截短的 856 个氨基酸蛋白质，该蛋白质被翻译来自外显子 4 内的 ATG 密码子。截短的蛋白质包含 SRF 相互作用和转录激活所需的结构域，但缺少 N 端 MEF2（参见 600662）相互作用序列。RT-PCR分析表明，缺乏外显子2a的心肌素转录本在心脏中表达，而含有外显子2a的转录本在平滑肌中表达。
Imamura等（2010）利用RT-PCR分析检测了大鼠心脏和富含SMC的组织中Myocd mRNA的表达，其中心脏中表达量最高，其次是主动脉和膀胱。Myocd mRNA 在大鼠 SMC 缺乏的组织中不表达。常规和定量 RT-PCR 显示 4 个选择性剪接的 MYOCD 变体在小鼠、大鼠和人体组织中保守表达：2 个心脏型 MYOCD 变体和 2 个 SMC 型 MYOCD 变体。
▼ 基因结构
Creemers et al.（2006）确定小鼠心肌素基因含有14个外显子。另一个外显子，外显子 2a，被剪接到平滑肌心肌蛋白转录物中。
Imamura等人（2010）指出，MYOCD基因至少含有15个外显子，其中包括选择性剪接的外显子2a和10a。
▼ 测绘
Wang et al.（2001）鉴定了代表人类心肌素的染色体17的基因组序列（GenBank AC005358）。
▼ 基因功能
事实上，所有平滑肌基因在其控制区域都含有 2 个或更多 SRF 必需结合位点。由于 SRF 在多种细胞类型中表达，因此它本身不能解释平滑肌特异性基因表达。Wang et al.（2003）表明心肌素可以通过与SRF的结合激活多种非肌肉细胞类型中的平滑肌基因表达。他们发现心肌素的同二聚化是最大转录活性所必需的，并提供了一种通过结合不同 SRF 结合位点的 SRF-心肌素复合物协同激活平滑肌基因的机制。这些发现确定心肌素是平滑肌基因表达的主要调节因子，并解释了 SRF 如何将平滑肌特异性传递给其靶基因。
平滑肌细胞响应细胞外信号在分化和增殖表型之间切换。SRF 通过招募肌肉限制性辅助因子（例如转录共激活因子心肌素）和 ETS 结构域家族的三元复合因子（TCF）来激活参与平滑肌分化和增殖的基因。Wang et al.（2004）表明，生长信号通过ELK1（311040）触发SRF中的心肌素来抑制平滑肌基因，ELK1（311040）是一种充当生肌抑制因子的TCF。心肌素和 ELK1 对平滑肌基因表达的相反影响是由结构相关的 SRF 结合基序介导的，这些基序竞争 SRF 上的共同对接位点。突变的平滑肌启动子保留了对心肌素和 SRF 的反应性，但 TCF 结合有缺陷，在胚胎心脏中定向异位转录，证明了 TCF 在抑制体内平滑肌基因表达中的作用。Wang et al.（2004）得出结论，生长和发育信号通过调节SRF与拮抗辅助因子的关联来调节平滑肌基因表达。
Du等（2003）发现COS-7细胞中心肌素的强制表达引起多个SMC特异性转录调控元件的反式激活。在 Srf -/- 胚胎干细胞中未观察到心肌素诱导的反式激活，但可以通过 Srf 或 Srf DNA 结合域的强制表达来挽救。显性失活心肌素突变蛋白的表达或小干扰RNA诱导的心肌素敲低显着降低了Sm22-α（TAGLN；600818）SMC中的启动子活性。相反，心肌素的强制表达激活了Sm22-α、平滑肌α-肌动蛋白（ACTC；102540）、钙调蛋白-H1（CNN1；600806）未分化的胚胎干细胞。Du et al.（2003）得出结论，心肌素在调节SMC发育和分化的SRF依赖性转录程序中发挥着重要作用。
Liu et al.（2005）发现Foxo4（MLLT7；300033）通过与心肌素相互作用并抑制其活性来抑制几种啮齿动物SMC系中的SMC分化。PI3K（见 601232）/Akt（见 164730）信号传导至少部分通过刺激 Foxo4 的核输出从而释放心肌素的抑制影响来促进 SMC 分化。因此，通过小干扰RNA减少SMC中Foxo4的表达可增强心肌素活性和SMC分化。Liu et al.（2005）得出结论，FOXO4与心肌素的信号依赖性相互作用将细胞外信号与SMC分化的转录程序结合起来。
Creemers等人（2006）通过突变分析表明，全长心肌蛋白亚型的N末端介导CArG框的Mef2依赖性转录。N 末端截短的平滑肌心肌蛋白亚型中不存在 Mef2 相互作用区域。两种亚型均激活 SRF 依赖性报告基因；SRF 活性的刺激需要碱性区域和富含谷氨酰胺的区域以及 C 端转录激活结构域。
Li等（2007）发现SRC3（NCOA3；601937）是心肌素的共激活剂。体外和体内研究表明，SRC3的N端结合心肌素的C端激活结构域，增强心肌素介导的血管平滑肌细胞特异性基因的转录激活。这种相互作用确定了核激素受体介导的和平滑肌细胞特异性基因调节的聚合位点，表明雌激素对血管损伤的血管保护作用的可能机制。
Long等人（2007）利用小鼠谱系追踪研究表明，Myocd在体节的骨骼肌祖细胞中短暂表达，并且大多数骨骼肌源自表达Myocd的细胞谱系。然而，Myocd 并不是激活骨骼肌特异性基因，而是充当 Myog（159980）的转录抑制子，从而抑制骨骼肌分化，同时激活平滑肌细胞特异性基因。Myocd的阻遏功能很复杂，涉及Hdac5（605315）对Myog启动子的沉默以及Myocd与Myod（159970）的相互作用，从而破坏了Myod DNA结合和转录活性。Long 等人（2007）得出结论，MYOCD 充当平滑肌与骨骼肌表型的双功能分子开关。
Bell等人（2009）在从AD（104300）合并CAA（605714）患者分离的血管平滑肌细胞（VSMC）中发现，与对照组相比，β-淀粉样蛋白（104760）沉积与SRF和心肌素表达增加之间存在关联。进一步的研究表明，MYOCD 通过反式激活 SREBP2（600481）上调 SRF 并产生 β-淀粉样蛋白非清除表型，从而下调关键 β-淀粉样蛋白清除受体 LRP1（107770）。SRF 沉默导致 β-淀粉样蛋白清除率增加。缺氧刺激人脑 VSMC 和 AD 动物模型中的 SRF/MYOCD 表达。Bell et al.（2009）提出SRF和MYOCD作为转录开关发挥作用，控制β-淀粉样蛋白脑血管清除和AD的进展。
▼ 分子遗传学
先天性巨膀胱
3个家庭的7名男性患有先天性巨膀胱（MGBL；618719），Houweling et al.（2019）鉴定出MYOCD基因杂合突变（606127.0001-606127.0003）。女性携带者不受影响。作者还报告了一名有产前巨膀胱病史的妇女（A 族），她在 32 岁时接受心脏评估，发现患有致密化不全性心肌病、主动脉根部扩张和多种先天性心脏缺陷。在该家庭中，一名终止妊娠的男性胎儿在产前被诊断出患有大膀胱和室间隔缺损。两个同胞都是错义（E530G）和移码（c.684dupC；MYOCD基因Ser229GlnfsTer17）突变；他们未受影响的母亲和父亲分别是错义突变和移码突变的杂合子。男性胎儿尸检显示“李子腹”综合征，组织学显示膀胱平滑肌束紊乱，肾脏肾小球囊肿。后肠缺乏本应存在的纵向 SM 层，但小肠有 2 个正常的 SM 层，肺动脉 SM 看起来正常。
关联待确认
Kontaraki et al.（2008）研究了 36 名克里特岛肥厚型心肌病患者（参见 CMH, 192600）和 48 名年龄和性别匹配的对照者的 MYOCD 基因多态性，并鉴定了启动子区域的 2 个多态性，-435T/C（rs758187） ）和-629A/T，接近完全连锁不平衡，与 CMH 患者左心室壁厚度和左心室质量减少相关。-435C;-629T启动子等位基因的携带者外周血中心肌素mRNA水平显着低于野生型纯合子。Kontaraki等（2008）得出结论，心肌素启动子变异可能是导致心肌肥厚个体差异的遗传因素。
Alazami等人（2015）对143个近亲家庭进行了全外显子组测序，进行了多重神经遗传学诊断，并且通过自合性作图未识别出候选基因。他们研究了一个近亲家庭（13DG1549），其中一名 6 岁女孩在幼儿期表现出言语迟缓，并在 16 个月大时开始行走，但此后粗大运动发育和语言能力出现退化。5 岁时，她因类似流感的发热性疾病而出现持续性癫痫发作，5.5 岁时，她无法在没有支撑的情况下行走，也无法形成两个单词的短语。脑MRI显示双侧卵圆中心白质存在多个小高信号区，早期有脱髓鞘改变。她有一个言语迟缓的妹妹。作者检测到 MYOCD 基因（c.1252A-G、I418V、NM_001146312）中存在一个在该家族中分离的错义变异的纯合性。没有功能研究的报道。
▼ 动物模型
Li等人（2003）报道，大多数心肌素功能丧失突变纯合子胚胎在胚胎第10.5天死亡，并且没有显示血管平滑肌细胞分化的证据。心肌素是唯一已知对于血管平滑肌细胞分化是必要且充分的转录因子。
Huang et al.（2008）选择性地去除小鼠神经嵴中的Myocd基因。突变小鼠以预期的孟德尔比率出生，但它们在出生后第 3 天之前死于动脉导管未闭。突变幼崽在编码 SMC 收缩蛋白的 Myocd 调节基因表达上表现出缺陷。Huang等（2008）得出结论，MYOCD在大动脉中神经嵴来源的SMC的分化以及收缩性SMC表型的维持中发挥着关键作用。
Huang et al.（2009）发现，心脏限制性缺失Myocd的小鼠会出现扩张型心肌病，心肌细胞结构组织被破坏，并且存活时间不能超过1年。Myocd 以细胞自主方式发挥作用，是出生后发育过程中维持心脏收缩功能和心肌细胞结构组织所必需的。Myocd 的细胞自主丢失引发细胞凋亡，导致心肌细胞丢失。
Houweling 等人（2019）研究了复合杂合小鼠，其删除了 Myocd 基因亮氨酸拉链内的关键残基和无效等位基因。突变小鼠的膀胱严重扩张，膀胱壁平滑肌很少或没有。在突变膀胱中，与野生型相比，几个 Myocd 靶基因的转录水平减弱。作者生成了染色体 11 上易位的复合杂合子小鼠，该易位涉及假定的上游 Myocd 增强子和无效 Myocd 等位基因（指定为“mgb/-”），并在突变小鼠中观察到了巨膀胱。mgb/- 突变体还具有动脉导管未闭，这在仅具有 1 个突变等位基因的 Myocd +/- 小鼠中未见。作者指出，尽管 mgb/- 突变体的膀胱中 Myocd 靶基因的水平严重降低，但其主动脉和心脏的靶转录物水平与对照组相似。对各种 Myocd 突变体的分析表明，膀胱中 Myocd mRNA 减少 70% 至 80% 足以在小鼠中产生巨膀胱。作者得出结论，MYOCD 在膀胱壁的正常发育中发挥着独特的作用。
▼ 等位基因变异体（3个精选例子）：
.0001 先天性巨膀胱
MYOCD、ARG115TER
来自一个4代大家庭（家庭B）的3名患病兄弟患有男性局限性先天性巨膀胱（MGBL；618719），Houweling et al.（2019）鉴定了 MYOCD 基因中 c.343C-T 转变的杂合性，导致 RPEL 结构域内的 arg115 到 ter（R115X）的取代。这种突变也存在于他们未受影响的母亲、外祖母、姨婆以及一名健康的姐妹身上。外祖母报告在妊娠晚期出现不明原因的男性死产，她有4个兄弟因巨膀胱而在产前死亡。蛋白质印迹分析表明，R115X 突变产生了截短的蛋白质。对瞬时转染的小鼠成纤维细胞的分析表明，与野生型 MYOCD 相比，R115X 突变体没有激活 Tagln（600818）-荧光素酶报告基因，定量 PCR 表明平滑肌转录物（Tagln; Myh11，160745；央视1号600806；Mylk, 600922）与突变体与野生型 MYOCD 相比。
.0002 先天性巨膀胱
MYOCD、1-BP DEL、NT1053
4代家族（家族D）的3名受影响男性中分离出男性局限性先天性巨膀胱（MGBL；618719），Houweling et al.（2019）鉴定了 1 bp 缺失的杂合性，指定为 c.1053_1054del，导致移码和提前终止密码子（Asn351LysTer19）。该突变存在于未受影响的姐妹以及其中一名患者的未受影响的父亲中，表明外显率不完全。
.0003 先天性巨膀胱
MYOCD、420 KB DEL、EX1-2DEL
患有先天性巨膀胱（MGBL；618719），Houweling et al.（2019）鉴定了包含 MYOCD 基因外显子 1 和 2 的从头 420 kb 缺失（chr17.12,172,568-12,609,597, GRCh37）的杂合性。
