Gender difference in the skeletal muscle ageing and regulation of myosin heavy chain expression by TIS21 gene in the C57BL/6J mice

Abstract

There are evidences TIS21/BTG2/PC3, an antiproliferative gene, is essential for multiple biological functions such as cell proliferation, growth, differentiation, senescence and cell death. However, no study has been found that examined its role in muscle function and maintenance. In this study, we investigated whether TIS21 has any role in the regulation of muscle protein, myosin heavy chain (MyHCs), expression in gastrocnemius (GA) skeletal muscle of male and female mice along with their ageing process. Firstly, we measured specific changes of GA muscle and body weight and their ratio at different age of C57BL/6J male and female mice. The absolute muscle and body weight were significantly higher in the TIS21-knock out (KO) young (12 wk) and mid-old (38 wk) male mice as compared with TIS21-wild type (WT). However, there was no significant change in the muscle and body weight and their ratio between the TIS21 WT and TIS21 KO female mice. Secondly, our immunoblot data revealed that KO of TIS21 gene results significant reduction of MyHCs protein expression in GA of mid-old (34 wk-38 wk) female mice. The reduction was also significant in the old female mice (19 months). However, TIS21 KO male mice did not show that kind of significant decline in MyHCs protein expression compared to its WT in ageing response. Furthermore, analysis of mRNA expression by Real-time PCR showed that the transcription of MyHC2a and MyHC2b (type II fiber isoforms) significantly downregulated in the old TIS21 KO-female mice (19 months) rather than old male mice (24 months) compared to its WT. Finally, transient transfection including TIS21 overexpression into C2C12 cells following luciferase assay demonstrates that TIS21 might regulate the expression of MyHCs from their promoter level. Overall, our data implicate a potential role of TIS21 in MyHCs expression, where TIS21 controls the transcriptional level in female mice.

TIS21/BTG2/PC3 은 antiproliferative gene 으로써 세포분열, 성장, 분화, 노화 및 세포사멸과 같은 여러 생물학적 현상에 중요한 역할을 담당한다. 그러나 TIS21 이 근육의 기능과 보존과 관련하여 어떤 역할을 하는지는 연구가 되어 있지 않았다. 이번 연구를 통해, TIS21 이 노화가 진행될 때 암수 생쥐에서 장딴지근(gastrocneimus, GA)에서의 근단백질 myosin heavy chain (MyHCs)의 발현을 어떻게 조절하는지 알아보았다. 먼저, 여러 다른 나이의 C57BL/6J 생쥐의 암수 모두에서 몸무게에 대비한 장딴지근의 무게의 차이를 확인하였다. 어린 12 주와 나이든 38 주된 수컷 TIS21-knock out (KO) 쥐의 몸무게와 GA 근육의 절대 무게는 TIS21-wild type (WT)에 비해 유의하게 무거웠다. 그러나 암놈에서는 근육의 무게, 몸무게, 그리고 그 비율이 TIS21WT 과 TIS21KO 을 비교했을 때 크게 차이 나지 않았다. 둘째로, 나이든 34-38 주 암컷 TIS21KO 쥐에서 MyHCs 단백질이 유의하게 WT 에 비해 감소되어 있음을 immuoblot 을 통해 알 수 있었고, 이런 감소는 아주 늙은 19 달 된 암컷에서도 유의하였다. 그러나 수컷 TIS21KO 쥐에서는 WT 과 비교하여 MyHCs 단백질이 노화가 진행해도 감소하지 않았다. 또한, qRT-PCR 기법으로 mRNA 발현을 측정했을 때도 아주 늙은 19 달 암컷 TIS21KO 은 MyHC2a 와 MyHC2b (type II fiber isoforms)의 발현이 WT 에 비해 감소되어 있었고, 반면 아주 늙은 24 달 수컷 TIS21KO 에서는 WT 에 비해 차이가 없었다. 마지막으로, 일시적인 형질전환으로 TIS21 을 과발현 시킨 C2C12 세포에서 luciferase assay 를 통해 TIS21 이 MyHCs 의 발현을 promoter 수준에서 조절할 수 있다는 결과를 얻었다. 결론으로, 위 결과들을 통해 TIS21 이 MyHCs 의 발현을 조절하며, 특히 암컷 쥐에서는 전사 단계에서 조절함을 밝혔다.