MioD

MyoD , también conocida como proteína de determinación de mioblastos 1 , ^{[ 5 ]} es una proteína en animales que desempeña un papel importante en la regulación de la diferenciación muscular . MyoD, que fue descubierta en el laboratorio de Harold M. Weintraub , ^{[ 6 ]} pertenece a una familia de proteínas conocidas como factores reguladores miogénicos (MRF). ^{[ 7 ]} Estos factores de transcripción bHLH (hélice básica bucle hélice) actúan secuencialmente en la diferenciación miogénica. Los miembros de la familia MRF de vertebrados incluyen MyoD1, Myf5 , miogenina y MRF4 (Myf6). En animales no vertebrados , generalmente se encuentra una sola proteína MyoD.

MyoD es uno de los marcadores más tempranos del compromiso miogénico. MyoD se expresa en niveles extremadamente bajos y prácticamente indetectables en las células satélite quiescentes , pero su expresión se activa en respuesta al ejercicio o al daño del tejido muscular. El efecto de MyoD en las células satélite depende de la dosis; una alta expresión de MyoD reprime la renovación celular, promueve la diferenciación terminal y puede inducir la apoptosis. Aunque MyoD marca el compromiso mioblástico, el desarrollo muscular no se ve drásticamente afectado en ratones mutantes que carecen del gen MyoD. Esto probablemente se deba a la redundancia funcional de Myf5 y/o Mrf4. Sin embargo, la combinación de MyoD y Myf5 es vital para el éxito de la miogénesis . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

MyoD fue clonado mediante un ensayo funcional para la formación muscular reportado en Cell en 1987 por Davis, Weintraub y Lassar. Fue descrito por primera vez como una fosfoproteína nuclear en 1988 por Tapscott, Davis, Thayer, Cheng, Weintraub y Lassar en Science . Los investigadores expresaron el ADN complementario (ADNc) de la proteína MyoD murina en diferentes líneas celulares ( fibroblasto y adipoblasto ) y encontraron que MyoD las convertía en células miogénicas. ^{[ 6 ] [ 10 ]} Al año siguiente, el mismo equipo de investigación realizó varias pruebas para determinar tanto la estructura como la función de la proteína, confirmando su propuesta inicial de que el sitio activo de la proteína consistía en la hélice bucle hélice (ahora denominada hélice bucle hélice básica ) para la dimerización y un sitio básico aguas arriba de esta región bHLH facilitaba la unión al ADN solo una vez que se convertía en un dímero de proteína . ^{[ 11 ]} Desde entonces, MyoD ha sido un área activa de investigación, ya que todavía se sabe relativamente poco sobre muchos aspectos de su función.

La función de MyoD en el desarrollo consiste en diferenciar las células del mesodermo hacia el linaje de mioblastos esqueléticos y, posteriormente, regular dicho estado. MyoD también podría regular la reparación muscular. Se ha observado que los niveles de ARNm de MyoD se elevan en el músculo esquelético envejecido.

Una de las principales funciones de MyoD es interrumpir el ciclo celular (detener la proliferación y provocar la detención terminal del ciclo celular en miocitos diferenciados) mediante la potenciación de la transcripción de p21 y miogenina . MyoD es inhibida por las quinasas dependientes de ciclinas ( CDK ). A su vez, las CDK son inhibidas por p21. De este modo, MyoD potencia su propia actividad en la célula mediante un mecanismo de retroalimentación positiva.

La expresión sostenida de MyoD es necesaria para mantener la expresión de genes relacionados con el músculo. ^{[ 12 ]}

MyoD también es un importante efector para el fenotipo de fibra muscular de contracción rápida (tipos IIA, IIX y IIB). ^{[ 13 ] [ 14 ]}

MyoD es un factor de transcripción y también puede dirigir la remodelación de la cromatina mediante la unión a un motivo de ADN conocido como la caja E. Se sabe que MyoD tiene interacciones de unión con cientos de promotores de genes musculares y que permite la proliferación de mioblastos . Aunque no se comprende completamente, ahora se cree que MyoD funciona como un controlador principal de la miogénesis en una asociación de interruptor de encendido/apagado mediada por la fosforilación de KAP1 (proteína 1 asociada a KRAB [caja asociada tipo Krüppel]) . ^{[ 15 ]} KAP1 se localiza en genes relacionados con el músculo en mioblastos junto con MyoD y Mef2 (un factor potenciador de la transcripción de miocitos). Aquí, actúa como un andamio y recluta a los coactivadores p300 y LSD1 , además de varios correpresores que incluyen G9a y la histona deacetilasa HDAC1. La consecuencia de este reclutamiento de coactivadores/correpresores es el silenciamiento de las regiones promotoras en los genes musculares. Cuando la quinasa MSK1 fosforila KAP1, los correpresores previamente unidos al andamio se liberan, lo que permite que MyoD y Mef2 activen la transcripción. ^{[ 16 ]}

Una vez que el "controlador maestro" MyoD se ha activado, SETDB1 es necesario para mantener la expresión de MyoD dentro de la célula. Setdb1 parece ser necesario para mantener tanto la expresión de MyoD como los genes específicos de los tejidos musculares, ya que la reducción de la expresión de Setdb1 produce un retraso severo en la diferenciación y determinación de los mioblastos. ^{[ 17 ]} En mioblastos con deficiencia de Setdb1 tratados con MyoD exógeno, la diferenciación mioblástica se restablece con éxito. En un modelo de acción de Setdb1 sobre MyoD, Setdb1 reprime un inhibidor de MyoD. Este inhibidor no identificado probablemente actúa de forma competitiva contra MyoD durante la proliferación celular típica. La evidencia de este modelo es que la reducción de Setdb1 produce una inhibición directa de la diferenciación de los mioblastos, lo que podría deberse a la liberación del inhibidor desconocido de MyoD.

También se ha demostrado que MyoD funciona cooperativamente con el gen supresor de tumores , Retinoblastoma (pRb) para causar la detención del ciclo celular en los mioblastos terminalmente diferenciados. ^{[ 18 ]} Esto se hace a través de la regulación de la ciclina , Ciclina D1 . La detención del ciclo celular (en la que los mioblastos indicarían la conclusión de la miogénesis) depende de la represión continua y estable de la ciclina D1. Tanto MyoD como pRb son necesarios para la represión de la ciclina D1, pero en lugar de actuar directamente sobre la ciclina D1, actúan sobre Fra-1, que es inmediatamente anterior a la ciclina D1. MyoD y pRb son necesarios para reprimir Fra-1 (y por lo tanto la ciclina D1), ya que MyoD o pRb por sí solos no son suficientes para inducir la represión de la ciclina D1 y, por lo tanto, la detención del ciclo celular. En un potenciador intrónico de Fra-1 se descubrieron dos sitios de unión de MyoD conservados. Existe una acción cooperativa de MyoD y pRb en ​​el potenciador intrónico Fra-1 que suprime dicho potenciador, suprimiendo así la ciclina D1 y, en última instancia, provocando la detención del ciclo celular en mioblastos terminalmente diferenciados. ^{[ 19 ]}

Se ha demostrado que la señalización Wnt de los tejidos adyacentes induce a las células de los somitas que reciben estas señales Wnt a expresar Pax3 y Pax7 además de factores reguladores miogénicos , incluidos Myf5 y MyoD. Específicamente, Wnt3a puede inducir directamente la expresión de MyoD a través de interacciones de elementos cis con un potenciador distal y un elemento de respuesta Wnt . ^{[ 20 ]} Wnt1 del tubo neural dorsal y Wnt6/ Wnt7a del ectodermo superficial también se han implicado en la promoción de la miogénesis en el somita; estas últimas señales pueden actuar principalmente a través de Myod.

En los músculos adultos típicos en reposo (ausencia de estrés fisiológico), las proteínas específicas de la familia Wnt que se expresan son Wnt5a , Wnt5b, Wnt7a y Wnt4 . Cuando un músculo se lesiona (y requiere regeneración), la expresión de Wnt5a, Wnt5b y Wnt7a aumenta. A medida que el músculo se repara, también aumentan Wnt7b y Wnt3a. Este patrón de expresión de la señalización Wnt en la reparación de las células musculares induce la diferenciación de las células progenitoras, lo que reduce el número de células satélite disponibles. Wnt desempeña un papel crucial en la regulación de las células satélite, el envejecimiento del músculo esquelético y la regeneración. Se sabe que Wnt activa la expresión de Myf5 y MyoD mediante Wnt1 y Wnt7a. Wnt4, Wnt5 y Wnt6 aumentan la expresión de ambos factores reguladores, pero a un nivel más sutil. Además, MyoD aumenta la expresión de Wnt3a cuando los mioblastos se diferencian. Aún no se ha dilucidado si MyoD se activa mediante Wnt a través de la regulación cis directa o mediante vías fisiológicas indirectas. ^{[ 21 ]}

IFRD1 es un cofactor positivo de MyoD, ya que coopera con MyoD para inducir la actividad transcripcional de MEF2C (al desplazar a HDAC4 de MEF2C); además, IFRD1 también reprime la actividad transcripcional de NF-κB , que se sabe que inhibe la acumulación de ARNm de MyoD. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

NFATc1 es un factor de transcripción que regula la composición del tipo de fibra y la transición de fibras de contracción rápida a lenta resultante del ejercicio aeróbico requiere la expresión de NFATc1. La expresión de MyoD es un factor de transcripción clave en las fibras de contracción rápida, la cual es inhibida por NFATc1 en los tipos de fibras oxidativas. NFATc1 actúa inhibiendo MyoD mediante una interacción física con el dominio de activación N-terminal de MyoD, lo que resulta en la inhibición del reclutamiento del coactivador transcripcional necesario p300 . NFATc1 interrumpe físicamente la interacción entre MyoD y p300. Esto establece el mecanismo molecular por el cual los tipos de fibras transitan in vivo a través del ejercicio, con funciones opuestas para NFATc1 y MyoD. NFATc1 controla este equilibrio mediante la inhibición física de MyoD en los tipos de fibras musculares de contracción lenta. ^{[ 24 ]}

La histona deacetiltransferasa p300 funciona con MyoD en una interacción que es esencial para la generación de miotubos a partir de fibroblastos que está mediada por MyoD. El reclutamiento de p300 es el proceso limitante de la velocidad en la conversión de fibroblastos a miotubos. ^{[ 25 ]} Además de p300, se sabe que MyoD también recluta Set7, H3K4me1 , H3K27ac y RNAP II al potenciador al que se une y esto permite la activación del gen muscular que es específica de la condición y establecida por el reclutamiento de MyoD. Sin embargo, p300 endógeno, es necesario para el funcionamiento de MyoD al actuar como un coactivador esencial. MyoD se une asociativamente a la región potenciadora junto con un "factor pionero putativo" de reserva de lugar que ayuda a establecer y mantener a ambos en una conformación específica e inactiva. Tras la eliminación o inactivación de la proteína marcadora unida al potenciador, se permite el reclutamiento del grupo adicional de factores de transcripción que ayudan a regular positivamente la actividad del potenciador, lo que da como resultado que el complejo MyoD-factor de transcripción-potenciador adopte un estado transcripcionalmente activo.

Se ha demostrado que MyoD interactúa con:

• Proteína MyoD+ en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P10085 (proteína de determinación de mioblastos de ratón 1) en el PDBe-KB .