探討過氧化氫體在骨骼肌發育及再生過程中的功能及調控機制

骨骼肌可以藉由調節醣解(glycolysis)及有氧代謝(oxidative metabolism)之間的平衡，來滿足不同生理狀況所需的能量需求，而這個過程非常仰賴於PGC-1α的表現量及活性，因為PGC-1α會幫助在粒線體(mitochondria)以及過氧化氫體(peroxisomes)這兩種有氧呼吸的胞器中作用的基因的表現。過氧化氫體是廣泛分布的單層膜胞器，並且可執行許多有氧呼吸的反應，如非常長鏈、具支鏈和不飽和脂肪酸的β-oxidation、以及含有3-methyl或2-hydroxy group之carboxylates的α-oxidation等。另一個過氧化氫體的重要功能是利用抗氧化酵素如Catalase, SOD1, and PRDX5等來去除來自過氧化氫體或粒線體代謝過程中所產生的過氧化物。過氧化氫體的數目是由biogenesis 和autophagy 兩個過程調控並且能反映出一個細胞的代謝狀態。過氧化氫體 biogenesis 的缺陷會引起一連串症狀不同的 peroxisome biogenesisdisorder (PBD)而其中最嚴重的稱為Zellweger syndrome的疾病通常是neonatal lethal 且出現肌力低下(hypotonia)的症狀，顯示過氧化氫體在肌肉發育以及功能上的必要性。近來在果蠅的研究亦證實過氧化氫體在肌肉功能上的重要性，且過氧化氫體在肌肉中功能上的缺失會影響第二型糖尿病的進展與治療。這些已知的觀察在在證明過氧化氫體在肌肉代謝功能上(尤其是脂質)的必要性，因此闡明過氧化氫體在肌肉中的biogenesis, autophagy, 以及功能的調控機制將有助於找到治療及預防這些疾病的方法。我們實驗室最近的結果發現，Bhlhe40轉錄因子會抑制PGC-1α基因的表現並且會在PGC-1α的標的基因的啟動子(promoter)或增強子(enhancer)上與PGC-1α進行交互作並招募HDACs來抑制它們的表現量。綜合過去的研究結果，我們發現Bhlhe40 會調控PGC-1α的表現量及功能強度，因此Bhlhe40 對於細胞的有氧代謝能力，尤其是對粒線體和過氧化氫體這兩個有氧代謝的胞器的生成與功能應有著重要的影響力。在本研究中我們希望能進一步釐清Bhlhe40在肌肉發育以及再生的過程中對過氧化氫體的數量恆定(biogenesis and autophagy)以及功能(oxidative metabolism and ROS removal)的調控角色，因此，本研究的具體目標是：1. 觀察過氧化氫體在肌原細胞(myoblasts)體外(in vitro)肌肉生成過程中的數量變動以及功能2. 觀察過氧化氫體在活體內(in vivo)肌肉生成過程中的數量變動以及功能。3. 觀察過氧化氫體在肌原細胞的剔除對體外肌肉生成過程的影響。4. 觀察過氧化氫體在Bhlhe40基因低下或高表現的肌原細胞體外(in vitro)肌肉生成過程中的數量變動以及功能。5. 觀察過氧化氫體在Bhlhe40基因剔除鼠活體內(in vivo)肌肉生成過程中的數量變動以及功能。6. 解開Bhlhe40對過氧化氫體相關基因的調控機制。7. 以補償實驗(complementation assay)証實Bhlhe40 對過氧化氫體相關基因的調控的重要性。