OMIM Entrada – * 601788 – MYOSTATIN; MSTN

Estrutura Genética

Mapeamento

Ferrell et al. (1999) determinaram a sequência nucleotídica da miostatina humana em 40 indivíduos. O promotor invariante contém um sítio de ligação de antigénio-1 (MYOD; 159970) de diferenciação miogénica consensual, e a sequência de codificação contém 5 substituições de missense em resíduos de aminoácidos conservados: A55T, K153R, E164K, P198A, e I225T. A55T no exon 1 e K153R no exon 2 eram polimórficos na população geral, com frequências alélicas significativamente diferentes em caucasianos e afro-americanos (P menos de 0,001). Nenhum dos polimorfismos comuns teve um impacto significativo na resposta da massa muscular ao treino de força tanto em caucasianos como em afro-americanos, embora as frequências alélicas enviesadas impedissem a detecção de pequenos efeitos. Ferrell et al. (1999) concluíram que estas variantes alélicas fornecem marcadores para examinar a associação entre o gene da miostatina e a variação interindividual da massa muscular e as diferenças na perda de massa muscular com o envelhecimento.

A miostatina é um regulador negativo do crescimento muscular em mamíferos, e as mutações de perda de função estão associadas ao aumento da massa muscular esquelética em ratos, gado e seres humanos. Saunders et al. (2006) mostraram que a selecção natural positiva actuou na variação dos nucleótidos humanos no GDF8, uma vez que a proporção observada de alterações não-sinónimas:sinónimas entre humanos é significativamente maior do que o esperado sob o modelo neutro e é surpreendentemente diferente dos padrões observados nas ordens dos mamíferos. Além disso, haplótipos alargados em torno do GDF8 sugerem que 2 variantes de aminoácidos foram sujeitas a uma recente selecção positiva. Ambas as mutações são raras entre os não-africanos, mas estão ainda a frequências até 31% na África subsaariana. Estas assinaturas de selecção a nível molecular sugerem que a variação humana no GDF8 está associada a diferenças funcionais. Os 2 polimorfismos nucleotídicos de interesse primário foram G163A e A2246G, correspondendo aos haplogroups 55 e 153, respectivamente. A frequência destes entre os afro-americanos foi de 12% e 20%, respectivamente, mas apenas 1% e 4%, respectivamente, nos europeus amostrados. O excesso de polimorfismo não-sinónimo tinha sido visto anteriormente apenas para alguns outros genes em humanos, por exemplo, G6PD (305900) e o maior complexo de histocompatibilidade (142800) (Verrelli et al., 2002; Hughes e Nei, 1989).

Numa criança saudável com hipertrofia muscular e força invulgar (MSLHP; 614160), Schuelke et al. (2004) identificaram a homozigosidade para uma mutação do sítio doador de emendas no gene MSTN (601788.0001). A sua mãe, uma ex-atleta profissional, era heterozigota para a mutação.

Prontera et al. (2010) relataram um homem italiano de 42 anos com um fenótipo complexo da síndrome de Ehlers-Danlos (EDS; 130000) causado por uma eliminação 13.7-Mb de novo heterozigoto do cromossoma 2q23.3-q31.2 resultando na eliminação dos genes COL3A1 (120180), COL5A2 (120190), e miostatina. As mutações por perda de função em COL3A1 e COL5A2 causam SED tipos IV (130050) e I, respectivamente. A Haploinsuficiência em MSTN resulta no crescimento excessivo do músculo esquelético. Devido à monossomia para a MSTN, o paciente tinha “uma massa muscular constitucional excepcional,” sem fraqueza muscular, mialgia, ou fatigabilidade fácil. Também não tinha hipomobilidade articular generalizada ou luxação articular recorrente; os sintomas da SED limitavam-se a hérnias inguinais recorrentes e ligeiro prolapso da válvula mitral. Prontera et al. (2010) colocaram a hipótese de que a haploinsuficiência do alelo MSTN exercia novamente um efeito protector das manifestações clínicas da SED neste paciente. Os resultados também indicaram que há envolvimento directo de lesão muscular na SED e que o cuidado da função muscular nestes pacientes pode ser benéfico.

Para determinar a função biológica do Gdf8, McPherron et al. (1997) perturbaram o gene Gdf8 através da focalização genética em ratos. Os animais sem Gdf8 eram significativamente maiores que os animais do tipo selvagem e mostraram um grande e generalizado aumento da massa muscular esquelética. Os músculos individuais dos animais mutantes pesavam 2 a 3 vezes mais do que os dos animais de tipo selvagem, e o aumento de massa parecia resultar de uma combinação de hiperplasia de células musculares e hipertrofia. McPherron et al. (1997) sugeriram que o Gdf8 funciona especificamente como um regulador negativo do crescimento do músculo esquelético. Lin et al. (2002) observaram um aumento da massa muscular esquelética no seu modelo de rato miostático-nulo em comparação com animais do tipo selvagem, logo a partir das 4 semanas de idade. Além disso, os ratos mutantes mostraram redução da produção e secreção de leptina (164160) que estava associada à redução da deposição de gordura. A reduzida adipogénese nos ratos knockout sugeriu que a miostatina está envolvida na regulação da adiposidade, bem como da musculatura.

Raças de gado bovinoeveral foram observadas para mostrar um desenvolvimento muscular excepcional vulgarmente referido como “duplamente musculado”. Os animais com duplo manuscrito caracterizam-se por um aumento da massa muscular de cerca de 20%, devido à hiperplasia geral do músculo esquelético, ou seja, um aumento do número de fibras musculares e não do seu diâmetro individual. Grobet et al. (1997) afirmaram que a herança autossómica recessiva tinha sido sugerida pela análise de segregação realizada tanto em cruzamentos experimentais como na população de animais criados. Isto foi confirmado por Charlier et al. (1995) que mostraram que a hipertrofia muscular (mh) locus maps até à extremidade centromérica do cromossoma bovino 2. Grobet et al. (1997) utilizaram uma abordagem posicional candidata para demonstrar que uma mutação no gene bovino MSTN (Mh locus), que codifica a miostatina, é responsável pelo fenótipo de duplo musculado. Encontraram uma supressão de 11-bp na sequência de codificação para o domínio bioactivo C-terminal da proteína que causa a hipertrofia muscular.

Na raça Marchigiana de bovinos para carne no centro de Itália, Marchitelli et al. (2003) demonstraram que a dupla musculatura estava associada a uma transversalidade G-to-T no terceiro exão do gene da miostatina, introduzindo um códão de paragem prematura. Isto adicionou-se à grande série de mutações anteriormente encontradas em bovinos com duplo musculamento.

Uma mutação hipermuscular autossómica recessiva do rato denominada ‘compacta’ (Cmpt) foi mostrada por Szabo et al. (1998) como sendo causada por eliminação no gene da miostatina. A miostatina tornou-se um forte gene candidato a Cmpt quando foi mapeada para o cromossoma 1 numa região de homologia humana 2q32-q35 e para a região centromérica do cromossoma bovino 2 onde o gene mh mapeia.

McPherron e Lee (2002) mostraram que os ratos myostatin-null têm uma redução significativa na acumulação de gordura com o aumento da idade, em comparação com os ratos de tipo selvagem e que a perda de myostatin atenua parcialmente os fenótipos obesos e diabéticos de 2 modelos de ratos, os ratos amarelos e obesos agouti letais. McPherron e Lee (2002) sugeriram que os agentes farmacológicos que bloqueiam a função da miostatina podem ser úteis não só para melhorar o crescimento muscular, mas também para retardar ou prevenir o desenvolvimento da obesidade e da diabetes tipo II.

Bogdanovich et al. (2002) testaram a capacidade de inibição da miostatina in vivo para melhorar o fenótipo distrófico no modelo de rato mdx da distrofia muscular de Duchenne (DMD; 310200). Bloquearam a miostatina endógena em ratos mdx por injecções intraperitoneais de anticorpos bloqueadores durante 3 meses e encontraram um aumento no peso corporal, massa muscular, tamanho muscular e força muscular absoluta, juntamente com uma diminuição significativa da degeneração muscular e das concentrações de creatina quinase sérica. Bogdanovich et al. (2002) concluíram que o bloqueio por miostatina proporciona uma nova estratégia farmacológica para o tratamento de doenças associadas ao desperdício muscular como a DMD, e contorna os principais problemas associados à terapia genética convencional nestas perturbações.

Em ratos myostatin-null (Mstn -/-) cruzados com ratos mdx, um modelo para Duchenne e Becker (300376) de distrofia muscular, Wagner et al. (2002) encontraram um aumento da massa muscular, um aumento do peso corporal, um aumento do tamanho das fibras musculares, e um aumento da força em comparação com os ratos Mstn +/+/mdx. Houve também uma redução na extensão da fibrose muscular. Observaram que embora a perda de miostatina não corrija o defeito primário nos ratos mdx, pode melhorar algumas características do fenótipo distrófico.

Os ovinos Texel são conhecidos pela sua excepcional carnificina. Para identificar os genes subjacentes a esta característica economicamente importante, Clop et al. (2006) realizaram uma varredura de genoma completo numa população de Romanov x Texel F2. Mapearam um locus quantitativo com um efeito importante na massa muscular para o cromossoma 2 e, subsequentemente, fizeram um mapeamento fino para um intervalo cromossómico que engloba o gene GDF8. Demonstraram que o alelo GDF8 do carneiro Texel é caracterizado por uma transição de G para A na região não traduzida de 3-prime (UTR) que cria um local alvo para mir1 (609326) e mir206, microRNAs (miRNAs) que são altamente expressos em músculo esquelético. A mutação causa inibição translacional do gene da miostatina e por isso contribui para a hipertrofia muscular do carneiro Texel. A análise das bases de dados de SNP para humanos e ratos demonstrou que as mutações que criam ou destroem locais alvo de miRNA putativos são abundantes e podem ser importantes agentes de variação fenotípica.

Em células COS-7, Ohsawa et al. (2006) descobriram que a sinalização da miostatina foi inibida pela caveolina-3 (CAV3; 601253), que interagia directamente com e inibia os receptores de miostatina tipo I ALK4 (601300) e ALK5 (190181). Os ratos transgénicos com deficiência de Cav3, um modelo para a distrofia muscular de membros tipo 1C (ver RMD2, 606072), mostram atrofia muscular e fraqueza. Ohsawa et al. (2006) descobriram que ratos duplamente transgénicos com deficiência de Cav3 e inibição da miostatina mostraram números e tamanho aumentados de miofibras em comparação com ratos com deficiência de Cav3, invertendo eficazmente a atrofia muscular induzida pela deficiência de Cav3. Além disso, a injecção intraperitoneal de um inibidor de miosostatina melhorou a fraqueza muscular funcional em ratos com deficiência de Cav3. Ohsawa et al. (2006) sugeriram que a caveolin-3 normalmente suprime a sinalização da miostática e que a hiperactivação da sinalização da miostática participa na patogénese da atrofia muscular neste modelo de rato do LGMD1C.

Mosher et al. (2007) descobriram que uma eliminação de 2-bp no exon 3 do gene canino Mstn estava associada a um aumento da massa muscular na raça de cão de corrida de chicote. A homozigosidade para a mutação foi associada a um fenótipo de duplo sobremuscado grosseiro, comummente referido como o “valentão”. Os cães heterozigóticos mostraram um fenótipo intermédio e têm sido relatados como estando entre os cães mais rápidos em competições de corridas de competição. A análise de várias outras raças de cães, incluindo os galgos, não identificou a mutação.

Mendias et al. (2008) descobriram que os tendões dos ratos Mstn-null eram mais pequenos do que os dos ratos do tipo selvagem. Os tendões Mstn-null tinham diminuído a densidade do fibroblasto, diminuído a expressão do colagénio tipo I (ver COL1A1; 120150), e diminuído a expressão do escleraxis (SCXA; 609067) e tenomodulina (TNMD; 300459), 2 genes que promovem a proliferação do fibroblasto tendinoso. Tratamento dos fibroblastos tendinosos do tipo selvagem com Mstn activado p38 MAP kinase (MAPK14; 600289) e Smad2 (601366)/Smad3 (603109) sinalizando cascatas, aumento da proliferação celular, e aumento da expressão de colagénio tipo I, Scxa, e Tnmd. Em comparação com os tendões dos ratos do tipo selvagem, as propriedades mecânicas dos tendões anteriores tibialis dos ratos Mstn-null tinham uma maior tensão de pico, menor tensão de pico, e maior rigidez. Mendias et al. (2008) concluíram que, para além de regular a massa muscular e a força, a MSTN regula a estrutura e a função dos tecidos tendinosos.

Hill et al. (2010) identificaram um SNP no gene da miostática equina que estava fortemente associado à capacidade de sprinting e resistência em cavalos de corrida de raça de raça de raça de raça pura.