Transcriptional regulation of MRF4 gene expression during embryonic mouse development

Fomin, Marina

Skeletal muscle development in the vertebrate embryo critically depends on bHLH myogenic regulatory factors including MRF4 and Myf5. Both genes exhibit distinct expression patterns during embryogenesis, although they are genetically linked with multiple regulatory elements dispersed throughout the common gene locus. MRF4 has a biphasic expression profile. Initially it is expressed in somites and later in fetal skeletal muscles. Transgenic analysis performed in this study demonstrates that elements within a region between –6.6 and –5.6 kb together with the 3-kb promoter fragment direct transgene expression in the myotome of all somites during the appropriate time frame. The 2.8-kb sequence downstream of the MRF4 promoter is crucial for gene expression in the rostral cervical somites. These data provide evidence that the partly overlapping expression patterns of MRF4 and Myf5 in somites are controlled by distinct regulatory elements. MRF4 expression in fetal muscles and in myotomes is controlled by distinct mechanisms. In the present study all elements necessary for fetal expression map in the region between –11.4 kb and +15.3 kb. Deletion of the +3.9/+15.3 kb sequence results in variable transgene expression in fetal muscles among different transgenic mouse lines. This suggests that elements for stable fetal MRF4 expression involve the region between +3.9 kb and +15.3 kb downstream of the gene. It is also shown that 11.4 kb sequence upstream of MRF4 is not sufficient to prevent MRF4 activation by the strong distal Myf5 limb enhancer. The role of Myf5 in transcriptional regulation of the MRF4 gene has been studied in Myf5 deficient mice. Analysis of the Myf5 mutant embryos reveals the role of Myf5 protein for expression of myotomal markers in the central myotome. Additionally, it is found that Myf5 is required for MRF4 expression in the most rostral somites. In all other somites MRF4 activation does not require Myf5 or MyoD.

Die Entwicklung der Skelettmuskulatur bei Vertebraten ist abhängig von bHLH myogenen Regulationsfaktoren, zu denen auch die MRF4 und Myf5 gehören. Beide Gene weisen ein unterschiedliches Expressionsmuster während der Embryogenes auf, obwohl sie genetisch eng mit mehreren regulatorischen Elementen, die verteilt sind über den gemeinsamen Genlocus, verbunden sind. Am Anfang der Entwicklung wird MRF4 in den Somiten exprimiert, später in den fetalen Skelettmuskeln. Die in dieser Studie durchgeführten Transgen-Analysen zeigen, dass Elemente innerhalb des -6,6/-5,6 kb Region, die zusammen mit dem 3 kb Promotorfragment, die Transgen-Expression im aller Myotomen während der entsprechenden Entwicklungsphase steuert. Der 2,8 kb Sequenz stromabwärts des MRF4-Promotors ist kritisch für die Genexpression in den rostralen Somiten. Diese Daten liefern den Beweis, dass die teilweise überlappenden Expressionsmuster von MRF4 und Myf5 in Somiten von verschiedenen regulatorischen Elementen kontrolliert werden. Die MRF4-Expression im fetalen Muskel und im Myotom werden von verschieden Mechanismen kontrolliert. In der durchgeführten Studie wurden alle Elemente, die notwendig sind für die fetale Expression, im -11,4/+15,3 kb Region zugeordnet. Die Elemente für eine stabile fetale MRF4 Expression in der +3,9 kb/+15,3 kb Region stromabwärts des Gens liegen. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die 11,4 kb stromaufwärts von MRF4 liegende Sequenz nicht in der Lage ist, die MRF4-Aktivierung durch den distalen Myf5-Enhancer zu unterdrücken. Die Rolle des Myf5 Proteins in der transkriptionellen Regulation des MRF4 Gens wurde an Myf5-/- Mäusen untersucht. Die Analyse der mutierten Embryonen deckte die Rolle des Myf5 Proteins für die Expression von myotomalen Markern in den zentralen Myotomen auf. Außerdem konnte gezeigt werden, dass Myf5 notwendig ist für die MRF4 Expression in den äußerst rostralen Somiten. In allen anderen Somiten ist die MRF4-Aktivierung unabhängig von Myf5 oder MyoD.

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Fomin, Marina: Transcriptional regulation of MRF4 gene expression during embryonic mouse development. 2005.

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