Миоспутниковая клетка - Myosatellite cell

Для глиальных клеток-предшественников см. Спутниковая клетка (глия).
Миоспутниковая клетка
подробности
Идентификаторы
латинскиймиосателлитоцитузы
THH2.00.05.2.01020
Анатомические термины микроанатомии

Миоспателлитные клетки, также известен как спутниковые ячейки или мышечные стволовые клетки, маленькие мультипотентный клетки с очень небольшим цитоплазма найдено в зрелом мышца.[1] Сателлитные клетки являются предшественниками скелетная мышца клетки, способные давать начало клеткам-сателлитам или дифференцированным клеткам скелетных мышц.[2] У них есть потенциал предоставить дополнительные миоядер к их родительскому мышечному волокну или вернуться к неподвижный штат.[3] Более конкретно, после активации сателлитные клетки могут повторно войти в клеточный цикл, чтобы пролиферировать и дифференцироваться в миобласты.[4]

Миоспателлитные клетки расположены между базальная мембрана и сарколемма мышечных волокон,[5] и может располагаться в канавках либо параллельно, либо поперек продольной оси волокна. Их распределение по волокну может значительно различаться. Непролиферативные, покоящиеся миоспателлитные клетки, которые примыкают к покоящимся скелетным мышцам, могут быть идентифицированы по их четкому расположению между сарколеммой и базальной пластинкой, высокому соотношению ядерно-цитоплазматического объема, небольшому количеству органелл (например, рибосом, эндоплазматической сети, митохондрий, комплексов Гольджи ), малый размер ядра и большое количество ядерного гетерохроматина относительно миоядер. С другой стороны, активированные сателлитные клетки имеют повышенное количество кавеолы, цитоплазматические органеллы и снижение уровня гетерохроматина.[2] Клетки-сателлиты способны дифференцироваться и сливаться для увеличения существующих мышечные волокна и формировать новые волокна. Эти клетки представляют собой старейших известных взрослых стволовая клетка ниши, и участвуют в нормальном росте мышц, а также в регенерации после травмы или болезнь.

В неповрежденной мышце большинство сателлитных клеток неподвижный; они не дифференцируются и не подвергаются клеточному делению. В ответ на механическое напряжение сателлитные клетки становятся активирован. Активированные сателлитные клетки первоначально размножаются как скелетные миобласты до миогенного дифференциация.[1]

Структура

Генетические маркеры

Сателлитные клетки выражают ряд отличительных генетические маркеры. В настоящее время считается, что большинство сателлитных клеток выражают PAX7 и PAX3.[6] Клетки-сателлиты в мускулатуре головы имеют уникальную программу развития,[7] и являются Pax3-отрицательными. Более того, как покоящиеся, так и активированные сателлитные клетки человека могут быть идентифицированы с помощью мембраносвязанной молекулы адгезии нервных клеток (N-CAM / CD56 / Leu-19), гликопротеина клеточной поверхности. Ядерный фактор миоцитов (MNF) и протоонкоген c-met (рецептор фактора роста гепатоцитов (HGF )) реже используются маркеры.[2]

CD34 и Myf5 маркеры конкретно определяют большинство покоящихся сателлитных клеток.[8] Активированные сателлитные клетки трудно идентифицировать, особенно потому, что их маркеры меняются со степенью активации; например, большая активация приводит к прогрессирующей потере экспрессии Pax7, когда они вступают в стадию пролиферации. Однако Pax7 заметно экспрессируется после дифференцировки сателлитных клеток.[9] Большая активация также приводит к повышенной экспрессии миогенных факторов транскрипции основной спираль-петля-спираль. MyoD, миогенин, и MRF4 - все отвечают за индукцию генов, специфичных для миоцитов.[10] Тестирование HGF также используется для идентификации активных сателлитных ячеек.[2] Активированные сателлитные клетки также начинают экспрессировать специфичные для мышц белки филаментов, такие как десмин как они дифференцируются.

Область биологии сателлитных клеток страдает от тех же технических трудностей, что и другие области стволовых клеток. Исследования почти полностью полагаются на Проточной цитометрии и анализ сортировки клеток с активацией флуоресценции (FACS), который не дает информации о происхождении или поведении клеток. Таким образом, ниша сателлитных клеток относительно плохо определена и, вероятно, состоит из нескольких субпопуляций.

Функция

Восстановление мышц

Когда мышечные клетки повреждаются, покоящиеся сателлитные клетки высвобождаются из-под базальная мембрана. Они активируются и повторно входят в клеточный цикл. Эти делящиеся клетки известны как «транзитный пул амплификации» перед тем, как подвергнуться миогенной дифференцировке с образованием новых (постмитотических) мышечных трубок. Есть также данные, свидетельствующие о том, что эти клетки способны сливаться с существующими миофибриллами для облегчения роста и восстановления.[1]

Процесс регенерации мышц включает в себя значительное ремоделирование внеклеточного матрикса и, когда происходит обширное повреждение, является неполным. Фибробласты в мышечной ткани откладывают рубцовую ткань, которая может нарушать мышечную функцию и является важной частью патологии мышечные дистрофии.

Сателлитные клетки размножаются после мышечной травмы[11] и формируют новые миофибриллы посредством процесса, аналогичного развитию мышц плода.[12] После нескольких делений клетки сателлитные клетки начинают сливаться с поврежденными мышечными трубками и претерпевают дальнейшую дифференцировку и созревание с периферическими ядрами, как и в случае с признаком.[12] Одна из первых ролей, описанных для IGF-1, заключалась в его участии в пролиферации и дифференцировке сателлитных клеток. Кроме того, экспрессия IGF-1 в скелетных мышцах увеличивает способность активировать пролиферацию сателлитных клеток (Charkravarthy, et al., 2000), увеличивая и продлевая благоприятные эффекты для стареющих мышц. [13][14]

Эффекты упражнений

Активация сателлитных клеток измеряется степенью пролиферации и дифференцировки. Как правило, содержание сателлитных клеток выражается в расчете на мышечное волокно или в процентах от общего ядерного содержания, сумме ядер сателлитных клеток и миоядер. В то время как адаптивная реакция на физические упражнения в значительной степени варьируется в зависимости от индивидуальных факторов, таких как генетика, возраст, диета, акклиматизация к упражнениям и объем упражнений, исследования на людях продемонстрировали общие тенденции.[2]

Предполагается, что упражнения вызывают высвобождение сигнальных молекул, включая воспалительные вещества, цитокины и факторы роста, из окружающих соединительных тканей и активных скелетных мышц.[2] В частности, HGF Цитокин переносится из внеклеточного матрикса в мышцы посредством зависимого от оксида азота пути. Считается, что HGF активирует сателлитные клетки, в то время как инсулиноподобный фактор роста-I (IGF-1 ) и фактор роста фибробластов (FGF) увеличивает скорость пролиферации сателлитных клеток после активации.[15] Исследования показали, что интенсивные упражнения обычно увеличивают выработку IGF-1, хотя индивидуальные реакции значительно различаются.[16][17] Более конкретно, IGF-1 существует в двух изоформах: механофакторе роста (MGF) и IGF-IEa.[18] В то время как первый вызывает активацию и пролиферацию, последний вызывает дифференциацию пролиферирующих сателлитных клеток.[18]

Исследования на людях показали, что как тренировки с высоким сопротивлением, так и тренировки на выносливость привели к увеличению количества сателлитных клеток.[9][19] Эти результаты показывают, что легкий режим тренировок на выносливость может быть полезным для противодействия коррелированному с возрастом уменьшению сателлитных клеток.[2] При тренировках с высоким сопротивлением активация и пролиферация сателлитных клеток подтверждается увеличением циклин D1 мРНК и стр.21 Уровни мРНК. Это согласуется с тем фактом, что активация циклина D1 и p21 коррелирует с делением и дифференцировкой клеток.[3]

Активация сателлитных клеток также была продемонстрирована на ультраструктурном уровне после упражнений. Упражнение аэробики было показано, что значительно увеличивает гранулированный эндоплазматический ретикулум, свободные рибосомы и митохондрии стимулированных групп мышц. Кроме того, было показано, что сателлитные клетки сливаются с мышечными волокнами, развивая новые мышечные волокна.[20] Другие ультраструктурные доказательства активированных сателлитных клеток включают повышенную концентрацию аппарата Гольджи и пиноцитотических пузырьков.[21]

Исследование

При минимальной стимуляции сателлитные клетки in vitro или in vivo пройдет программу миогенной дифференциации.

К сожалению, похоже, что трансплантированные клетки-сателлиты имеют ограниченную способность к миграции и способны регенерировать только мышцы в области места доставки. Таким образом, системное лечение или даже лечение всей мышцы невозможно. Однако другие клетки организма, такие как перициты и гемопоэтические стволовые клетки было показано, что все они способны вносить вклад в восстановление мышц таким же образом, как и эндогенные сателлитные клетки. Преимущество использования этих типов клеток для терапии мышечных заболеваний состоит в том, что они могут доставляться системно, автономно мигрируя к месту повреждения. Особенно успешной в последнее время стала доставка мезоангиобласт клетки в Золотистый ретривер модель собаки Мышечная дистрофия Дюшенна, которая эффективно вылечила болезнь.[22] Однако размер используемой выборки был относительно невелик, и с тех пор исследование подвергалось критике за отсутствие надлежащего контроля для использования иммунодепрессантов. Недавно сообщалось, что клетки, экспрессирующие Pax7, способствуют заживлению кожных ран, принимая фиброзный фенотип через процесс, опосредованный Wnt / β-катенином.[23]

Регулирование

Мало что известно о регуляции сателлитных клеток. Пока вместе PAX3 и PAX7 в настоящее время образующие окончательные сателлитные маркеры, гены Pax, как известно, являются плохими активаторами транскрипции. Динамика активации и покоя и индукция миогенной программы через миогенные регуляторные факторы, Myf5, MyoD, миогенин, и MRF4 еще предстоит определить.

Некоторые исследования показывают, что сателлитные клетки негативно регулируются белком, который называется миостатин. Повышенный уровень миостатина регулирует циклин-зависимая киназа ингибитор называется стр.21 и тем самым подавляют дифференцировку сателлитных клеток.[24]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c Birbrair, A .; Дельбоно, О. (2015). «Перициты необходимы для формирования скелетных мышц». Обзоры и отчеты о стволовых клетках. 11 (4): 547–548. Дои:10.1007 / s12015-015-9588-6. PMID  25896402.
  2. ^ а б c d е ж г Кади Ф., Чарифи Н., Денис К., Лекселл Дж., Андерсен Дж. Л., Шерлинг П., Олсен С., Кьяер М. (ноябрь 2005 г.). «Поведение сателлитных клеток в ответ на упражнения: что мы узнали из исследований на людях?». Арка Пфлюгерса. 451 (2): 319–27. Дои:10.1007 / s00424-005-1406-6. PMID  16091958.
  3. ^ а б Кади Ф., Шерлинг П., Андерсен Л.Л., Чарифи Н., Мадсен Дж. Л., Кристенсен Л. Р., Андерсен Дж. Л. (август 2004 г.). «Влияние тяжелых тренировок с отягощениями и разгрузки на сателлитные клетки в скелетных мышцах человека». J. Physiol. (Лонд.). 558 (Pt 3): 1005–12. Дои:10.1113 / jphysiol.2004.065904. ЧВК  1665027. PMID  15218062.
  4. ^ Сигель А.Л., Кульманн П.К., Корнелисон Д.Д. (февраль 2011 г.). «Пролиферация и ассоциация мышечных сателлитных клеток: новые открытия, полученные при покадровой съемке миофибры». Скелетные мышцы. 1 (1): 7. Дои:10.1186/2044-5040-1-7. ЧВК  3157006. PMID  21798086.
  5. ^ Заммит, PS; Куропатка, TA; Яблонька-Реувени, Z (ноябрь 2006 г.). «Сателлитная клетка скелетных мышц: стволовая клетка, пришедшая с холода». Журнал гистохимии и цитохимии. 54 (11): 1177–91. Дои:10.1369 / jhc.6r6995.2006. PMID  16899758.
  6. ^ Relaix F, Rocancourt D, Mansouri A, Buckingham M (июнь 2005 г.). «Pax3 / Pax7-зависимая популяция клеток-предшественников скелетных мышц». Природа. 435 (7044): 948–53. Дои:10.1038 / природа03594. HDL:11858 / 00-001M-0000-0012-E8E0-9. PMID  15843801.
  7. ^ Харел И., Натан Э., Тирош-Финкель Л., Зигдон Х., Гимарайнш-Камбоа Н., Эванс С. М., Цахор Э. (июнь 2009 г.). «Различное происхождение и генетические программы сателлитных клеток мышц головы». Dev. Ячейка. 16 (6): 822–32. Дои:10.1016 / j.devcel.2009.05.007. ЧВК  3684422. PMID  19531353.
  8. ^ Beauchamp, JR; Heslop, L; Ю, Д.С. Таджбахш, S; Келли, Р.Г.; Верниг, А; Buckingham, ME; Куропатка, TA; Заммит, PS (2000). «Экспрессия CD34 и Myf5 определяет большинство покоящихся сателлитных клеток скелетных мышц взрослых». J Cell Biol. 151 (6): 1221–34. Дои:10.1083 / jcb.151.6.1221. ЧВК  2190588. PMID  11121437.
  9. ^ а б Crameri, R; Aagaard, P; Qvortrup, K; Кьяер, М. (2004). «Иммунореактивные клетки N-CAM и Pax7 по-разному экспрессируются в латеральной широкой мышце бедра человека после одного сеанса исчерпывающих эксцентрических упражнений». J Physiol. 565: 165.
  10. ^ Маркилдон, Франсуа (2012). «Бета-связывающий белок CCAAT / энхансер экспрессируется в клетках-сателлитах и ​​контролирует миогенез». Стволовые клетки. 30 (12): 2619–2630. Дои:10.1002 / шток.1248. PMID  23034923.
  11. ^ Сил П, Полесская А, Рудницкий М.А. (2003). «Спецификация взрослых стволовых клеток с помощью передачи сигналов Wnt при регенерации мышц». Клеточный цикл. 2 (5): 418–9. Дои:10.4161 / cc.2.5.498. PMID  12963830.
  12. ^ а б Паркер М.Х., Сил П., Рудницки М.А. (июль 2003 г.). «Оглядываясь назад на эмбрион: определение транскрипционных сетей в миогенезе взрослых». Nat. Преподобный Жене. 4 (7): 497–507. Дои:10.1038 / nrg1109. PMID  12838342.
  13. ^ Муркиоти Ф, Розенталь Н. (октябрь 2005 г.). «IGF-1, воспаление и стволовые клетки: взаимодействие во время регенерации мышц». Тенденции Иммунол. 26 (10): 535–42. Дои:10.1016 / j.it.2005.08.002. PMID  16109502.
  14. ^ Хоук TJ, Гарри DJ (август 2001). «Миогенные сателлитные клетки: от физиологии к молекулярной биологии». J. Appl. Физиол. 91 (2): 534–51. Дои:10.1152 / jappl.2001.91.2.534. PMID  11457764.
  15. ^ Андерсон, Дж. Э .; Возняк, AC (2004). «Активация сателлитных клеток на волокнах: моделирование событий in vivo - приглашенный обзор». Может J Physiol Pharmacol. 82 (5): 300–10. Дои:10.1139 / y04-020. PMID  15213729.
  16. ^ Бамман М.М., Шипп-младший, Цзян Дж., Гауэр Б.А., Хантер Г.Р., Гудман А., Маклафферти К.Л., Городской Р.Дж. (март 2001 г.). «Механическая нагрузка увеличивает концентрацию мРНК IGF-I и рецептора андрогенов в мышцах у людей». Am. J. Physiol. Эндокринол. Метаб. 280 (3): E383–90. Дои:10.1152 / ajpendo.2001.280.3.E383. PMID  11171591.
  17. ^ Hellsten Y, Hansson HA, Johnson L, Frandsen U, Sjödin B (июнь 1996 г.). «Повышенная экспрессия ксантиноксидазы и иммунореактивности инсулиноподобного фактора роста I (IGF-I) в скелетных мышцах после тяжелых физических нагрузок у людей». Acta Physiol. Сканд. 157 (2): 191–7. Дои:10.1046 / j.1365-201X.1996.492235000.x. PMID  8800359.
  18. ^ а б Ян, SY; Голдспинк, G (2002). «Различные роли IGF-I Ec пептида (MGF) и зрелого IGF-I в пролиферации и дифференцировке миобластов». FEBS Lett. 522 (1–3): 156–60. Дои:10.1016 / s0014-5793 (02) 02918-6. PMID  12095637.
  19. ^ Шарифи Н., Кади Ф, Феассон Л., Дени С. (июль 2003 г.). «Влияние тренировки на выносливость на частоту сателлитных клеток в скелетных мышцах стариков». Мышечный нерв. 28 (1): 87–92. Дои:10.1002 / mus.10394. PMID  12811778.
  20. ^ Appell, HJ; Форсберг, S; Холлманн, В. (1988). «Активация сателлитных клеток в скелетных мышцах человека после тренировки: доказательства новообразования мышечных волокон». Int J Sports Med. 9 (4): 297–99. Дои:10.1055 / с-2007-1025026. PMID  3182162.
  21. ^ Рот С.М., Мартель Г.Ф., Айви Ф.М., Леммер Дж. Т., Трейси Б.Л., Меттер Э.Дж., Херли Б.Ф., Роджерс М.А. (июнь 2001 г.). «Характеристики сателлитных клеток скелетных мышц у молодых и пожилых мужчин и женщин после тяжелых силовых тренировок». J. Gerontol. Биол. Sci. Med. Наука. 56 (6): B240–7. Дои:10.1093 / gerona / 56.6.B240. PMID  11382785.
  22. ^ Сампаолези М., Блот С., Д'Антона Дж., Грейнджер Н., Тонлоренци Р., Инночензи А. и др. (Ноябрь 2006 г.). «Стволовые клетки мезоангиобласта улучшают мышечную функцию у собак с дистрофией» (PDF). Природа. 444 (7119): 574–9. Дои:10.1038 / природа05282. PMID  17108972.
  23. ^ Амини-Ник С., Глэнси Д. и др. (2011). «Клетки, экспрессирующие Pax7, вносят вклад в заживление кожных ран, регулируя размер рубца посредством процесса, опосредованного β-катенином». Стволовые клетки. 29 (9): 1371–9. Дои:10.1002 / шток.688. PMID  21739529.
  24. ^ Маккроскери С., Томас М., Максвелл Л., Шарма М., Камбадур Р. (2003). «Миостатин отрицательно регулирует активацию и самообновление сателлитных клеток». J Cell Biol. 162 (6): 1135–47. Дои:10.1083 / jcb.200207056. ЧВК  2172861. PMID  12963705.

внешние ссылки