Миосателлитные клетки , также известные как сателлитные клетки или мышечные стволовые клетки , представляют собой небольшие мультипотентные клетки с очень небольшой цитоплазмой, обнаруженной в зрелых мышцах . [1] Клетки-сателлиты являются предшественниками клеток скелетных мышц , способными давать начало клеткам-сателлитам или дифференцированным клеткам скелетных мышц. [2] У них есть потенциал предоставить дополнительные миоядра своему родительскому мышечному волокну или вернуться в состояние покоя . [3] Более конкретно, после активации сателлитные клетки могут повторно войти в клеточный цикл, чтобы пролиферировать и дифференцироваться вмиобласты . [4]
Миоспутниковая клетка | |
---|---|
Подробности | |
Идентификаторы | |
латинский | миосателлитоцитузы |
TH | H2.00.05.2.01020 |
Анатомические термины микроанатомии [ редактировать в Викиданных ] |
Миосателлитные клетки расположены между базальной мембраной и сарколеммой мышечных волокон [5] и могут располагаться в бороздках, параллельных или поперечных 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 объема ядра и цитоплазмы, 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 кавеол , цитоплазматических органелл и пониженные уровни гетерохроматина. [2] Клетки-сателлиты способны дифференцироваться и сливаться для увеличения существующих мышечных волокон и образования новых. Эти клетки представляют собой старейшую из известных ниш взрослых стволовых клеток и участвуют в нормальном росте мышц, а также в регенерации после травмы или заболевания .
В неповрежденной мышце большинство сателлитных клеток неподвижны ; они не дифференцируются и не подвергаются клеточному делению. В ответ на механическое напряжение сателлитные клетки активируются . Активированные сателлитные клетки сначала пролиферируют в виде скелетных миобластов, а затем подвергаются миогенной дифференцировке . [1]
Состав
Генетические маркеры
Клетки-сателлиты экспрессируют ряд отличительных генетических маркеров . Текущее мышление является то , что большинство спутников клетки экспрессируют Pax7 и Рах3 . [6] Сателлитные клетки в мускулатуре головы имеют уникальную программу развития [7] и являются Pax3-отрицательными. Более того, как покоящиеся, так и активированные сателлитные клетки человека можно идентифицировать 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 )) являются менее часто используемыми маркерами. [2]
Маркеры CD34 и Myf5 специфически 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 основных транскрипционных факторов спираль-петля-спираль MyoD , миогенина и MRF4 - все они ответственны за индукцию генов, специфичных для миоцитов. [10] Тестирование HGF также используется для идентификации активных сателлитных ячеек. [2] Активированные сателлитные клетки также начинают экспрессировать мышечно-специфические белки филаментов, такие как десмин, по мере их дифференциации.
Область биологии сателлитных клеток страдает от тех же технических трудностей, что и другие области стволовых клеток. Исследования основываются почти исключительно на проточной цитометрии и анализе 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 базальной мембраны . 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 мышечных дистрофий .
Клетки-сателлиты пролиферируют после мышечной травмы [11] и образуют новые миофибриллы посредством процесса, аналогичного развитию мышц плода. [12] После нескольких клеточных делений сателлитные клетки начинают сливаться с поврежденными мышечными трубками и претерпевают дальнейшую дифференцировку и созревание с периферическими ядрами, как и в случае с периферическими ядрами. [12] Одной из первых ролей, описанных для IGF-1, было его участие 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 положительные эффекты для стареющих мышц. [13] [14]
Эффекты упражнений
Активация сателлитных клеток измеряется степенью пролиферации и дифференцировки. Обычно содержание сателлитных клеток выражается в расчете на мышечное волокно или в процентах от общего содержания ядер, сумме ядер сателлитных клеток и миоядер. В то время как адаптивная реакция на 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] Примечательно, что цитокин HGF 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) после активации повышают скорость пролиферации сателлитных клеток. [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 отягощениями, 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 количества сателлитных клеток. [2] При тренировках с высоким сопротивлением активация и пролиферация сателлитных клеток подтверждается повышенными уровнями мРНК циклина D1 и p21 . 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. Было показано, что аэробные упражнения значительно увеличивают гранулярный 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]
Исследовать
При минимальной стимуляции сателлитные клетки in vitro или in vivo подвергаются программе миогенной дифференцировки.
К сожалению, похоже, что трансплантированные сателлитные клетки обладают ограниченной способностью к миграции и способны регенерировать только мышцы в области места доставки. Таким образом, системное лечение или даже лечение всей мышцы невозможно. Однако было показано , что другие клетки в организме, такие как перициты и гемопоэтические стволовые клетки , способны вносить вклад в восстановление мышц аналогично эндогенным сателлитным клеткам. 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 была доставка клеток мезоангиобласта в модель мышечной дистрофии Дюшенна у собак золотистого ретривера , которая эффективно вылечила болезнь. [22] Однако размер использованной выборки был относительно небольшим, и с тех пор исследование подверглось критике за отсутствие надлежащих средств контроля за использованием иммунодепрессантов. Недавно сообщалось, что экспрессирующие Pax7 клетки вносят вклад в заживление кожных ран, принимая фиброзный фенотип посредством процесса, опосредованного Wnt / β-catenin. [23]
Регулирование
Мало что известно о регуляции сателлитных клеток. Хотя вместе Рах3 и Pax7 в настоящее время формируют окончательные спутниковые маркеры, гены Pax , как известно , бедные транскрипционные активаторы. Динамика активации и покоя, а также индукция миогенной программы через миогенные регуляторные факторы , Myf5 , MyoD , миогенин и MRF4 еще предстоит определить.
Некоторые исследования показывают, что сателлитные клетки негативно регулируются белком миостатином . Повышенные уровни миостатина активируют ингибитор циклин-зависимой киназы , называемый p21, и тем самым ингибируют дифференцировку сателлитных клеток. [24]
Смотрите также
- Список типов клеток человека, полученных из зародышевых листков
Рекомендации
- ^ a b c Birbrair, A .; Дельбоно, О. (2015). «Перициты необходимы для формирования скелетных мышц». Обзоры и отчеты о стволовых клетках . 11 (4): 547–548. DOI : 10.1007 / s12015-015-9588-6 . PMID 25896402 . S2CID 12812499 .
- ^ Б с д е е 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?». Pflügers Arch . 451 (2): 319–27. DOI : 10.1007 / s00424-005-1406-6 . PMID 16091958 . S2CID 21822010 .
- ^ 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. DOI : 10.1113 / jphysiol.2004.065904 . PMC 1665027 . PMID 15218062 .
- ^ Сигель А.Л., Кульманн П.К., Корнелисон Д.Д. (февраль 2011 г.). «Пролиферация и ассоциация мышечных сателлитных клеток: новые открытия из покадровой визуализации миофибры» . Скелетная мышца . 1 (1): 7. DOI : 10,1186 / 2044-5040-1-7 . PMC 3157006 . PMID 21798086 .
- ^ Заммит, PS; Куропатка, TA; Яблонька-Реувени, Z (ноябрь 2006 г.). «Сателлитная клетка скелетных мышц: стволовая клетка, пришедшая из холода» . Журнал гистохимии и цитохимии . 54 (11): 1177–91. DOI : 10,1369 / jhc.6r6995.2006 . PMID 16899758 .
- ^ Relaix F, Rocancourt D, Mansouri A, Buckingham M (июнь 2005 г.). «Pax3 / Pax7-зависимая популяция клеток-предшественников скелетных мышц». Природа . 435 (7044): 948–53. Bibcode : 2005Natur.435..948R . DOI : 10,1038 / природа03594 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0012-E8E0-9 . PMID 15843801 . S2CID 4415583 .
- ^ 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. Cell . 16 (6): 822–32. DOI : 10.1016 / j.devcel.2009.05.007 . PMC 3684422 . PMID 19531353 .
- ^ Beauchamp, JR; Heslop, L; Ю, Д.С. Таджбахш, S; Келли, Р.Г.; Верниг, А; Buckingham, ME; Куропатка, TA; Заммит, ПС (2000). «Экспрессия CD34 и Myf5 определяет большинство покоящихся сателлитных клеток скелетных мышц взрослых» . J Cell Biol . 151 (6): 1221–34. DOI : 10,1083 / jcb.151.6.1221 . PMC 2190588 . PMID 11121437 .
- ^ 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.
- ^ Маркилдон, Франсуа (2012). «Бета-белок связывания CCAAT / энхансера экспрессируется в клетках-сателлитах и контролирует миогенез» . Стволовые клетки . 30 (12): 2619–2630. DOI : 10.1002 / stem.1248 . PMID 23034923 . S2CID 1219256 .
- ^ Сил П, Полесская А, Рудницкий М.А. (2003). «Спецификация взрослых стволовых клеток с помощью передачи сигналов Wnt в регенерации мышц» . Клеточный цикл . 2 (5): 418–9. DOI : 10.4161 / cc.2.5.498 . PMID 12963830 .
- ^ 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. DOI : 10.1038 / nrg1109 . PMID 12838342 . S2CID 1800309 .
- ^ Муркиоти Ф, Розенталь Н. (октябрь 2005 г.). «IGF-1, воспаление и стволовые клетки: взаимодействие во время регенерации мышц». Trends Immunol . 26 (10): 535–42. DOI : 10.1016 / j.it.2005.08.002 . PMID 16109502 .
- ^ Хоук TJ, Гарри DJ (август 2001). «Миогенные сателлитные клетки: от физиологии к молекулярной биологии». J. Appl. Physiol . 91 (2): 534–51. DOI : 10.1152 / jappl.2001.91.2.534 . PMID 11457764 .
- ^ 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. DOI : 10.1139 / y04-020 . PMID 15213729 .
- ^ 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 рецепторов андрогенов в мышцах у людей». Являюсь. J. Physiol. Эндокринол. Метаб . 280 (3): E383–90. DOI : 10.1152 / ajpendo.2001.280.3.E383 . PMID 11171591 .
- ^ 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. DOI : 10.1046 / j.1365-201X.1996.492235000.x . PMID 8800359 .
- ^ 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. DOI : 10.1016 / s0014-5793 (02) 02918-6 . PMID 12095637 . S2CID 46646257 .
- ^ 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. DOI : 10.1002 / mus.10394 . PMID 12811778 . S2CID 20002383 .
- ^ Appell, HJ; Форсберг, S; Холлманн, В. (1988). «Активация сателлитных клеток в скелетных мышцах человека после тренировки: данные о новообразовании мышечных волокон». Int J Sports Med . 9 (4): 297–99. DOI : 10,1055 / с-2007-1025026 . PMID 3182162 .
- ^ 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 силовых тренировок с отягощениями» . J. Gerontol. Биол. Sci. Med. Sci . 56 (6): B240–7. DOI : 10.1093 / Герона / 56.6.B240 . PMID 11382785 .
- ^ 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. Bibcode : 2006Natur.444..574S . DOI : 10,1038 / природа05282 . PMID 17108972 . S2CID 62808421 .
- ^ Амини-Ник С., Глэнси Д. и др. (2011). «Клетки, экспрессирующие Pax7, способствуют заживлению кожных ран, регулируя размер рубца посредством процесса, опосредованного β-катенином». Стволовые клетки . 29 (9): 1371–9. DOI : 10.1002 / stem.688 . PMID 21739529 . S2CID 206518139 .
- ^ 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. DOI : 10,1083 / jcb.200207056 . PMC 2172861 . PMID 12963705 .
Внешние ссылки
- Изображение на neuro.wustl.edu
- Обзор на brown.edu
- Поиск NIF - спутниковая ячейка через информационную структуру нейробиологии