Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două dintre celule produc MyoG (albastru): se diferențiază pentru a forma o nouă celulă musculară. Rețineți că suprapunerea albastru, verde și roșu apare alb. Credit: Birchmeier Lab, MDC

Trei proteine ​​oscilante fac ca celulele musculare noi să iasă din celulele stem musculare în mod echilibrat. Într-o lucrare publicată în jurnal Comunicarea naturii, o echipă condusă de cercetătorul MDC Carmen Birchmeier explică în detaliu cum funcționează acest proces.

Când un mușchi crește, deoarece proprietarul său crește, de asemenea, sau a început să exercite în mod regulat, unele dintre celulele stem din acest mușchi se dezvoltă în celule musculare noi. Același lucru se întâmplă atunci când un mușchi rănit începe să se vindece. În același timp, totuși, celulele stem musculare trebuie să producă celule stem suplimentare – adică să se reînnoiască – deoarece aprovizionarea lor ar fi epuizată foarte repede. Acest lucru necesită ca celulele implicate în creșterea musculară să comunice între ele.

Creșterea musculară este reglementată de calea de semnalizare Notch

În urmă cu doi ani, o echipă de cercetători condusă de profesorul Carmen Birchmeier, șeful Laboratorului de biologie a dezvoltării / transmiterii semnalului la Centrul Max Delbrück pentru Medicină Moleculară din Berlin, de la Helmholtz Society (MDC), a demonstrat că celulele stem dezvoltă celulele musculare sunt reglementate cu ajutorul a două proteine, Hes1 și MyoD, care sunt produse în celulele progenitoare într-o manieră oscilatorie – adică, există variații periodice ale numărului de celule produse.

Ambele proteine ​​sunt implicate în calea de semnalizare Notch, un mecanism larg prin care celulele răspund la stimuli externi și comunică cu alte celule. Calea de semnalizare este denumită după receptorul său „Notch”, pe care face clic ligandul proteinei suprafeței celulei „Delta”.

O a treia proteină, similară cu Delta, joacă un rol crucial

„În studiul nostru actual, am furnizat dovezi copleșitoare că oscilația din țesutul muscular nu este doar un fenomen ciudat al celulelor implicate, ci că aceste variații ritmice în expresia genelor sunt esențiale pentru transformarea fundamentală a celulelor stem în celule musculare echilibrate și controlate . metoda ”, a spus Birchmeier.

Împreună cu cercetători din Japonia și Franța, Birchmeier și alți patru oameni de știință de la MDC au dezvăluit rolul critic al unei a treia proteine ​​care, împreună cu Hes1 și MyoD, formează o rețea dinamică în interiorul celulelor. După cum raportează echipa în jurnal Comunicarea naturii, această proteină este ligandul Notch Delta-like1, sau Dll1 pe scurt. „Se produce din când în când în celule stem musculare activate, cu o oscilație de două până la trei ore”, explică Birchmeier, adăugând: „Ori de câte ori o porțiune a celulelor stem exprimă mai mult Dll1, cantitatea din alte celule este în mod corespunzător mai mică. Aceste semnale ritmice determină dacă o celulă stem devine o nouă celulă stem sau se dezvoltă într-o celulă musculară. ”

Proteina Hes1 stabilește ritmul în celulele stem

În experimentele lor cu celule stem izolate, fibre musculare și șoareci individuali, Birchmeier și echipa ei au investigat în continuare modul în care proteinele Hes1 și MyoD sunt implicate în creșterea musculară. „Hes1 acționează pur și simplu ca regulator oscilator al inimii, în timp ce MyoD mărește expresia Dll1”, spune Dr. Ines Lahmann, om de știință în laboratorul Birchmeier și autor principal al studiului împreună cu Yao Zhang din aceeași echipă. „Aceste descoperiri au fost arătate nu numai în analizele noastre experimentale, ci și în modelele matematice create de profesorul Jana Wolf și Dr. Katharina Baum la MDC ”, a spus Birchmeier.

Experimentele cu șoareci mutanți au fost concludente

Cu ajutorul șoarecilor modificați de genă, cercetătorii au obținut cele mai importante dovezi că oscilația Dll1 joacă un rol critic în reglarea transformării celulelor stem în celule musculare. „La aceste animale, o mutație specifică a genei Dll1 face ca proteina să fie produsă cu o întârziere de câteva minute”, explică Birchmeier. “Acest lucru perturbă producția oscilatorie Dll1 în comunitățile celulare, dar nu modifică ligandul total.”

„Cu toate acestea, mutația are consecințe grave asupra celulelor stem, forțându-le să se diferențieze prematur în celule musculare și fibre”, spune Zhang, care a efectuat o mare parte din experimente. Ca urmare, a spus el, celulele stem s-au epuizat foarte repede, ceea ce, printre altele, a dus la un mușchi rănit în picioarele posterioare ale șobolanului care se regenerează slab și rămâne mai mic decât înainte de rănire. “În mod clar, această mică modificare genetică reușește să perturbe comunicarea de succes – sub formă de oscilație – între celulele stem”, spune Zhang.

Aceste informații ar putea duce la tratamente mai bune pentru bolile musculare

„Abia atunci când Dll1 se leagă de receptorul Notch într-un mod oscilator și astfel inițiază cascada de semnalizare în celulele stem din când în când, există un echilibru bun între auto-reînnoire și diferențierea celulară”, conchide Birchmeier. Cercetătorul MDC speră că o mai bună înțelegere a regenerării și creșterii musculare ar putea ajuta la crearea unor tratamente mai eficiente pentru leziunile și bolile musculare.

Referință: „Oscilațiile Delta-like1 reglează echilibrul dintre diferențierea și întreținerea celulelor stem musculare” de Yao Zhang, Ines Lahmann, Katharina Baum, Hiromi Shimojo, Philippos Mourikis, Jana Wolf, Ryoichiro Kageyama și Carmen Birchmeier, 26 februarie 2021, Comunicarea naturii.
DOI: 10.1038 / a41467-021-21631-4

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Forțele evolutive competitive conduc la evoluția rapidă a Salamander Color

Salamandrele patate sunt o specie răspândită în estul Statelor Unite, care se întorc în iazuri temporare în primăvară pentru a se reproduce. Credit:...

Oamenii de știință Awestruck urmăresc piscinele de electroni 2D care apar spontan în material supraconductor 3D

Oamenii de știință SLAC și Stanford au observat iazuri cu un comportament supraconductor 2D ieșind dintr-un supraconductor 3D neconvențional, care transmite electricitate cu o...

Ce dezvăluie un râu glaciar deasupra stratului de gheață din Groenlanda și creșterea globală a nivelului mării

La marginea stratului de gheață din Groenlanda, unde ghețarii se topesc constant, apa curge peste tot printr-un sistem complicat de lacuri și cursuri de...

Producția de energie durabilă prin reducerea electrochimică

Credit ilustrativ: Cortland Johnson | PNNL Rezervele mici de biomasă, cum ar fi apele uzate, deșeurile alimentare și așchii de lemn, sunt adesea trecute...

Orientările privind distanța fizică trebuie actualizate pentru a reflecta noi științe

De Universitatea Northwestern 12 aprilie 2021 Dr. Robert Murphy a spus că ar trebui să putem merge pe trei picioare. Dr. Robert Murphy, director executiv al Institutului...

Newsletter

Subscribe to stay updated.