Satelitní svalová buňka

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Myosatelitní buňka, také satelitní buňka nebo svalová kmenová buňka, je multipotentní buňka s malým množstvím cytoplazmy ve svalu,[1] speciální typ kmenové buňky ve svalu. Satelitní buňky jsou předchůdci buněk kosterního svalstva schopné tvořit další satelitní buňky nebo se diferenciovat v buňky kosterního svalstva.[2] Po aktivaci mohou znovu vstoupit do buněčného cyklu, aby se proliferovaly a diferencovaly na myoblasty.[3]

Myosatelitní buňky se nacházejí mezi bazální membránou a sarkolemou svalových vláken[4] a mohou ležet v drážkách paralelně nebo příčně k podélné ose vlákna. Jejich distribuce po vlákně se může výrazně lišit. Lze u nich pozorovat dvě stádia – klidové stádium nebo aktivované stádium.

Neproliferativní myosatelitní buňky v klidovém stádiu, které navazují na kosterní svaly, lze rozpoznat podle jejich odlišného umístění mezi sarkolemou a bazální laminou, vysokým poměrem objemu jaderných buněk k cytoplazmě, několika organelami (např. ribozomy, endoplazmatické retikulum, mitochondrie, Golgiho komplex), malé jaderné velikosti a velkého množství jaderného heterochromatinu vzhledem k myocytům. Oproti tomu aktivní satelitní buňky mají zvýšený počet caveolí (v angličtině též nazváno jako "malé jeskyně", jde o malou invaginaci plasmatické membrány – vytvoření dutiny), cytoplazmatických organel a sníženou hladinu heterochromatinu.[2] V nepoškozeném svalu je většina satelitních buněk v klidovém stádiu; takže se nediferencují ani neabsolvují buněčné dělení. V reakci na mechanické namáhání se změní na aktivní satelitní buňky. Aktivované satelitní buňky zpočátku proliferují jako kosterní myoblasty, než podstoupí myogenní diferenciaci.[1]

Satelitní buňky jsou schopné se diferenciovat a slučovat se, aby zvětšily svalová vlákna nebo vytvořily úplně nová vlákna. Tyto buňky patří mezi jedny z nejdéle známých dospělých kmenových buněk a podílejí se na normálním růstu svalu, ale i na regeneraci po poranění nebo nemoci.

Struktura[editovat | editovat zdroj]

Genetické markery[editovat | editovat zdroj]

Satelitní buňky mají řadu charakteristických genetických markerů, dle kterých je lze dobře identifikovat. Současně se domníváme, že většina satelitních buněk má markery PAX7 a PAX3.[5] Výjimku tvoří však satelitní buňky ve svalech hlavy, neboť mají jedinečný vývojový program[6] a jsou Pax3-negativní. Kromě toho lze klidové i aktivované lidské satelitní buňky identifikovat pomocí membránově vázané adhezivní molekuly nervových buněk (N-CAM / CD56 / Leu-19), což je glykoprotein na buněčném povrchu. Méně běžně používanými markery je myocytální jaderný faktor (MNF) a c-met protoonkogen (receptor pro růstový faktor hepatocytů ( HGF)).[2]

Většinu klidových satelitních buněk poznáme podle markerů CD34 a Myf5.[7] Problém ale nastává při identifikaci aktivních satelitních buněk, zvláště když se jejich markery mění v závislosti na jejich aktivitě; například větší aktivace vede k postupné ztrátě exprese PAX7 při jejich vstupu do proliferačního stádia. Nicméně po diferenciaci satelitních buněk je PAX7 označen viditelně.[8] Testování HGF se také používá k identifikaci aktivních satelitních buněk.[2] Aktivované satelitní buňky také začnou exprimovat svalové specifické vláknité proteiny, jako je desmin během jejich diferenciace.

Odvětví biologie satelitních buněk je omezeno stejnými technickými obtížemi jako ostatní odvětví kmenových buněk. Studie se výhradně opírají o průtokovou cytometrii a analýzu dle třídění fluorescenčně aktivních buněk (FACS), která neposkytuje žádné informace o buněčném původu nebo chování. Proto je nika satelitních buněk relativně nejasná a je pravděpodobné, že se skládá z několika dalších populací.

Funkce[editovat | editovat zdroj]

Regenerace svalů[editovat | editovat zdroj]

Když svalové buňky zasáhne nějaké zranění, uvolní se klidové satelitní buňky zpod bazální membrány. Změní se na aktivní myosatelitní buňky a znovu vstupují do buněčného cyklu. Tyto dělící se buňky jsou známé jako „tranzitní amplifikační skupina“ předtím, než absolvují myogenní diferenciaci, aby vznikly nové (postmitotické) myotuby (seskupení myoblastů, z nich vznikají mnohojaderná syncytia, ze kterých se tvoří svalová vlákna). Existují také důkazy, že tyto buňky by mohly být schopné sloučit se s existujícími vlákny, aby tak usnadnily růst a opravu.[1]

Samotný proces regenerace svalů vyžaduje významnou přestavbu extracelulární matrix a tam, kde dochází k rozsáhlému poškození, je neúplný. Fibroblasty ve zjizvené tkáni, které mohou narušit funkci svalů, jsou významnou součástí patologie svalových dystrofií.

Satelitní buňky se pak proliferují a vytvářejí nová svalová vlákna procesem podobným jako při embryonálním vývoji svalů u plodu.[9] Po několika buněčných děleních se začnou satelitní buňky slučovat s poškozenými svalovými vlákny a procházet dalšími diferenciacemi a zráním.[9] Jednou z prvních rolí popsaných pro IGF-1 byla jeho účast na proliferaci a diferenciaci satelitních buněk. Navíc exprese IGF-1 v kosterním svalu rozšiřuje schopnost aktivovat proliferaci satelitních buněk (Charkravarthy a kol., 2000), zvyšuje a prodlužuje příznivé účinky na stárnoucí sval.[10][11]

Účinky při cvičení[editovat | editovat zdroj]

Aktivace satelitních buněk se měří dle rozsahu proliferace a diferenciace. Obvykle je obsah satelitních buněk vyjádřen v jednotkách na svalové vlákno nebo jako procento z celkového jaderného obsahu, součet jader satelitů a myocytů. Zatímco adaptivní reakce na cvičení se může individuálně velmi lišit dle mnoha faktorů, jako je například genetika, věk nebo strava, výzkumy s lidmi ukázaly obecný trend, který lze aplikovat při zobecnění teorie.[2]

Obecně se předpokládá, že cvičení způsobuje uvolňování signálních molekul včetně zánětlivých látek, cytokinů a růstových faktorů z okolních pojivových tkání a aktivních kosterních svalů.[2] Například cytokin HGF se přenáší z extracelulární matrix do svalů cestou závislou na oxidu dusnatém (NO). Předpokládá se, že zatímco HGF aktivuje satelitní buňky, tak inzulinový růstový faktor-I (IGF-1) a fibroblastový růstový faktor (FGF) navyšují rychlost proliferace satelitních buněk po jejich aktivaci.[12] Studie prokázaly, že intenzivní cvičení obecně zvyšuje produkci IGF-1, ačkoli reakce našeho těla je velmi individuální.[13][14] Přesněji řečeno, IGF-1 existuje ve dvou izoformách: mechanický růstový faktor (MGF) a IGF-IEa.[15] Zatímco první vyvolává aktivaci a proliferaci buněk, ten druhý způsobuje diferenciaci proliferujících satelitních buněk.[15]

Další studie ukázaly, že jak trénink na výkon, tak vytrvalostní trénink vedou ke zvýšení počtu satelitních buněk.[8][16] Tyto výsledky naznačují, že lehký vytrvalostní tréninkový režim může být užitečný k potlačení přirozeného úbytku satelitních buněk způsobeným stárnutím.[2] Ve výkonně náročném tréninku je aktivace a proliferace satelitních buněk prokázána zvýšenými hladinami mRNA cyklinu D1 a p21 mRNA.

Aktivace satelitních buněk byla také prokázána na ultrastrukturální úrovni po cvičení. Bylo prokázáno, že přicvičení aerobiku významně přibývá množství drsného endoplazmatického retikula, volné ribozomy a mitochondrie stimulovaných svalových skupin. Navíc se ukázalo, že satelitní buňky se slučují spolu se svalovými vlákny a vyvíjejí nová svalová vlákna.[17] Mezi další ultrastrukturální důkazy pro aktivované satelitní buňky patří zvýšená koncentrace množství Golgiho komplexu nebo pinocytotických váčků.[18]

Výzkum[editovat | editovat zdroj]

Budoucnost kmenových buněk se rychle posouvá dopředu, a proto i výzkumu satelitních buněk byla věnována nemalá pozornost. Bohužel se zdá, že transplantované satelitní buňky mají omezenou kapacitu pro migraci a jsou schopné regenerovat svaly pouze v oblasti místa dodání. Systematická léčba nebo dokonce léčba celého svalu proto tímto způsobem není možná. Ukázalo se však, že jiné buňky v těle, jako jsou pericyty a krvetvorné kmenové buňky, jsou schopné se podílet na regeneraci svalů podobným způsobem jako endogenní satelitní buňka. Výhodou použití těchto buněčných typů pro léčbu svalových onemocnění je, že mohou být dodány systematicky a samostatně migrovat do místa poranění. Obzvláště úspěšná byla v poslední době dodávka mezoangioblastových buněk do modelu psa zlatého retrívra trpící na Duchenenneovou muskulární dystrofii (DMD), která účinně vyléčila toto onemocnění.[19] Použitý objem vzorku byl však poměrně malý a studie byla od té doby kritizována za nedostatek vhodných kontrol pro použití imunosupresivních léků. Nedávno bylo zveřejněno, že buňky obsahující PAX7 přispívají k opravě rány v dermis přijetím fibrického fenotypu prostřednictvím procesu zprostředkovaného Wnt / p-kateninem.[20]

Regulace[editovat | editovat zdroj]

Zatím víme jen málo o regulaci satelitních buněk. Ačkoli jsou PAX3 a PAX7 v současné době považovány za jasné satelitní markery, geny PAX jsou notoricky známé jako špatné transkripční aktivátory. Proto je třeba určit dynamiku aktivace a klidového stavu a začátku myogenního programu prostřednictvím myogenních regulačních faktorů Myf5, MyoD, myogenin a MRF4 .

Také existuje výzkum, který naznačuje, že satelitní buňky jsou negativně regulovány proteinem zvaným myostatin. Zvýšené hladiny myostatinu regulují inhibitor cyklin-dependentní kinázy zvaný p21 a tím způsobují inhibici diferenciace satelitních buněk.[21]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Myosatellite cell na anglické Wikipedii.

  1. a b c Birbrair, A.; Delbono, O. (2015). "Pericytes are Essential for Skeletal Muscle Formation". Stem Cell Reviews and Reports. 11 (4): 547–548. doi:547–548. doi:10.1007/s12015-015-9588-6. PMID 25896402. S2CID 12812499
  2. a b c d e f g Kadi F, Charifi N, Denis C, Lexell J, Andersen JL, Schjerling P, Olsen S, Kjaer M. The behaviour of satellite cells in response to exercise: what have we learned from human studies?. Pflügers Arch.. November 2005, s. 319–27. DOI 10.1007/s00424-005-1406-6. PMID 16091958. S2CID 21822010. (anglicky) 
  3. Siegel AL, Kuhlmann PK, Cornelison DD (February 2011). "Muscle satellite cell proliferation and association: new insights from myofiber time-lapse imaging". Skeletal Muscle. 1 (1): 7. doi:10.1186/2044-5040-1-7. PMC 3157006. PMID 21798086
  4. Zammit, PS; Partridge, TA; Yablonka-Reuveni, Z (November 2006). "The skeletal muscle satellite cell: the stem cell that came in from the cold". Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 54 (11): 1177–91. doi:10.1369/jhc.6r6995.2006. PMID 16899758
  5. Relaix F, Rocancourt D, Mansouri A, Buckingham M (June 2005). "A Pax3/Pax7-dependent population of skeletal muscle progenitor cells". Nature. 435 (7044): 948–53. Bibcode:2005Natur.435..948R. doi:10.1038/nature03594. hdl:11858/00-001M-0000-0012-E8E0-9. PMID 15843801. S2CID 4415583
  6. Harel I, Nathan E, Tirosh-Finkel L, Zigdon H, Guimarães-Camboa N, Evans SM, Tzahor E (June 2009). "Distinct origins and genetic programs of head muscle satellite cells". Dev. Cell. 16 (6): 822–32. doi:10.1016/j.devcel.2009.05.007. PMC 3684422. PMID 19531353
  7. Beauchamp, JR; Heslop, L; Yu, DS; Tajbakhsh, S; Kelly, RG; Wernig, A; Buckingham, ME; Partridge, TA; Zammit, PS (2000). "Expression of CD34 and Myf5 defines the majority of quiescent adult skeletal muscle satellite cells". J Cell Biol. 151 (6): 1221–34. doi:10.1083/jcb.151.6.1221. PMC 2190588. PMID 11121437
  8. a b CRAMERI, R; AAGAARD, P; QVORTRUP, K; KJAER, M. N-CAM and Pax7 immunoreactive cells are expressed differently in the human vastus lateralis after a single bout of exhaustive eccentric exercise. J Physiol. 2004, s. 165. (anglicky) 
  9. a b Seale P, Polesskaya A, Rudnicki MA (2003). "Adult stem cell specification by Wnt signaling in muscle regeneration". Cell Cycle. 2 (5): 418–9. doi:10.4161/cc.2.5.498. PMID 12963830
  10. Mourkioti F, Rosenthal N (October 2005). "IGF-1, inflammation and stem cells: interactions during muscle regeneration". Trends Immunol. 26 (10): 535–42. doi:10.1016/j.it.2005.08.002. PMID 16109502
  11. Hawke TJ, Garry DJ (August 2001). "Myogenic satellite cells: physiology to molecular biology". J. Appl. Physiol. 91 (2): 534–51. doi:10.1152/jappl.2001.91.2.534. PMID 11457764
  12. Anderson, JE; Wozniak, AC (2004). "Satellite cell activation on fibers: modeling events in vivo—an invited review". Can J Physiol Pharmacol. 82 (5): 300–10. doi:10.1139/y04-020. PMID 15213729
  13. Bamman MM, Shipp JR, Jiang J, Gower BA, Hunter GR, Goodman A, McLafferty CL, Urban RJ (March 2001). "Mechanical load increases muscle IGF-I and androgen receptor mRNA concentrations in humans". Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 280 (3): E383–90. doi:10.1152/ajpendo.2001.280.3.E383. PMID 11171591
  14. Hellsten Y, Hansson HA, Johnson L, Frandsen U, Sjödin B (June 1996). "Increased expression of xanthine oxidase and insulin-like growth factor I (IGF-I) immunoreactivity in skeletal muscle after strenuous exercise in humans". Acta Physiol. Scand. 157 (2): 191–7. doi:10.1046/j.1365-201X.1996.492235000.x. PMID 8800359
  15. a b Yang, SY; Goldspink, G (2002). "Different roles of the IGF-I Ec peptide (MGF) and mature IGF-I in myoblast proliferation and differentiation". FEBS Lett. 522 (1–3): 156–60. doi:10.1016/s0014-5793(02)02918-6. PMID 12095637. S2CID 46646257
  16. Charifi N, Kadi F, Féasson L, Denis C (July 2003). "Effects of endurance training on satellite cell frequency in skeletal muscle of old men". Muscle Nerve. 28 (1): 87–92. doi:10.1002/mus.10394. PMID 12811778. S2CID 20002383
  17. Appell, HJ; Forsberg, S; Hollmann, W (1988). "Satellite cell activation in human skeletal muscle after training: evidence for muscle fiber neoformation". Int J Sports Med. 9 (4): 297–99. doi:10.1055/s-2007-1025026. PMID 3182162
  18. Roth SM, Martel GF, Ivey FM, Lemmer JT, Tracy BL, Metter EJ, Hurley BF, Rogers MA (June 2001). "Skeletal muscle satellite cell characteristics in young and older men and women after heavy resistance strength training". J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 56 (6): B240–7. doi:10.1093/gerona/56.6.B240. PMID 11382785
  19. Sampaolesi M, Blot S, D'Antona G, Granger N, Tonlorenzi R, Innocenzi A, et al. (November 2006). "Mesoangioblast stem cells ameliorate muscle function in dystrophic dogs" (PDF). Nature. 444 (7119): 574–9. Bibcode:2006Natur.444..574S. doi:10.1038/nature05282. PMID 17108972. S2CID 62808421
  20. Amini-Nik S, Glancy D, et al. (2011). "Pax7 expressing cells contribute to dermal wound repair, regulating scar size through a β-catenin mediated process". Stem Cells. 29 (9): 1371–9. doi:10.1002/stem.688. PMID 21739529. S2CID 206518139
  21. McCroskery S, Thomas M, Maxwell L, Sharma M, Kambadur R (2003). "Myostatin negatively regulates satellite cell activation and self-renewal". J Cell Biol. 162 (6): 1135–47. doi:10.1083/jcb.200207056. PMC 2172861. PMID 12963705