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Ruolo cruciale del gioco delle proteine nella crescita del muscolo

Quando un muscolo si sviluppa, perché il suo proprietario ancora sta sviluppandosi ugualmente o ha iniziato l'esercitazione regolarmente, alcune delle cellule staminali in questo muscolo si sviluppano nelle nuove celle di muscolo.

La stessa cosa accade quando un muscolo danneggiato si avvi guarire. Allo stesso tempo, tuttavia, le cellule staminali del muscolo devono produrre ulteriori cellule staminali - cioè, rinnovi - poichè la loro offerta sarebbe vuotata altrimenti molto rapidamente. Ciò richiede che le celle coinvolgere nella crescita del muscolo comunichino a vicenda.

La crescita del muscolo è regolamentata dalla via di segnalazione della tacca

Due anni fa, un gruppo dei ricercatori piombo dal professor Carmen Birchmeier, testa della biologia dello sviluppo/del laboratorio trasduzione del segnale al centro massimo basato a Berlino di Delbrück per medicina molecolare nell'associazione di Helmholtz (MDC), ha indicato che lo sviluppo delle cellule staminali nelle celle di muscolo è regolamentato con l'aiuto di due proteine, Hes1 e MyoD, che sono prodotti nelle celle del progenitore in un modo oscillatorio - cioè, là è fluttuazioni periodiche nel numero delle celle prodotte.

Entrambe le proteine sono comprese nella via di segnalazione della tacca, un meccanismo diffuso da cui le celle rispondono agli stimoli esterni e comunicano con altre celle. La via di segnalazione è nominata dopo il suo ricevitore “tacca,„ su cui il legante “delta,„ una proteina della superficie delle cellule, fermi.

Una terza proteina, Delta-like1, giochi un ruolo cruciale

“Nel nostro studio corrente, abbiamo fornito la prova inequivocabile che l'oscillazione nel tessuto del muscolo non è appena un certo fenomeno sconosciuto delle celle interessate, ma che queste fluttuazioni ritmiche nell'espressione genica sono realmente cruciali per le cellule staminali di trasformazione nelle celle di muscolo in un modo equilibrato e controllato,„ dice Birchmeier.

Insieme ai ricercatori dal Giappone e dalla Francia, Birchmeier ed altri quattro scienziati al MDC egualmente hanno scoperto il ruolo cruciale di una terza proteina che, con Hes1 e MyoD, forma una rete dinamica all'interno delle celle. Come il gruppo riferisce nelle comunicazioni della natura del giornale, questa proteina è il legante Delta-like1 della tacca, o Dll1 in breve.

È prodotta in cellule staminali attivate del muscolo in un modo periodicamente di variazione, con il periodo di oscillazione che dura due - tre ore. Ogni volta che una parte delle cellule staminali esprime più Dll1, la quantità nelle altre celle è corrispondentemente più bassa. Questa segnalazione ritmica determina se una cellula staminale diventa una nuova cellula staminale o si sviluppa in una cella di muscolo.„

Il professor Carmen Birchmeier, testa, laboratorio di trasduzione segnale/di biologia dello sviluppo, a centro massimo basato a Berlino di Delbrück per medicina molecolare nell'associazione di Helmholtz

La proteina Hes1 fissa il passo nelle cellule staminali

Nei loro esperimenti con le cellule staminali isolate, diverse fibre e mouse di muscolo, Birchmeier ed il suo gruppo più ancora esaminatori come le proteine di MyoD e di Hes1 sono comprese nella crescita del muscolo. “Messo semplicemente, Hes1 funge da stimolatore cardiaco oscillatorio, mentre MyoD aumenta l'espressione Dll1,„ dice il Dott. Ines Lahmann, uno scienziato nel laboratorio di Birchmeier e un autore principale dello studio con Yao Zhang dallo stesso gruppo. “Questi risultati sono stati dimostrati non solo nelle nostre analisi sperimentali, ma anche nei modelli matematici creati dal lupo del professor Jana e da Dott. Katharina Baum al MDC,„ Birchmeier dice.

Gli esperimenti con i mouse mutanti hanno fornito la prova decisiva

Per mezzo dei mouse gene-modificati, i ricercatori hanno ottenuto la prova più importante che l'oscillazione Dll1 svolge un ruolo critico nella regolamentazione della trasformazione delle cellule staminali nelle celle di muscolo. “In questi animali, una mutazione specifica nel gene Dll1 induce la produzione della proteina ad accadere con un ad azione ritardata di alcuni minuti,„ Birchmeier spiega. “Questo interrompe la produzione oscillatoria di Dll1 nelle comunità delle cellule, ma non altera la quantità globale del legante.„

“Tuttavia, la mutazione ha conseguenze severe sulle cellule staminali, azionante li prematuramente per differenziarsi nelle celle e nelle fibre di muscolo,„ rapporti Zhang, che hanno eseguito una grande parte degli esperimenti. Di conseguenza, dice, le cellule staminali sono state vuotate molto rapidamente, che hanno risultato, tra l'altro, in un muscolo ferito nei cosciotti posteriori dei mouse rigeneranti male e rimanenti più piccole di era stato prima della lesione. “Abbastanza ovviamente, questo cambiamento genetico minimo riesce ad interrompere la riuscita comunicazione - sotto forma di oscillazione - fra le cellule staminali,„ Zhang dice.

Questa conoscenza ha potuto piombo per migliorare i trattamenti per le malattie del muscolo

“Soltanto quando Dll1 lega al ricevitore della tacca in un modo oscillatorio e così periodicamente inizia la cascata di segnalazione nelle cellule staminali è là un buon equilibrio fra il auto-rinnovo e la differenziazione nelle celle,„ Birchmeier conclude. Il ricercatore del MDC spera che una migliore comprensione della rigenerazione e della crescita del muscolo possa guida giorna creare i trattamenti più efficaci per le ferite e le malattie del muscolo.

Source:
Journal reference:

Zhang, Y., et al. (2021) Oscillations of Delta-like1 regulate the balance between differentiation and maintenance of muscle stem cells. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-21631-4.