Где располагаются клетки сателлиты скелетной мышечной ткани. Смотреть что такое "клетки-сателлиты" в других словарях
47.2.Источники развития
Подразделение клеток на нейроны и глию.
Нервная ткань в эмбриогенезе возникла последней. Закладывается на 3 неделе эмбригенеза, когда образуется нервная пластинка, которая превращается в нервный желобок, затем в нервную трубку. В стенке нервной трубки пролиферируют стволовые вентрикулярные клетки, из них образуются нейробласты из них формируются нервные клетки, Нейробласты дают начало огромному количеству нейронов (10 12), но вскоре после рождения теряют способность к делению.
и глиобласты из них формируются глиальные клетки это астроциты, олигодендроциты и эпендимоциты. Таким образом, нервная ткань включает нервные и глиальные клетки.
Глиобласты, долго сохраняя пролиферативную активность, дифференцируются в глиоциты (некоторые из которых тоже способны к делению).
В это же время, т. е. в эмбриональном периоде, значительная часть (до 40-80 %) образующихся нервных клеток погибает путем апоптоза. Считают, что это, во-первых, клетки с серьезными повреждениями хромосом (в т. ч. хромосомной ДНК) и, во-вторых, клетки, отростки которых не смогли установить связь с соответствующими структурами (клетками-мишенями, органами чувств и т. д.)
47.3.Локализация различных видов глиальных клеток
Глия центральной нервной системы:
макроглия - происходит из глиобластов; сюда относятся олигодендроглия, астроглия и эпендимная глия;
микроглия - происходит из промоноцитов.
Глия периферической нервной системы (часто её рассматривают как разновидность олигодендроглии): мантийные глиоциты (клетки-сателлиты, или глиоциты ганглиев),
нейролеммоциты (шванновские клетки).
47.4.Строение различных видов глиальных клеток
Кратко:
Подробно: Астроглия - представлена астроцитами самыми крупными из глиальных клеток, которые встречаются во всех отделах нервной системы. Астроциты характеризуются светлым овальным ядром, цитоплазмой с умеренно развитыми важнейшими органеллами, многочисленными гранулами гликогена и промежуточными филаментами. Последние из тела клетки проникают в отростки и содержат особый глиальный фибриллярный кислый белок (ГФКБ), который служит маркером астроцитов. На концах отростков имеются пластинчатые расширения ("ножки"), которые, соединяясь друг с другом, в виде мембран окружают сосуды или нейроны. Астроциты образуют щелевые соединения между собой, а также с клетками олигодендропгаи и эпендимной глии.
Астроциты подразделяются на две группы:
Протоплазматические (плазматические) астроциты встречаются преимущественно в сером веществе ЦНС\ для них характерно наличие многочисленных разветвленных коротких сравнительно толстых отростков, невысокое содежание ГФКБ.
Волокнистые (фиброзные) астроциты располагаются, в основном, в белом веществе ЦНС. От их тел отходят длинные тонкие незначительно ветвящиеся отростки. Характеризуются высоким содержанием ГФКБ.
Функции астроглии
опорная формирование опорного каркаса ЦНС, внутри которого располагаются другие клетки и волокна; в ходе эмбрионального развития служат опорными и направляющими элементами, вдоль которых происходит миграция развивающихся нейронов. Направляющая функция связана также с секрецией ростовых факторов и продукцией определенных компонентов межклеточного вещества, распознаваемых эмбриональными нейронами и их отростками.
разграничительная, транспортная и барьерная (направлена на обеспечение оптимального микроокружения нейронов):
метаболическая и регуляторная считается одной из наиболее важных функций астроцитов, которая направлена на поддержание определенных концентраций ионов К + и медиаторов в микроокружении нейронов. Астроциты совместно с клетками олигодендроглии принимают участие в метаболизме медиаторов (катехоламинов, ГАМК, пептидов).
защитная (фагоцитарная, иммунная и репаративная) участие в различных защитных реакциях при повреждении нервной ткани. Астроциты, как и клетки микроглии характеризуются выраженной фагоцитарной активностью. Подобно последним, они обладают и признаками АПК: экспрессируют на своей поверхности молекулы МНС II класса, способны захватывать, подвергать процессингу и представлять антигены, а также вырабатывать цитокины. На завершающих этапах воспалительных реакций в ЦНС астроциты, разрастаясь, формируют на месте поврежденной ткани глиальный рубец.
Эпендимная глия , или эпендима образована клетками кубической или цилиндрической формы (эпендимоцитами), однослойные пласты которых выстилают полости желудочков головного мозга и центрального канала спинного мозга. К эпендимной глии ряд авторов относит и плоские клетки, образующие выстилки мозговых оболочек (менинготелий).
Ядро эпендимоцитов содержит плотный хроматин, органеллы умеренно развиты. Апикальная поверхность части эпендимоцитов несет реснички, которые своими движениями перемещают спинномозговую жидкость (СМЖ), а от базального полюса некоторых клеток отходит длинный отросток, протягивающийся до поверхности мозга и входящий в состав поверхностной пограничной глиальной мембраны (краевой глии).
Поскольку клетки эпендимной глии образуют пласты, в которых их латеральные поверхности связаны межклеточными соединениями, по морфофункциональным свойствам ее относят к эпителиям (эпендимоглиального типа по Н.Г.Хлопину). Базальная мембрана, по данным некоторых авторов, присутствует не везде. В отдельных участках эпендимоциты обладают характерными структурно-функциональные особенностями; к таким клеткам, в частности, относят хороидные эпендимоциты и танициты.
Хороидные эпендимоциты - эпендимоциты в области сосудистых сплетений участков образования СМЖ. Они имеют кубическую форму и покрывают выпячивания мягкой мозговой оболочки, вдающиеся в просвет желудочков головного мозга (крыша III и IV желудочков, участки стенки боковых желудочков). На их выпуклой апикалыюй поверхности имеются с многочисленные микроворсинки, латеральные поверхности связаны комплексами соединений, а базальные образуют выпячивания (ножки), которые переплетаются друг с другом, формируя базальный лабиринт. Слой эпендимоцитов располагается на базальной мембране, отделяющей его от подлежащей рыхлой соединительной ткани мягкой мозговой оболочки, в которой находится сеть фенестрированных капилляров, обладающих высокой проницаемостью благодаря многочисленным порам в цитоплазме эндотелиальных клегок. Эпендимопиты сосудистых сплетений входят в состав гематоликворного барьера (барьера между кровью и СМЖ), через который происходит ультрафильтрация крови с образованием СМЖ (около 500 мл/сут).
Танициты - специализированные клетки эпендимы в латеральных участках стенки III желудочка, инфундибулярного кармана, срединного возвышения. Имеют кубическую или призматическую форму, их апикальная поверхность покрыта микроворсинками и отдельными ресничками, а от базальной отходит длинный отросток, оканчивающийся пластинчатым расширением на кровеносном капилляре. Танициты поглощают вещества из СМЖ и транспортируют их по своему отростку в просвет сосудов, обеспечивая тем самым связь между СМЖ в просвете желудочков мозга и кровью.
Функции эпендимной глии:
нейроликворного (с высокой проницаемостью),
гематоликворного
опорная (за счет базальных отростков);
образование барьеров:
ультрафильтрация компонентов СМЖ
Олигодендроглия (от греч. oligo мало, dendron дерево и glia клей, т.е. глия с малым количеством отростков) обширная группа разнообразных мелких клеток (олигодендроцитов) с короткими немногочисленными отростками, которые окружают тела нейронов, входят в состав нервных волокон и нервных окончаний. Встречаются в ЦНС (сером и белом веществе) и ПНС; характеризуются темным ядром, плотной цитоплазмой с хорошо развитым синтетическим аппаратом, высоким содержанием митохондрий, лизосом и гранул гликогена.
Клетки-сателлиты (мантийные клетки) охватывают тела нейронов в спинальных, черепномозговых и вегетативных ганлиях. Они имеют уплощенную форму, мелкое круглое или овальное ядро. Обеспечивают барьерную функцию, регулируют метаболизм нейронов, захватывают нейромедиаторы.
Леммоциты (шванновские клетки) в ПНС и олигодендроциты в ЦНС участвуют в образовании нервных волокон, изолируя отростки нейронов. Обладают способностью к выработке миелиновой оболочки.
Микроглия - совокупность мелких удлиненных звездчатых клеток (микроглиоцитов) с плотной цитоплазмой и сравнительно короткими ветвящимися отростками, располагающихся преимущественно вдоль капилляров в ЦНС. В отличие от клеток макроглии, они имеют мезенхимное происхождение, развиваясь непосредственно из моноцитов (или периваскулярных макрофагов мозга) и относятся к макрофагально-монопитарной системе. Для них характерны ядра с преобладанием гетерохрома! ина и высокое содержание лизосом в цитоплазме.
Функция микроглии - защитная (в том числе иммунная). Клетки микроглии традиционно рассматривают как специализированные макрофаги ЦНС - они обладают значительной подвижностью, активируясь и увеличиваясь в числе при воспалительных и дегенеративных заболеваниях нервной системы, когда они утрачивают отростки, округляются и фагоцитируют остатки погибших клеток. Активированные клетки микроглии экспрессируют молекулы МНС I и II классов и рецептор CD4, выполняют в ЦНС функцию дендритных АПК, секретируют ряд цитокинов. Эти клетки играют очень важную роль в развитии поражений нервной системы при СПИДе. Им приписывают роль "троянского коня", разносящего (совместно с гематогенными моноцитами и макрофагами) ВИЧ по ЦНС. С повышенной активностью клеток микроглии, выделяющих значительные количества цитокинов и токсических радикалов, связывают и усиленную гибель нейронов при СПИДе механизмом апоптоза, который индуцируется в них вследствие нарушения нормального баланса цитокинов.
Смотрите также:
- САТИРИАЗ , satyriasis, особый вид сексуальной гиперестезии у мужчин, выражается в постоянном влечении к половому удовлетворению. Следует отличать от приапизма (см.).
- САТУРАЦИЯ (Saturatio), лекарственная форма, в наст, время почти вышедшая из употребления, представляющая насыщенный углекислотой водный раствор лекарственных средств. Для приготовления С. в условиях аптеки нужно ввести в состав раствора какую-либо...
- SAPHENAE VENAE , подкожные вены нижней конечности (от греч. saphenus-ясный, видимый; обозначение части вместо целого-вены видны на небольшом протяжении). Большая подкожная вена идет от внутренней лодыжки до верхне-передней части бедра, малая-от наружного...
- САФРАНИН (иногда Шафраник), красящие вещества, принадлежащие к группе азокрасок, основного характера, обыкновенно в виде солянокислых солей. Самую простую формулу имеет фено-С, сложнее состав толу-С, содержащего метиловые группы. Продажные марки С.: Т, ...
- САХАР , углевод сладкого вкуса, имеющий широкое распространение в качестве питательного и вкусового вещества. Из различных видов С. наибольшее пищевое значение имеют: тростниковый (сахароза, свекловичный), виноградный (глюкоза, декстроза), плодовый (фруктоза, левулеза), ...
А- По цитолемме.
Б- По саркотубулярной системе.
В- По цитоплазматической гранулярной сети.
Г- По цитолемме и саркотубулярной системе.
Д- По микротрубочкам.
40. Двигательные нервные окончания в мышцах заканчиваются:
А- на плазмолемме специализированного участка мышечного волокна
Б- на кровеносных сосудах
В- на актиновых дисках
Г- на миосателлитоцитах
Д- на миозиновых дисках
Какая ткань расположена между мышечными волокнами скелетной мышечной ткани?
А- Ретикулярная ткань.
Б- Плотная неоформленная соединительная ткань.
В- Плотная оформленная соединительная ткань.
Г- Рыхлая волокнистая соединительная ткань.
Из какого эмбрионального зачатка развивается сердечная мышечная ткань?
А- Из париетального листка спланхнотома.
Б- Из миотомов.
В- Из висцерального листка спланхнотома.
Д- Из склеротомов.
43. Диады кардиомиоцитов представляют собой:
А- две Z-линии
Б- одна цистерна саркоплазматической сети и одна Т-трубочка
В- один Ι-диск и один А-диск
Г- межклеточные контакты вставочных дисков
Как происходит регенерация сердечной мышечной ткани?
А- Путем митотического деления миоцитов.
Б- Путем деления миосателлитоцитов.
В- Путем дифференцировки фибробластов в миоциты.
Г- Путем внутриклеточной регенерации миоцитов.
Д- Путем амитотического деления миоцитов.
Какие из перечисленных особенностей строения НЕ характерны для сердечной мышцы?
А- Расположение ядер в центре кардиомиоцита.
Б- Расположение ядер на периферии кардиомиоцита.
В- Наличие вставочных дисков.
Г- Наличие анастомозов между кардиомиоцитами.
Д- в строме органа отсутствует рыхлая соединительная ткань
Ответ: Б,Д.
Что происходит при сокращении саркомера?
А- Укорочение актиновых и миозиновых миофиламентов.
Б- Уменьшение ширины зоны "Н".
В- Сближение телофрагм (Z - линий).
Г- Уменьшение ширины А - диска.
Д- Скольжение актиновых миофиламентов вдоль миозиновых.
Ответ: Б,В,Д.
Где располагаются клетки-сателлиты скелетной мышечной ткани.
А- В перимизии.
Б- В эндомизии.
В- Между базальной мембраной и плазмолеммой симпласта.
Г- Под сарколеммой
Что характерно для сердечной мышечной ткани?
А- Мышечные волокна состоят из клеток.
Б- Хорошая клеточная регенерация.
В- Мышечные волокна анастомозируют между собой.
Г- Регулируются соматической нервной системой.
Ответ: А,В.
В каком участке саркомера нет тонких актиновых миофиламентов?
А- В диске I.
Б- В диске А.
В- В зоне перекрытия.
Г- В зоне Н-полосы.
Чем отличается гладкая мышечная ткань от поперечно-полосатой скелетной?
А- Состоит из клеток.
Б- Входит в состав стенок кровеносных сосудов и внутренних органов.
В- Состоит из мышечных волокон.
Г- Развивается из миотомов сомитов.
Д- Не имеет исчерченных миофибрилл.
Ответ: А,Б,Д.
Несколько правильных ответов
1. Какие межклеточные контакты присутствуют во вставочных дисках:
А- десмосомы
Б- промежуточные
В- щелевые
Г- полудесмосомы
Ответ: А,Б,В.
2. Виды кардиомиоцитов:
А- секреторные
Б- сократительные
В- переходные
Г- сенсорные
Д- проводящие
Ответ: А,Б,Д.
3. Секреторные кардиомиоциты:
А- локализуются в стенке правого предсердия
Б- секретируют кортикостероиды
В- секретируют натрийуретический гормон
Г- влияют на диурез
Д- способствуют сокращению миокарда
Ответ: А,В,Г.
4. Отразите динамику процесса гистогенеза поперечнополосатой скелетной мышечной ткани:
А- образование мышечной трубки
Б- дифференцировка миобластов на предшественников симпласта и клеток – сателлитов
В- миграция предшественников миобластов из миотома
Г- формирование симпласта и клеток – сателлитов
Д- объединение симпласта и клеток – сателлитов с образованием
скелетного мышечного волокна
Ответ: В,Б,Г,А,Д.
5. Какие виды мышечной ткани имеют клеточную структуру:
А- гладкая
Б- сердечная
В- скелетная
Ответ: А,Б.
6. Строение саркомера:
А- участок миофибриллы, расположенный между двумя Н-полосами
Б- состоит из А-диска и двух половинок I-дисков
В- при сокращении мышцы не укорачивается
Г- состоит из актиновых и миозиновых филаментов
Ответ: Б,Г.
7. Поставьте в правильном порядке этапы мышечного сокращения:
А- связывание ионов Са 2+ с тропонином и освобождение активных
центров на молекуле актина
Б- резкое повышение концентрации ионов Са 2+
В- присоединение головок миозина к молекулам актина
Г- отсоединение головок миозина
Ответ: Б,А,В,Г
8. Гладкомышечные клетки:
А- синтезирует компоненты базальной мембраны
Б- кавеолы - аналог саркоплазматической сети
В- миофибриллы ориентированы вдоль продольной оси клетки
Г- плотные тельца – аналог Т-трубочек
Д- актиновые филаменты состоят только из актиновых филаментов
Ответ: А,Б,Д.
9. Белые мышечные волокна:
А- большого диаметра с сильным развитием миофибрилл
Б- активность лактатдегидрогеназы высокая
В- много миоглобина
Г- длительные сокращения, небольшой силы
Ответ: А,Б.
10. Красные мышечные волокна:
А- быстрые, большой силы сокращения
Б- много миоглобина
В- мало миофибрилл, тонкие
Г- высокая активность окислительных ферментов
Д- митохондрий мало
Ответ: Б,В,Г.
11. В ходе репаративного гистогенеза скелетной мышечной ткани происходят:
А- деление ядер зрелых мышечных волокон
Б- деление миобластов
В- саркомерогенез внутри миобластов
Г- образование симпласта
Ответ: Б,Г.
12. Что общего имеют мышечные волокна скелетной и сердечной мышечной ткани:
А- триады
Б- исчерченные поперечно миофибриллы
В- вставочные диски
Г- клетки-сателлиты
Д- саркомер
Е- произвольный тип сокращения
Ответ: Б,Д.
13. Укажите клетки между которыми присутствуют щелевые контакты:
А- кардиомиоциты
Б- миоэпителиальные клетки
В- гладкие миоциты
Г- миофибробласты
Ответ: А,В.
14. Гладкомышечная клетка:
А- синтезирует коллаген и эластин
Б- содержит кальмодулин – аналог тропонина С
В- содержит миофибриллы
Г- саркоплазматическая сеть хорошо развита
Ответ: А,Б.
15. Роль базальной мембраны в регенерации мышечного волокна:
А- препятствует разрастанию окружающей соединительной ткани и образованию рубца
Б- поддерживает необходимый кислотно-щелочной баланс
В- компоненты базальной мембраны используются для восстановление миофибрилл
Г- обеспечивает правильную ориентацию мышечных трубочек
Ответ: А,Г.
16. Назовите признаки скелетной мышечной ткани:
А- Образована клетками
Б- Ядра расположены по периферии.
В- Состоят из мышечных волокон.
Г- Обладает только внутриклеточной регенерацией.
Д- Развивается из миотомов
Ответ: Б,В,Д.
Верно все, кроме
1. Эмбриональный миогенез скелетной мышцы (верно все, кроме):
А- миобласт мышц конечностей происходят из миотома
Б- часть пролиферирующих миобластов образуют клетки-сателлиты
В- в ходе митозов дочерние миобласты связаны цитоплазматическими мостиками
Г- в мышечных трубочках начинается сборка миофибрилл
Д- ядра перемещаются на периферию миосимпласта
2. Триада скелетного мышечного волокна (верно все, кроме):
А- Т-трубочки образованы инвагинациями плазмолеммы
Б- в мембранах терминальные цистерны содержат кальциевые каналы
В- возбуждение передается с Т-трубочек на терминальные цистерны
Г- активация кальциевых каналов приводит к снижению Са 2+ в крови
3. Типичный кардиомиоцит (верно все, кроме):
Б- содержит одно или два центрально расположенных ядра
В- Т-трубочка и терминальная цистерна формируют диаду
Г- вставочные диски содержат десмосомы ищелевые контакты
Д- вместе с аксоном двигательного нейрона образует нервно-мышечный синапс
4. Саркомер (верно все, кроме):
А- толстые нити состоят из миозина и С-белка
Б- тонкие нити состоят из актина, тропомиозина, тропонина
В- в состав саркомера входят один А-диск и две половины I-диска
Г- в середине I -диска проходит Z-линия
Д- при сокращении уменьшается ширина А-диска
5. Структура сократительного кардиомиоцита (верно все, кроме):
А- упорядоченное расположение пучков миофибрилл, прослоенных цепочками митохондрий
Б- эксцентричное расположение ядра
В- наличие анастамозирущих мостиков между клетками
Г- межклеточные контакты – вставочные диски
Д- центрально расположенные ядра
6. При мышечном сокращении происходит (верно все, кроме):
А- укорочение саркомера
Б- укорочение мышечного волокна
В- укорочение актиновых и миозиновых миофиламентов
Г- укорочение миофибрилл
Ответ: А,Б,Г.
7. Гладкий миоцит (верно все, кроме):
А- клетка веретеновидной формы
Б- содержит большое количество лизосом
В- ядро расположено в центре
Г- наличие актиновых и миозиновых филаментов
Д- содержит десминовые и виментиновые промежуточные филаменты
8. Сердечная мышечная ткань(верно все, кроме):
А- не способна к регенерации
Б- мышечные волокна образуют функциональные волокна
В- пейсмекеры запускают сокращение кардиомиоцитов
Г- вегетативная нервная система регулирует частоту сокращений
Д- кардиомиоцит покрыт сарколеммой, базальная мембрана отсутствует
9. Кардиомиоцит (верно все, кроме):
А- клетка цилиндрической формы с разветвленными концами
Б- содержит одно или два ядра в центре
В- миофибриллы состоят из тонких и толстых нитей
Г- вставочные диски содержат десмосомы и щелевые контакты
Д- вместе с аксоном двигательного нейрона передних рогов спинного мозга образует нервно-мышечный синапс
10. Гладкомышечная ткань (верно все, кроме):
А- непроизвольная мышечная ткань
Б- находится под контролем вегетативной нервной системы
В- сократительная активность не зависит от гормональных влияний
Г- формирует мышечную оболочку полых органов
Д- способна к регенерации
11. Отличие сердечной мышечной ткани от скелетной (верно все, кроме):
А- Состоят из клеток.
Б- Ядра расположены в центре клеток.
В- Миофибриллы расположены по периферии кардиомиоцитов.
Г- Мышечные волокна не имеют поперечной исчерченности.
Д- Мышечные волокна анастомозируют между собой.
На соответствие
1.Сопоставьте виды мышечных волокон с источниками их развития:
1.поперечнополосатая скелетная А-мезенхима
2. поперечнополосатая сердечная Б- миотом
3.гладкая В- висцеральный листок
спланхнотома
Ответ: 1-Б, 2-В, 3-А.
Проведите сопоставление.
Миофиламенты: образованы белками:
1. миозиновые А- актином
2. актиновые Б- миозином
В- тропонином
Г- тропомиозином
Ответ: 1-Б, 2-А,В,Г.
3. Сопоставьте структуры миофибриллы и виды белков, которыми они образованы:
1. Z-полоса А- виментин
2. М-линия Б- миоме зин
В- С-белок
Г- α-актинин
Д- десмин
Ответ: 1-А,Г,Д; 2-Б,В.
ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 200?, № 6, с. 650-660
БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
САТЕЛЛИТНЫЕ КЛЕТКИ МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И РЕГУЛЯЦИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА МЫШЦ
© 2007 г. Н. Д. Озерншк, О. В. Балан
Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, 119991 Москва, ул. Вавилова, 26
E-mail: [email protected] Поступила в редакцию 26.03.2007 г.
В обзоре анализируются основные аспекты биологии сателлитных клеток мышечной системы: идентификация, происхождение на ранних этапах развития, механизмы их самоподдержания за счет асимметричного деления, содержание в различных типах мышц и на разных этапах онтогенеза, роль регуляторных генов сем. Pax (в частности, Pax7) и их продуктов в контроле пролиферации, участие факторов роста (HGF, FGF, IGF, TGF-0) в активации этих клеток при повреждении мышц. Обсуждаются особенности начальных этапов миогенной дифференцировки активированных сателлитных клеток по пути, сходному с формированием мышц в ходе эмбрионального развития
Поскольку стволовые клетки обладают способностью к самоподдержанию в течение всей жизни и потенциально могут дифференцироваться в различные клеточные типы, их изучение позволяет глубже понять механизмы поддержания тканевого гомеостаза во взрослом организме, а также использовать этот тип клеток для анализа направленной дифференцировки in vitro. Многие проблемы биологии стволовых клеток успешно решаются на модели сателлитных клеток мышц. Сателлитные клетки мышечной системы активно исследуются для анализа особенностей биологии стволовых клеток (Comelison, Wold, 1997; Seale, Rudnicki, 2000; Seale et al, 2000, 2001; Bailey et al, 2001; Charge, Rudnicki, 2004; Gros et al, 2005; Shinin et al., 2006).
Дифференцировка клеток мышечной системы во время зародышевого развития и формирование клеток миогенного ряда из сателлитных клеток мышц взрослого организма - взаимосвязанные процессы. Сателлитные клетки в ходе заместительных и восстановительных процессов в мышцах взрослых животных проходят в основном тот же путь дифференцировки, что и миоген-ные клетки в период эмбрионального развития. Важнейшим элементом регуляции восстановительного потенциала мышц служит активация сателлитных клеток в ответ на те или иные воздействия или повреждение.
САТЕЛЛИТНЫЕ КЛЕТКИ - СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ МЫШЦ?
Сателлитные клетки впервые были описаны Мауро в скелетных мышцах лягушки (Mauro, 1961) на основе анализа их морфологии и распо-
ложения в зрелых мышечных волокнах. Позднее эти клетки были идентифицированы в мышцах птиц и млекопитающих (Schultz, 1976; Armand et al, 1983; Bischoff, 1994).
Сателлитные клетки формируют стабильный самообновляющийся пул стволовых клеток в мышцах взрослого организма, где они участвуют в процессах роста и восстановления мускулатуры (Seale et al, 2001; Charge, Rudnicki, 2004). Отволо-вые клетки различных тканей, как известно, помимо экспрессии специфических генетических и белковых маркеров, а также способности формировать клоны, в определенных условиях дифференцируются в те или иные клеточные линии, что рассматривается как один из важных признаков стволовости. Первоначально считалось, что са-теллитные клетки мышц дают начало только одному типу клеток - миогенным предшественникам. Однако при более детальном исследовании этой проблемы было установлено, что в определенных условиях сателлитные клетки могут дифференцироваться in vitro в другие типы клеток: остеогенные и адипогенные (Katagiri et al., 1994; Teboul et al., 1995).
Обсуждается также точка зрения, согласно которой в скелетных мышцах взрослых животных содержатся предшественники сателлитных клеток, которые и являются стволовыми клетками (Zammit, Beauchamp, 2000; Seale, Rudnicki, 2000; Charge, Rudnicki, 2004). Таким образом, вопрос о сателлитных клетках как стволовых клетках мышечной системы требует дальнейших исследований.
Рис. 1. Сателлитные клетки бедренных мышц взрослой крысы, экспрессирующие специфический маркер Pax7 ] этих клеток: а - на периферии мышечных волокон, б - в клеточной культуре. Масштабная линейка: 5 мкм.
ИДЕНТИФИКАЦИЯ САТЕЛЛИТНЫХ КЛЕТОК МЫШЦ
Сателлитные клетки идентифицируются по нескольким критериям. Один из важных критериев - морфологический. Эти клетки локализованы в углублениях между базальной ламиной и сарколеммой миофибрилл. Для сателлитных клеток характерно высокое ядерно-цитоплазматиче-ское отношение, а также высокое содержание ге-терохроматина и уменьшенное содержание цито-плазматических органелл (Seale, Rudnicki, 2000; Charge, Rudnicki, 2004). Сателлитные клетки определяются также по экспрессии специфических генетических и белковых маркеров: прежде всего гена Pax7 и его белкового продукта - трас-крипционного фактора Pax7, который экспресси-руется в ядрах покоящихся и активированных сателлитных клеток (рис. 1). Скелетные мышцы мыши, дефицитные по гену Pax7, не отличаются от мышц дикого типа при рождении животного, однако они полностью лишены мышечных сателлитных клеток (Seale et al, 2000, 2001; Bailey et al., 2001; Charge, Rudnicki, 2004).
В сателлитных клетках экспрессируются также стандартные маркерные гены стволовых клеток: CD34, Msx-1, MNF, ген рецептора c-Met (Bailey et al., 2001; Seale et al., 2001). В покоящихся сателлитных клетках не выявлялась экспрессия миогенных регуляторов сем. bHLH (Smith et al., 1994; Yablonka-Reuveni, Rivera, 1994; Cornelison, Wold, 1997; Cooper et al., 1999). Однако позднее в покоящихся сателлитных клетках был обнаружен очень низкий уровень экспрессии Myf5 -представителя сем. bHLH, экспрессирующегося на ранних этапах эмбрионального миогенеза (Beauchamp et al., 2000; Katagiri et al.).
ПРОИСХОЖДЕНИЕ МЫШЕЧНЫХ САТЕЛЛИТНЫХ КЛЕТОК В ЭМБРИОГЕНЕЗЕ: СОМИТЫ ИЛИ ЭНДОТЕЛИЙ СОСУДОВ?
Один из существенных вопросов биологии стволовых клеток, анализируемых на примере мышечной системы - происхождение сателлитных клеток в ходе онтогенеза. Развитие скелетных мышц у позвоночных происходит в эмбриогенезе, а пополнение пула миофибрилл за счет их дифференцировки из сателлитных клеток продолжается в течение всей жизни (Seale, Rudnicki, 2000; Bailey et cil., 2001; Seale et cil., 2001; Charge, Rudnicki, 2004). Из каких клеточных источников в зародыше формируется пул сателлитных клеток, функционирующий на протяжении всего онтогенеза? В соответствии с общепринятой точкой зрения сателлитные клетки происходят из муль-типотентных мезодермальных клеток сомитов.
Мультипотентные клетки осевой мезодермы зародышей становятся коммитированными в направлении миогенной дифференцировки в ответ на локальные морфогенетические сигналы от соседних тканей: нервной трубки (гены сем. Shh и Wnt и их продукты), хорды (ген сем. Shh и его продукт), а также эктодермы. Однако только часть клеток мезодермы зародышей дает начало мышечной дифференцировке (рис. 2). Некоторая доля этих клеток продолжает делиться и не дифференцируется в мышцы. Часть таких клеток присутствует и во взрослой мускулатуре, где они служит предшественниками сателлитных клеток (Armand et al., 1983).
Первоначально гипотеза сомитного происхождения сателлитных клеток основывалась на экспериментах по трансплантации сомитов у птиц: сомиты зародышей донора (перепела) пересаживали зародышам рецепиента (цыпленка) и
Нервная трубка
Миогенез из сателлитных клеток
Миогенин MRF4
Структурные ■ гены сократительных белков
Повреждение, растяжение, физическая нагрузка, электростимуляция
HGF FGF TGF-ß IGF
Пролиферирующие миобласты
I Миофибриллы J^-- Миогенин
Структурные гены сократительных белков
Рис. 2. Схема регуляции миогенеза в эмбриональном развитии и формирования, активации, дифференцировки сателлитных клеток. ДМ- дермамиотом, С - склеротом; Shh, Wnt - гены, продукты которых служат индукторами морфо-генетических процессов; Pax3, Myf5, MyoD, миогенин, MRF4 - специфические белковые регуляторы миогенеза; Pax7, CD-34, MNF, c-met - маркеры сателлитных клеток; HGF, FGF, TGF-ß, IGF - факторы роста, активирующие сателлит-ные клетки.
после завершения эмбриогенеза у цыплят и у взрослых кур обнаружили донорские сомитные клетки перепела (Armand et al., 1983). На основании данных, полученных в этой работе, сделан вывод о сомитном происхождении всех миоген-ных клеточных линий, включая мышечные сателлитные клетки. Следует отметить также некоторые работы, указывающие на иное происхождение сателлитных клеток, в частности, из костного мозга, немышечных резидентных клеток и др. (Ferrari et al., 1998; Bittaer et al., 1999).
Имеются также данные о формировании сателлитных клеток из эндотелия сосудов зародышей (De Angelis et al., 1999). В этой работе было показано наличие миогенных предшественников в дорсальной аорте зародышей мыши. Клоны клеток эндотелия этого сосуда при культивировании in vitro экспрессируют как эндотелиальные, так и миогенные маркеры, сходные с маркерами сателлитных клеток взрослых мышц. Кроме того клетки из таких клонов морфологически сходны с сателлитными клетками дефинитивных мышц. При инъекции этих клеток непосредственно в регенерирующую мышцу происходит их включение
в регенерирующие фибриллы и эти клетки имеют признаки сателлитных. Далее, если эмбриональную аорту пересадить в мышцы новорожденных иммунодефицитных мышей, клетки из пересаженного сосуда могут давать начало множеству миогенных клеток (De Angelis et al., 1999; Minasi et al., 2002).
Таким образом, эндотелиальные клетки, могут участвовать в формировании новых миофиб-рилл в ходе развития мышц за счет способности давать активированные сателлитные клетки, однако не ясно, способны ли эндотелиальные клетки вносить вклад в популяцию покоящихся сателлитных клеток взрослых мышц. Показано, что клетки эндотелия сосудов зародышей могут служить дополнительным источником сателлитных клеток в эмбриогенезе (De Angelis, 1999; Charge, Rudnicki, 2004).
В последнее время обсуждается еще один источник происхождения сателлитных клеток. Было показано, что очищенные гематопоэтические стволовые клетки из костного мозга после их внутривенной инъекции облученным мышам могут участвовать в регенерации миофибрилл (Gus-
soni et al., 1999). В д
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст . Статьи высылаются в формате
БАЛАН О. В., МЮГЕ Н. С., ОЗЕРНЮК Н. Д. - 2009 г.
Aagaard P. Hyperactivation of myogenic satellite cells with blood flow restricted exercise // 8th International Conference on Strength Training, 2012 Oslo, Norway, Norwegian School of Sport Sciences. – P.29-32.
П. Аагаард
ГИПЕРАКТИВАЦИЯ МИОГЕННЫХ КЛЕТОК-САТЕЛЛИТОВ С ПОМОЩЬЮ СИЛОВЫХ УПРАЖНЕНИЙ С ОГРАНИЧЕНИЕМ КРОВОТОКА КРОВИ
Institute of Sports Science and Clinical Biomechanics, University of Southern Denmark, Odense, Denmark
Введение
Упражнения с ограничением потока крови (BFRE )
Силовые упражнения с ограничением потока крови при низкой и средней интенсивной нагрузке (20–50% от максимума) с использованием параллельного ограничения потока крови (гипоксическая силовая тренировка) вызывает нарастающий интерес как в научных, так и прикладных областях (Manini & Clarck 2009, Wernbom et al. 2008). Растущая популярность обусловлена тем, что масса скелетных мышц и максимальная мышечная сила могут быть увеличены в такой же или большей степени с помощью гипоксической силовой тренировки (Wernbom et al., 2008) по сравнению с обычными силовыми тренировками с большими отягощениями (Aagaard et al., 2001). Кроме того, гипоксическая силовая тренировка, по-видимому, приводит к усиленным гипертрофическим ответам и приросту силы, по сравнению с упражнениями, применяющими идентичную нагрузку и объем без перекрытия кровотока (Abe et al. 2006, Holm et al. 2008), хотя потенциальная гипертрофическая роль низко интенсивных силовых тренировок может также существовать сама по себе (Mitchell et al. 2012). Тем не менее, конкретные механизмы, отвечающие за адаптивные изменения в сморфологии скелетных мышц при гипоксической силовой тренировке остаются практически неизвестными. Синтез белков миофибрилл увеличивается при интенсивных сессиях гипоксической силовой тренировки вместе с нерегулируемой деятельностью в AKT/mTOR путях (Fujita et al. 2007, Fry et al. 2010). Кроме того, уменьшение экспрессии генов, вызывающих протеолиз (FOXO3a, Atrogin, MuRF-1) и миостатина, отрицательного регулятора мышечной массы наблюдались после интенсивной гипоксической силовой тренировки (Manini et al. 2011, Laurentino et al. 2012).
Более подробно строение и функции мышц описаны в моих книгах "Гипертрофия скелетных мышц человека " и "Биомеханика мышц "
Миогенные клетки-сателлиты
Влияние гипоксической силовой тренировки на сократительные функции мышц
При гипоксической силовой тренировке с низкой и умеренной тренировочной нагрузкой отмечался значительный рост максимальной мышечной силы (МVC), несмотря на относительно короткие периоды тренировок (4-6 недель) (например, Takarada et al. 2002, Kubo et al. 2006; обзор Wernbom et al. 2008). В частности, адаптивный эффект гипоксической силовой тренировки на сократительную функцию мышц (МVC и мощность) сопоставим с достигаемой с помощью силовых тренировок с большими отягощениями в течение 12-16 недель (Wernbom et al. 2008). Однако, влияние гипоксической силовой тренировки на способность скелетной мышцы быстро сокращаться (RFD) остается в значительной степени неизученным, к этому явлению интерес стал проявляться интерес совсем недавно (Nielsen et al., 2012).
Влияние гипоксической силовой тренировки на размер мышечного волокна
При гипоксической силовой тренировке с использованием интенсивной нагрузки с небольшими отягощениями был выявлен значительный прирост объема мышечного волокна и поперечного сечения (CSA) всей мышцы (Abe et al. 2006, Ohta et al. 2003, Kubo et al. 2006, Takadara et al. 2002). Наоборот, тренировки с небольшими отягощениями без ишемии обычно приводят к отсутствию результата (Abe et al. 2006, Mackey et al. 2010) или небольшому увеличению (<5%) (Holm et al. 2008) роста мышечного волокна , хотя это недавно было оспорено (Mitchell et al. 2012). При гипоксической силовой тренировке большой прирост в объеме мышечного волокна частично объясняется распространением миогенных клеток-сателлитов и формированием новых миоядер .
Влияние гипоксической силовой тренировки на миогенные клетки-сателлиты и количество миоядер
Мы недавно исследовали вовлечение миогенных клеток-сателлитов в увеличение миоядер в ответ на гипоксическую силовую тренировку (Nielsen et al. 2012). Были обнаружены доказательства распространения клеток-сателлитов и увеличение количества миоядер при через 3 недели после гипоксической силовой тренировки, что сопровождалось значительным увеличением объема мышечного волокна (Nielsen et al. 2012). (Рис.1).
Рис. 1. Площадь поперечного сечения мышечного волокна (CSA), измеренная до и после 19 дней тренировок с небольшими отягощениями (20% от максимума) с ограничением потока крови (BFRE) и силовой тренировки без ограничения кровотока в мышечных волокнах I типа (слева) и мышечных волокнах II типа <0.001, ** p<0.01, межгрупповая разница: p<0.05. Адаптировано из Nielsen et al., 2012.
Плотность и количество Рах-7+ клеток-сателлитов увеличилось в 1-2 раза (то есть на 100-200%) после 19 дней гипоксической силовой тренировки (рис. 2). Это значительно превышает 20-40% увеличение количества клеток-сателлитов , наблюдаемое после нескольких месяцев традиционных силовых тренировок (Kadi et al. 2005, Olsen et al. 2006, Mackey et al. 2007). Количество и плотность клеток-сателлитов увеличились одинаково в мышечных волокнах типа I и II (Nielsen et al. 2012) (Рис.2). В то время как при обычных силовых тренировках с большими отягощениями больший ответ наблюдается в клетках-сателлитах мышечных волокон II типа по сравнению с типом I, (Verdijk et al. 2009). Кроме того, при гипоксической силовой тренировке значительно увеличилось количество миоядер (+ 22-33%), в то время как миоядерный домен (объем мышечного волокна /количество миоядер) остался без изменений (~1800-2100 мкм 2), хотя наблюдалось легкое, пусть даже и временное, уменьшение на восьмой день тренировки (Nielsen et al. 2012).
Последствия роста мышечного волокна
Рост активности клеток-сателлитов , вызванный гипоксической силовой тренировкой (Рис. 2), сопровождался значительной гипертрофией мышечного волокна (+30-40%) в мышечных волокнах I и II из биопсий, взятых 3-10 дней спустя после тренировки (Рис. 1). В дополнение гипоксическая силовая тренировка вызвала значительное увеличение максимального произвольного сокращения мышц (MVC ~10%) и RFD (16-21%) (Nielsen и др., ICST 2012).
Рис. 2 Количество миогенных клеток-сателлитов , измеренное до и после 19 дней тренировок с небольшими отягощениями (20% от максимума) с ограничением потока крови (BFRE) и силовой тренировки без ограничения кровотока (CON) в мышечных волокнах I типа (слева) и мышечных волокнах II типа (справа). Изменения значимы: *p<0.001, † p<0.01, межгрупповая разница: p<0.05. Адаптировано из Nielsen et al., 2012.
После гипоксической силовой тренировки увеличение количества клеток-сателлитов положительно влияет на рост мышечного волокна . Наблюдались положительная корреляция между изменениями до и после тренировок среднего значения площади поперечного сечения мышечного волокна и прироста количества клеток-сателлитов и числа миоядер соответственно (r=0.51-0.58, p<0.01).
Никаких изменений в перечисленных выше параметрах не было обнаружено в контрольной группе, выполнявшей схожий тип тренировки без ограничения потока крови , за исключением временного увеличения размера мышечных волокон типов I+II через восемь дней тренировок.
Потенциальные адаптивные механизмы
Было обнаружено, что CSA мышечных волокон увеличивается у обоих типов волокон только через восемь дней гипоксической силовой тренировки (10 тренировочных сессий) и сохраняется повышенным на третий и десятый дней после тренировки (Nielsen et al., 2012). Неожиданно, CSA мышц также временно увеличились у исследуемых контрольной группы, выполняющих неокклюзионные тренировки на восьмой день, но вернулись к базовому уровню после 19 дней тренировки. Эти наблюдения предполагают, что быстрое начальное изменения в CSA мышечных волокон зависит от факторов, отличных от накопления миофибриллярных белков, таких как отек мышечных волокон.
Краткосрочный отек мышечных волокон может быть вызван изменением каналов сарколеммы, вызванной гипоксией (Korthuis и др. 1985), открытием мембранных каналов, которое обусловлено растяжением (Singh & Dhalla 2010) или микрофокальным повреждением самой сарколеммы (Grembowicz и др. 1999). Напротив, более поздний прирост CSA мышечного волокна наблюдавшийся после 19 дней гипоксической силовой тренировки (Рис. 1), вероятно, обусловлен аккумуляцией миофибриллярных белков, так как CSA мышечного волокна сохранялось повышенным 3-10 дней после тренировки наряду с 7-11% сохраняемым подъемом максимального произвольного сокращения мышц (MVC) и RFD.
Специфичные пути стимулированного действия гипоксической силовой тренировки на миогенные клетки-сателлиты остаются неисследованными. Гипотетически, снижение количества выделения миостатина после гипоксической силовой тренировки (Manini и др. 2011, Laurentino et al., 2012) может играть важную роль, так как миостатин – сильный ингибитор активации миогенных клеток-сателлитов (McCroskery и др. 2003, McKayи др. 2012) путем подавления сигналов Pax-7 (McFarlane et al. 2008). Введение вариантов соединений инсулиноподобного фактора роста (IFR): IFR-1Еа и IFR-1Еb (механозависимый фактор роста) после гипоксической силовой тренировки может потенциально также играть важную роль, так как известно, что они являются сильными стимулами распространения и дифференциации клеток-сателлитов (Hawke & Garry 2001, Boldrin и др. 2010). Механический стресс, воздействующий на мышечные волокна может запустить активацию клеток-сателлитов через выпуск окиси азота (NO) и фактора роста гепатоцитов (HGR) (Tatsumi и др. 2006, Punch и др. 2009). Следовательно, NO также может быть важным фактором для гиперактивации миогенных клеток-сателлитов , наблюдаемой при гипоксической силовой тренировке, так как временные подъемы значений NO могут, вероятно, случаться в результате ишемических условий при гипоксической силовой тренировке.
Дальнейшую дискуссию потенциальных сигнальных путей, которые могут активировать миогенные клетки-сателлиты при гипоксической силовой тренировке, см. в презентации конференции Wernborn (ICST 2012).
Заключение
Краткосрочные силовые упражнения, выполняемые с небольшими отягощениями и частичным ограничением потока крови , по-видимому, вызывают значительную пролиферацию миогенных стволовых клеток-сателлитов и приводит к увеличению миоядер в скелетных мышцах человека, которое вносит вклад в ускорение и значительную степень гипертрофии мышечных волокон , наблюдаемую при тренировке этого типа. Молекулярными сигналами, вызывающими повышенную активность клеток-сателлитов при гипертрофической силовой тренировке могут быть: увеличение внутримышечного производства инсулиноподобного фактора роста, а также локальных значений NO; а также уменьшение активности миостатина и других регулирующих факторов.
Литература
1) Aagaard P Andersen JL, Dyhre-Poulsen P, Leffers AM, Wagner A, Magnusson SP, Halkjaer-Kristensen J, Simonsen EB. J. Physiol. 534.2, 613-623, 2001
2) Abe T, Kearns CF, Sato Y. J. Appl. Physiol. 100, 1460-1466, 2006 Boldrin L, Muntoni F, Morgan JE., J. Histochem. Cytochem. 58, 941–955, 2010
3) Fry CS, Glynn EL, Drummond MJ, Timmerman KL, Fujita S, Abe T, Dhanani S, Volpi E, Rasmussen BB. J. Appl. Physiol. 108, 1199–1209, 2010
4) Fujita S, Abe T, Drummond MJ, Cadenas JG, Dreyer HC, Sato Y, Volpi E, Rasmussen BB. J. Appl. Physiol. 103, 903–910, 2007
5) Grembowicz KP, Sprague D, McNeil PL. Mol. Biol. Cell 10, 1247–1257, 1999
6) Hanssen KE, Kvamme NH, Nilsen TS, Rønnestad B, Ambjørnsen IK, Norheim F, Kadi F, Hallèn J, Drevon CA, Raastad T. Scand. J. Med. Sci. Sports, in press 2012
7) Hawke TJ, Garry DJ. J. Appl. Physiol. 91, 534–551, 2001
8) Holm L, Reitelseder S, Pedersen TG, Doessing S, Petersen SG, Flyvbjerg A, Andersen JL, Aagaard P, Kjaer M. J. Appl. Physiol. 105, 1454–1461, 2008
9) Kadi F, Charifi N, Denis C, Lexell J, Andersen JL, Schjerling P, Olsen S, Kjaer M. Pflugers Arch. — Eur. J. Physiol. 451, 319–327, 2005
10) Kadi F, Ponsot E. Scand. J. Med. Sci.Sports 20, 39–48, 2010
11) Kadi F, Schjerling P, Andersen LL, Charifi N, Madsen JL, Christensen LR, Andersen JL. J. Physiol. 558, 1005–1012, 2004
12) Kadi F, Thornell LE. Histochem. Cell Biol. 113, 99–103, 2000 Korthuis RJ, Granger DN, Townsley MI, Taylor AE. Circ. Res. 57, 599–609, 1985
13) Kubo K, Komuro T, Ishiguro N, Tsunoda N, Sato Y, Ishii N, Kanehisa H, Fukunaga T, J. Appl. Biomech. 22,112–119, 2006
14) Laurentino GC, Ugrinowitsch C, Roschel H, Aoki MS, Soares AG, Neves M Jr, Aihara AY, Fernandes Ada R,Tricoli V. Med. Sci. Sports Exerc. 44, 406–412, 2012
15) Mackey AL, Esmarck B, Kadi F, Koskinen SO, Kongsgaard M, Sylvestersen A, Hansen JJ, Larsen G, Kjaer M. Scand. J. Med. Sci. Sports 17, 34–42, 2007
16) Mackey AL, Holm L, Reitelseder S, Pedersen TG, Doessing S, Kadi F, Kjaer M. Scand. J. Med. Sci. Sports 21, 773–782б 2010
17) Manini TM, Clarck BC. Exerc. Sport Sci. Rev. 37, 78-85, 2009
18) Manini TM, Vincent KR, Leeuwenburgh CL, Lees HA, Kavazis AN, Borst SE, Clark BC. Acta Physiol. (Oxf.) 201, 255– 263, 2011
19) McCroskery S, Thomas M, Maxwell L, Sharma M, Kambadur R. J. Cell Biol. 162, 1135–1147, 2003
20) McFarlane C, Hennebry A, Thomas M, Plummer E, Ling N, Sharma M, Kambadur R. Exp. Cell Res. 314, 317–329, 2008
