Esta gráfica mostra uns mioblastos normais (células musculares temperáns cun só núcleo) fusionándose para formar miocitos (células musculares multinucleares maduras) durante a mioxénese.
As fibras musculares xeralmente fórmanse a partir da fusión de mioblastos orixinando unha fibras multinucleadas chamadas miotubos. Nas etapas iniciais do desenvolvemento dun embrión, os mioblastos poden proliferar ou diferenciarse nun miotubo. Non está claro que é o que controla estas alternativas. Se os mioblastos están situados nun cultivo celular, a maioría proliferan se despoñen de suficiente factor de crecemento de fibroblastos (FGF) ou está presente outro factor de crecemento no medio que rodea as células. Cando se acaba o factor de crecemento, os mioblastos cesan de dividirse e sofren a diferenciación terminal en miotubos. A diferenciación dos mioblastos avanza por etapas. A primeira etapa ou estadio, implica a saída do ciclo celular e o comezo da expresión de certos xenes.
A segunda etapa de diferenciación implica o aliñamento dos mioblastos. Os estudos realizados indican que mesmo os mioblastos das ratas e pitos poden recoñecer e aliñarse entre si, o que indica unha conservación evolutiva dos mecanismos implicados.[1]
A terceira etapa é a propia fusión muscular. Neste estadio, a presenza de ións calcio é fundamental. En ratos, a fusión é favorecida por un conxunto de metaloproteinases chamadas meltrinas e outras proteínas aínda en investigación. A fusión implica o recrutamento de actina na membrana plasmática, seguida dunha estreita aposición e a creación dun poro que seguidamente se agranda.
Están investigándose activamente novos xenes e os seus produtos proteicos que se expresan durante o proceso. Entre eles están:
No desenvolvemento muscular ou mioxénese pódense distinguir varias erapas ou estadios (na lista de abaixo).[4] Cada etapa ten varios factores xenéticos asociados cuxa ausencia ten como consecuencia defectos musculares.
Factores xenéticos asociados:PAX3 e c-Met
As mutacións en PAX3 poden causar unha alteración na expresión de c-Met. Cada mutación causaría unha falta de migración lateral.
O PAX3 é mediador da transcrición de c-Met e é responsable da activación da expresión de MyoD unha das funcións de MyoD é promover a capacidade rexenerativa das células satélite (descritas máis abaixo).[4] O PAX3 exprésase xeralmente aos seus maiores niveis durante o desenvolvemento embrionario e exprésase ao seu menor nivel durante os estadios fetais; exprésase en células hipaxiais migrantes e en células do dermomiótomo, mais non se expresa en absoluto durante o desenvolvemento do músculo facial.[4] As mutacións en Pax3 poden causar diversas complicacións como a síndrome de Waardenburg I e III así como a síndrome craniofacial-xordeira-man.[4] A síndrome de Waardenburg está normalmente asociada con trastornos conxénitos que afectan o tracto intestinal e columna vertebral, e causan unha elevación da omoplata, entre outros síntomas. Cada estadio ten varios factores xenéticos asociados sen a presenza dos cales orixínanse defectos musculares.[4]
Migración
Factores xenéticos asociados:c-Met/HGF e LBX1
As mutacións nestes factores xenéticos causan unha falta de migración.
LBX1 é responsable do desenvolvemento e organización dos músculons da parte dorsal do antebrazo e do movemento dos músculos dorsais do brazo seguido de delaminación.[4] Sen LBX1, os músculos do brazo non se forman debidamente; os estudos demostran que os músculos da parte posterior do antebrazo están gravemente aectados por esta deleción, mentres que só se forman os músculos flexores no antebrazo como resultado da migración muscular ventral.[4]
c-Met é un receptor de tirosina quinase que cómpre para a supervivencia e proliferación de mioblastos migrantes. Unha falta de c-Met altera a mioxénese secundaria e, igual que LBX1, impide a formación da musculatura do brazo.[4] Está claro que c-Met xoga un importante papel na delaminación e proliferación ademais de na migración. PAX3 é necesario para a transcrición de c-Met.[4]
Mox2 (tamén chamado MEOX-2) xoga un importante papel na indución do mesoderma e a especificación rexional.[4] A alteración da función de Mox2 impide a proliferación de precursores mioxénicos e causa un padrón anormal nos músculos do brazo.[5] Atopouse, concretamente, que os antebrazos quedan gravemente reducidos en tamaño e non se forman músculos específicos do antebrazo.[4]
Myf5 é necesaria para a correcta proliferación dos mioblastos.[4] O desenvolvemento muscular dos ratos nas rexións intercostal e paraespiñal pode ser atrasado se se inactiva Myf-5.[4] Myf5 considérase o xene de factor regulaor que se expresa máis cedo na mioxénese. Se Myf-5 e MyoD son ambos inactivados, prodúcese unha completa ausencia de músculo esquelético.[4] Estas consecuencias ademais revelan a complexidade da mioxénese e a importancia de cada factor xenético no correcto desenvolvemento muscular.
Factores xenéticos asociados:Myf5 e MyoD
Para que funcione debidamente unha das etapas máis importantes na determinación da mioxénese necesítase tanto Myf5 coma MyoD para que as células mioxénicas progresen normalmente. As mutacións en ambos os factores xenéticos asociados causan que as células adopten fenotipos non musculares.[4]
Como se dixo anteriormente, a combinación de Myf5 e MyoD é crucial para o éxito da mioxénese. MyoD e Myf5 son membros da familia de factores de transcrición de proteínas bHLH (hélice básica-bucle-hélice) mioxénicas.[6] As células que fabrican os factores de transcrición bHLH mioxénicos (como MyoD ou Myf5) están destinadas a desenvolverse converténdose en células musculares.[7] En consecuencia, a deleción simultánea de Myf5 e MyoD tamén ten como resultado unha completa falta de formación de músculo esquelético.[7] MyoD activa directamente o seu propio xene; isto significa que a proteína producida se une ao xene myoD e continúa un ciclo de produción de proteína MyoD.[7] Por outra pate, a expresión de Myf5 é regulada por Sonic hedgehog, Wnt1 e o propio MyoD.[4] Ao fixármonos no papel de MyoD na regulación de Myf5, queda clara a interconexión deses dous factores xenéticos.[4]
Diferenciación
Factores xenéticos asodiados:mioxenina, Mcf2, Six, MyoD e Myf6
As mutacións nests factores xenéticos asociados impide que os miocitos avancen no seu desenvolvemento e maduren.
A mioxenina (tamén chamada Myf4) cómpre para a fusión das células precursoras mioxénicas a fibras xa existentes ou formando fibras novas.[4] En xeral, a mioxenina está asociada coa expresión amplificada de xenes que xa están sendo expresados no organismo. A deleción da mioxenina ten como resultado unha case completa ausencia de fibras musculares diferenciadas e unha grave diminución de masa de músculo esquelético na parede corporal lateral/ventral.[4]
Representación dun home mostrando o signo de Gowers: síntoma común da miopatía centronuclear que orixina debilidade dos músculos do membro inferior.
Myf-6 (tamén chamado MRF4 ou herculina) é importante para a diferenciación dos miotubos e é específico do músculo esquelético.[4] As mutacións en Myf-6 poden provocar trastornos como a miopatía centronuclear e a distrofia muscular de Becker.[4]
Formación muscular específica
Factores xenéticos asociados:LBX1 e Mox2
Na formación de músculos específicos, as mutacións en factores xenéticos asociados empezan por afectar rexións musculares específicas. Debido á súa grande responsabilidade no movemento dos músculos dorsais dos membros seguida de delaminación, a mutación ou deleción de Lbx1 ten como resultado defectos nos músculos extensor e do antebrazo posterior.[4] Como se explicou na sección Proliferación, a deleción de Mox2 ou a súa mutación causa a formación dun padrón anormal nos músculos da extremidade. As consecuencias deste padrón anormal son unha grave redución de tamaño dos antebrazos e a completa ausencia de músculos do antebrazo.[4]
Célula satélites
Factores xenéticos asociados:PAX7
As mutacións en Pax7 impedirán a formación de células satélite e, á súa vez, impiden o crecemento muscular posnatal.[4]
As células satélite descríbense como mioblastos quiescentes e sarcolema das fibras musculares veciñas.[4] Son esenciais para a reparación do músculo, pero teñen unha capacidade moi limitada de replicarse. As células satélites son activadas por estímulos como lesións ou unha alta carga mecánica e son necesarias para a rexeneración muscular en organismos adultos.[4] Ademais, as células satélite teñen a capacidade de diferenciarse tamén en células da liñaxe ósea ou adiposa. Deste modo, as células satélite teñen un importante papel non só no desenvolvemento muscular, senón tamñen no mantemento do músculo o longo da vida adulta.[4]
Músculo esquelético
Durante a embrioxénese, o dermomiótomo e/ou miótomo nas somitas contén as células proxenitoras mioxénicas que evolucionan ao futuro músculo esquelético.[8] A determinación do dermomiótomo e miótomo está regulada por unha rede regulatoria de xenes que inclúe un membro da familia T-box, tbx6, ripply1 e mesp-ba.[9] A mioxénese esquelética depende da estrita regulación de varios subconxuntos de xenes para que os proxenitores mioxénicos se diferencien en miofibras. Os factores de transcrición de hélice básica-bucle-hélice (bHLH), MyoD, Myf5, mioxenina e MRF4 son fundamentais para a súa formación. MyoD e Myf5 permiten a diferenciación dos proxenitores mioxénicos en mioblastos, seguidos pola mioxenina, que fai que se diferencien os mioblastos en miotubos.[8] O MRF4 é importante para bloquear a transcrición dos promotores específicos de músculo, permitindo que os proxenitores do músculo esquelético crezan e proliferen antes de diferenciarse.
Ocorren varios eventos para impulsar a especificación das células musculares na somita. Para as rexións lateral e medial da somita, uns factores parácrinos inducen as células do miótomo a producir a proteína MyoD, causando así que estas células se desenvolvan orixinando células musculares.[10] Un facor de transcrición (TCF4) de fibroblastos do tecido conectivo está implicado na regulación da mioxénese. Especificamente, regula o tipo de fibra muscular que se desenvolve e as súas maduracións.[4] Baixos niveis de TCF4 promoven tanto a mioxénese lenta coma rápida, promovendo en conxunto a maduración do tipo de fibra muscular. Por tanto, isto mostra a estreita relación do músculo co tecido conectivo durante o desenvolvemento embrionario.[11]
A regulación da diferenciación mioxénica está controlada por dúas vías: a vía da fosfatidilinositol 3-quinase/Akt e a Notch/Hes, que traballan de maneira colaborativa para suprimir a transcrición de MyoD.[6] A subfamilia O das proteínas forkhead (FOXO) xoga un papel crítico na regulación da diferenciación mioxénica, xa que esas proteínas estabilizan a unión de Notch/Hes. O knockout de FOXO1 en ratos incrementa a expresión de MyoD, alterando a distribución das fibras de contracción rápida e lenta.[6]
Fusión muscular
As fibras musculares primarias orixínanse a partir de mioblastos primarios e tenden a desenvolverse en fibras musculares de contracción lenta.[4] As fibras musculares secundarias fórmanse despois arredor das fibras primarias preto do momento da innervación. Estas fibras musculares fórmanse a partir de mioblastos secundarios e xeralmente desenvólvense dando fibras musculares de contracción rápida. Finalmente, as fibras musculares que se forman posteriormente orixínanse a partir de células satélites.[4]
Dous xenes significativos na fusión muscular son Mef2 e o factor de transcrición twist. Os knockouts para Mef2C en ratos orixinan defectos musculares no desenvolvemento do músculo cardíaco e liso, particularmente en fusión.[12] O xene twist xoga un papel na diferenciación muscular.
O xene SIX1 exerce un papel fundamental na diferenciación do músculo hipaxial na mioxénese. En ratos que carecen deste xene, a hipoplasia muscular grave afectou a maioría dos músculos do corpo, especificamente os músculos hipaxiais.[13]
Síntese de proteínas e heteroxeneidade da actina
Hai tres tipos de proteínas que se producen durante a mioxénese.[5] As proteínas de clase A son as máis abundantes e son sintetizadas continuamente durante a mioxénese. As proteínas de clase B son proteínas que se empean a producir durante a mioxénese e continúan durante o desenvolvemento. As proteinas de clase C son as que se sintetizan en momentos específicos durante o desenvolvemento. Ademais, identificáronse tres formas de actina durante a mioxénese.
A importancia do empalme alternativo na mioxénese foi dilucidado usando análise de micromatrices de mioblastos C2C12 en diferenciación.[16] Durante a diferenciación de C2C12 na mioxénese ocorren 95 eventos de empalme alternaivo. Por tanto, o empalme alternativo é necesario na mioxénese.
Systems approach
O método do Systems approach utilízase no estudo da mioxénese, que manipula varias técnicas diferentes como as tecnoloxías de cribado de alto rendemento, ensaios baseados en células de todo o xenoma, e bioinformática, para identificar os diferentes factores dun sistema.[8] Isto foi utilizado especificamente na investigación do desenvolvemento do músculo esquelético e a identificación da súa rede regulatoria.
O Systems approach que usa secuenciación de alto rendemento e análise ChIP-chip foi esencial para dilucidar as dianas de factores reguladores mioxénicos como MyoD e a mioxenina, as súas dianas inter-relacionadas, e como MyoD actúa alterando o epixenoma en mioblastos e miotubos.[8] Isto revelou a importancia de PAX3 na mioxénese e que asegura a supervivencia de proxenitores mioxénicos.[8]
Esta estratexia, que usa ensaios de transfección de alto rendemento baseada en células e hibridación in situ de montaxe completo, foi utilizada para identificar o regulador mioxenético RP58 e o xene de diferenciación do tendón, Mohawk homeobox.[8]
Notas
↑Yaffe, David; Feldman, Michael (1965). "The formation of hybrid multinucleated muscle fibers from myoblasts of different genetic origin". Developmental Biology11 (2): 300–317. doi:10.1016/0012-1606(65)90062-X.
↑Wei L, Zhou W, Croissant JD, Johansen FE, Prywes R, Balasubramanyam A, Schwartz RJ (Nov 1998). "RhoA signaling via serum response factor plays an obligatory role in myogenic differentiation". J Biol Chem273 (46): 30287–94. PMID9804789. doi:10.1074/jbc.273.46.30287.
↑Vlahopoulos S, Zimmer WE, Jenster G, Belaguli NS, Balk SP, Brinkmann AO, Lanz RB, Zoumpourlis VC, Schwartz RJ, et al. (2005). "Recruitment of the androgen receptor via serum response factor facilitates expression of a myogenic gene". J Biol Chem280 (9): 7786–92. PMID15623502. doi:10.1074/jbc.M413992200.
↑ 5,05,1Harovltch, Sharon (1975). "Myogenesis in primary cell cultures from Drosophila melanogaster: protein synthesis and actin heterogeneity during development". Cell66 (4): 1281–6. PMID418880. doi:10.1016/0092-8674(78)90210-6.
↑ 7,07,17,2Maroto, M; Reshef R; Münsterberg A E; Koester S; Goulding M; Lassar A B. (Apr 4, 1997). "Ectopic Pax-3 activates MyoD and Myf-5 expression in embryonic mesoderm and neural tissue". Cell89 (1): 139–148. PMID9094722. doi:10.1016/S0092-8674(00)80190-7.
↑Maroto, M; Reshef R; Münsterberg A E; Koester S; Goulding M; Lassar A B. (4 Apr 1997). "Ectopic Pax-3 activates MyoD and Myf-5 expression in embryonic mesoderm and neural tissue". Cell89 (1): 139–148. PMID9094722. doi:10.1016/S0092-8674(00)80190-7.
↑Baylies, Mary (2001). "Invertebrate Myogenesis: looking back to the future of muscle development". Current Opinion in Genetics & Development66 (4): 1281–6. PMID11448630. doi:10.1016/s0959-437x(00)00214-8.
↑Laclef, Christine; Hamard G; Demignon J; Souil E; Houbron C; Maire P (14 February 2003). "Altered myogenesis in Six1-deficient mice". Development130 (10): 2239–2252. PMID12668636. doi:10.1242/dev.00440.
