Мышцы сохраняют позиционную память из жизни плода

Исследовательское сотрудничество, основанное в Университете Кумамото, Япония, обнаружило, что мышцы и резидентные стволовые клетки (сателлитные клетки), ответственные за регенерацию мышц, сохраняют память о своем местоположении в теле. Было обнаружено, что эта позиционная память основана на паттерне экспрессии кластера генов гомеобокса (Hox), который отвечает за формирование тела во время жизни плода. Ожидается, что эти результаты дадут ключ к разгадке патогенеза мышечных заболеваний, таких как мышечная дистрофия, при которых уязвимость мышц варьируется в зависимости от типа мышц, и помогут разработать регенеративную медицину, основанную на позиционной памяти.


Мышцы сохраняют позиционную память из жизни плода

Существуют различные типы мышечной дистрофии при трудноизлечимых мышечных заболеваниях, и каждый из них имеет разное расположение симптомов. Точно так же возрастная хрупкость мышц (саркопения) не происходит равномерно по всему телу. Физическая локализация симптомов этих заболеваний не может быть объяснена только различиями в типах мышечных волокон или характерах физической активности, и требует нового взгляда на их соответствующие патогенезы.

Происхождение клеток, образующих мышцы, зависит от стадии развития плода. Например, большинство черепно-лицевых мышц берут начало от краниальной мезодермы, а мышцы конечностей – от сегментов тела. В развитии мышц конечностей и черепно-лицевых мышц в период плода задействованы определенные молекулярные механизмы, зависящие от их происхождения. Однако различия в свойствах зрелых скелетных мышц в зависимости от положения тела после рождения полностью не обсуждались. Таким образом, исследовательское сотрудничество работало над визуализацией позиционной информации тела путем изучения эпигеномного состояния и паттернов экспрессии генов скелетных мышц и мышечных стволовых клеток, ответственных за регенерацию.


Мышцы сохраняют позиционную память из жизни плода

Используя стволовые клетки скелетных мышц и связанных с ними мышечных стволовых клеток, выделенные из головы и задних конечностей взрослых мышей, исследователи исследовали позиционную специфичность на эпигеномном уровне с помощью анализа ДНК-метилома. Они обнаружили характерные различия в статусе метилирования ДНК в локусах гомеобокса (Hox). Среди четырех областей, от A до D, локус Hox-A, в частности, имел общее состояние гиперметилирования ДНК в скелетных мышцах задних конечностей и стволовых мышечных клетках по сравнению с головными. Кроме того, как скелетные мышцы, так и мышечные стволовые клетки задних конечностей показали высокую экспрессию гена Hox-A. Многие из этих генов Hox-A отражают паттерны экспрессии во внутриутробном периоде. Эти данные свидетельствуют о том, что скелетные мышцы и мышечные стволовые клетки запоминают информацию о местоположении в течение жизни плода.

Затем исследователи сосредоточились на гене Hoxa10, который сильно экспрессируется только в мышцах конечностей. Когда полученные из задних конечностей мышечные стволовые клетки, экспрессирующие Hoxa10, были выделены и трансплантированы в черепно-лицевые мышцы, которые не экспрессируют Hoxa10, экспрессия гена Hoxa10 стала обнаруживаться в черепно-лицевых мышцах. Другими словами, мышечные стволовые клетки задних конечностей были способны иннервировать черепно-лицевую мышцу с сильным сохранением позиционной памяти даже после внематочной трансплантации.

Затем они создали мышей, лишенных гена Hoxa10 в мышечных стволовых клетках, чтобы проанализировать его функцию. Дефицит Hoxa10 серьезно нарушает регенерацию мышц задних конечностей, но не влияет на регенерацию черепно-лицевых мышц. Детальное исследование механизма, лежащего в основе нарушения регенерации мышц задних конечностей, показало, что оно вызвано геномной нестабильностью из-за аномального распределения хромосом во время деления мышечных стволовых клеток. Кроме того, анализ стволовых клеток мышц головы и ног человека также показал, что только клетки мышц ног экспрессируют ген HOX-A и что его ингибирование приводит к аномальному делению клеток, подтверждая, что позиционная память мышечных клеток сохраняется у людей и мышей.

Это исследование предполагает, что позиционная память мышечных стволовых клеток, основанная на позиционно-специфическом распределении экспрессии Hox-гена, может определять позиционно-специфические свойства скелетных мышц, а не просто сохраняться от эмбриональной жизни.


Мышцы сохраняют позиционную память из жизни плода

«В будущем мы ожидаем, что функциональные аспекты позиционной памяти мышечных стволовых клеток приведут к прояснению механизмов, которые приводят к локализации симптомов, наблюдаемых при различных мышечных заболеваниях, таких как мышечная дистрофия», – сказал доцент Юсуке Оно, который руководил исследованием. «Кроме того, эксперименты по эктопической трансплантации, в которых мышечные стволовые клетки трансплантируются в место, отличное от того, где они были получены, показали, что они поддерживают позиционную память и регенерируют. С другой стороны, скелетные мышцы, регенерированные в результате ксенотрансплантации, могут не обладать своей исходной позиционная информация, которая может нарушить их нормальное функционирование. В последнее время наблюдается быстрый прогресс в дифференцировке iPS-клеток в различные клетки-предшественники и разработке методов массового культивирования, но местонахождение индуцированных клеток-предшественников не рассматривалось. В будущем наша группа попытается разработать приложения для регенеративной терапии мышечных заболеваний, искусственно управляя позиционной памятью клеток и используя свойства клеток с позиционной памятью в нужных местах».

Киёси Ёсиока, Хироси Нагахиса, Фумихито Миура, Хиромицу Араки, Ясутоми Камеи, Ясуо Китадзима, Дайки Секо, Джумпей Ногами, Ёсифуми Цучия, Нарихиро Окадзаки, Акихико Ёнэкурахи, Сэмиро Окаба, Изюми Койбэкурахи, Сэриго Ога, Ёсини, Сэхуиро Оба, Ёсини, Такаши Ито, Ясуюки Окава, Юсуке Оно. Hoxa10 обеспечивает позиционную память для управления функцией стволовых клеток в скелетных мышцах взрослых. Достижения науки, 2021 г.; 7 (24): eabd7924 DOI: 10.1126 / sciadv.abd7924

Похожие темы




Интересное в разделе «Наука»

Постные блюда

Новое