autoreferat Marta Przewozniak - Wydział Biologii UW

Autoreferat rozprawy doktorskiej mgr Marty Przewoźniak
Tytuł: Wpływ zmian ekspresji białek adhezyjnych na różnicowanie
mioblastów i zarodkowych komórek macierzystych.
Praca doktorska wykonana w Zakładzie Cytologii, Instytut Zoologii, Wydział Biologii,
Uniwersytet Warszawski.
Autor: Marta Przewoźniak
Promotor: prof. Maria A. Ciemerych - Litwinienko
Recenzenci:
prof. Grażyna Korczak - Kowalska (Zakład Immunologii, Wydział Biologii, Uniwersytet
Warszawski);
dr. hab. Jarosław Czyż (Zakład Biologii Komórki, Wydział Biochemii, Biofizyki i
Biotechnologii, Uniwersytet Jagielloński).
W powstawaniu, wzroście i regeneracji mięśni szkieletowych kluczową rolę
odgrywają miogeniczne komórki prekursorowe (ang. Myogenic Precursor Cells, MPC),
nazywane także komórkami satelitowymi. W odpowiedzi na uszkodzenie mięśnia
komórki te ulegają aktywacji, dzielą się, różnicują w mioblasty i fuzjują tworząc
miotuby, a następnie funkcjonalne włókna mięśniowe. Wyizolowane z mięśni MPC
również w warunkach hodowli in vitro są zdolne do różnicowania, fuzji i tworzenia
wielojądrowych miotub. Przebieg fuzji pozostaje pod kontrolą wielu czynników
zewnętrznych, których działanie na MPC prowadzi do aktywacji określonych szlaków
przekazywania sygnałów a w efekcie ekspresji białek kluczowych dla różnicowania.
Do czynników takich można zaliczyć m. in. cytokiny i czynniki wzrostu. W
różnicowaniu mioblastów kluczową rolę odgrywają także białka adhezyjne
odpowiedzialne za wzajemne oddziaływania oraz fuzję błon różnicujących komórek.
Białka te są także receptorami dla czynników wzrostu czy cytokin. Umożliwiając
kontakt między mioblastami a macierzą zewnątrzkomórkową pośredniczą w
przekazywaniu sygnałów promujących lub hamujących różnicowanie. Do
najważniejszych białek adhezyjnych zaangażowanych w różnicowanie i fuzję
mioblastów zaliczamy integryny alfa3 i beta1, metaloproteinazy błonowe ADAM,
tetraspaniny CD9 i CD81, M-kadherynę i VCAM-1. Wiadomo, również że takie białka
adhezyjne jak integryna beta1, tetraspanina CD9 czy E-kadheryna odgrywają rolę w
różnicowaniu zarodkowych komórek macierzystych (komórek ES). Zmiany ekspresji
białek adhezyjnych, warunkują czy komórki te pozostaną niezróżnicowane czy też
będą różnicować, np. w kardiomiocyty, mioblasty czy neurony. Dlatego też
manipulowanie poziomem ekspresji białek adhezyjnych może okazać się kluczowe
dla efektywnego uzyskiwania z komórek ES wybranego rodzaju komórek, w tym
mioblastów mięśni szkieletowych. Na różnicowanie zarówno komórek ES jak i MPC
można wpływać poprzez działanie czynnikami wzrostu, np. IGF-1 (ang. Insulin-like
Growth Factor - 1) czy cytokinami np. IL-2 (ang. Interleukin - 2). Czynniki te
kontrolują prawidłowy przebieg miogenezy i regeneracji mięśni szkieletowych.
Celem niniejszej pracy było określenie roli białek adhezyjnych takich jak
integryna alfa3 i tetraspanina CD9 w różnicowaniu mioblastów oraz miogenicznym
różnicowaniu komórek ES. Ponadto, podjęto próbę odpowiedzi na pytanie czy
czynniki wzrostu i cytokiny takie jak IGF-1 i IL-2 kontrolują różnicowanie mioblastów
i komórkek ES i czy dzieje się to za pośrednictwem regulacji ekspresji białek
adhezyjnych.
Podczas przeprowadzonych doświadczeń ustalono, że wyciszenie ekspresji
mRNA kodującego integrynę alfa3 prowadzi do zahamowania fuzji mioblastów
uzyskanych z MPC izolowanych z mięśni szkieletowych szczura. Także w przypadku
mysich mioblastów linii C2C12 spadek ekspresji integryny alfa3 obniżał ich zdolność
do fuzji. Ekspresja transkryptów kodujących inne kluczowe dla różnicowania
mioblastów białka adhezyjne nie zmieniała się. Sugeruje to, że integryna alfa3 jest
jednym z ważniejszych elementów kompleksów białek adhezyjnych uczestniczących
w fuzji mioblastów. Ponadto udokumentowano, że IGF-1 i IL-2 stymulują fuzję
mioblastów C2C12 oraz tych uzyskanych z MPC. Okazało się jednak, że nie
zwiększają one ekspresji integryny alfa3, ale wpływają na ekspresję tetraspaniny
CD9. Ekspresja transkryptu kodującego to białko adhezyjne wzrastała pod wpływem
IL-2. Wykazano, także że IGF-1 i IL-2 mogą promować różnicowanie komórek ES. Co
istotne, traktowanie tych komórek zarówno IGF-1 jak i IL-2 zwiększało ich zdolność
do fuzji z mioblastami linii C2C12. W różnicujących pod wpływem tych czynników
komórkach ES również zaobserwowano wzrost ekspresji transkryptu kodującego
tetraspaninę CD9. Mogło to wpływać na zwiększenie zdolności tych komórek do fuzji
z mioblastami. Podczas dalszych badań uzyskano komórki ES, w których
doprowadzono do nadekspresji transkryptu kodującego integrynę alfa3. W
przyszłości komórki te mogą stać się dobrym narzędziem do analiz wpływu białek
adhezyjnych na miogeniczne różnicowanie komórek ES.
Podsumowując, wykazano że wyciszenie ekspresji integryny alfa3 obniża
częstość fuzji mioblastów. Integryna alfa3 jest ważnym elementem kompleksów
uczestniczących w fuzji tych komórek. Białka adhezyjne takie jak ADAM12,
tetraspaniny CD9 i CD81, VCAM-1 czy M-kadheryna nie rekompensują obniżonej
ekspresji tej integryny. IGF-1 i IL-2 mogą stymulować różnicowanie zarówno
mioblastów jak i komórek ES stymulując ekspresję transkryptu kodującego
tetraspaninę CD9. Co istotne oba badane czynniki pozytywnie wpływały na zdolność
komórek ES do fuzji z mioblastami. IGF-1 i IL-2 wydają się zatem dobrymi
kandydatami do wykorzystania w przyszłych badaniach mających na celu zwiększanie
udziału przeszczepianych komórek ES w regeneracji mięśni. Uzyskane wyniki mogą
więc być pomocne w opracowaniu terapii zaburzeń regeneracji mięśni
wykorzystujących komórki macierzyste.