CARDIAC CONDUCTION SYSTEM
Проводящая Система Сердца

CYTOSKELETAL GENE EXPRESSION IN THE DEVELOPING CARDIAC CONDUCTION SYSTEM
R.E. Welikson, T. Mikawa
Myofibrillogenesis. - Boston etc., 2002. - (Cardiov. Mol. Morphogenes.). P. 153-177
SUBCOMPONENTS OF THE CONDUCTION SYSTEM


Sinotrial Node
Sinotrial Node (SA) - генератор ритма (pacemaker) сердца - локализован в соединении superior vena cava с правым предсердием . У млекопитающих SA узел м. б. отличен от работающего миокарда как выделяющийся кластер клеток, которые ментьше в диаметре. Клетки эти в целом содержат нерегулярный и редко разбросанный контрактильный материал, окруженный тонкими промежуточного типа филаментами. Во многих клетках четко обнаруживается гликоген. Хотя отсутствие Т тубулярной системы поразительно, однако эти волокна действуют, образуя периферические скопления. Тем не менеее отличия клеток узла от миокарда не столь очевидно. Существует постепенный морфологический перход от нодальной ткани к миокарду.

Atrioventricular Node
AV узел расположен у основания межпредсердной перегородки. рядом с местом возникновения задней створки трехстворчатого клапана. Он располагается относительно глубоко в ткани, вблизи эндокарда. Электрофизиологическая функция этой ткани заключается в замедлении возбуждающих импульсов от SA узла к желудочкам. Клетки AV узла сходны с теми, что обнаруживаются в SA узле. Они пермешаны с соединительной тканью и сильно васкуляризованаы (венозные sinusoids, артериолы и широкая капилярная сеть. У млекопитающих AV узел отделен от эндокарда тонким краем атриального миокарда. Нижняя область AV узла является компактоной и сидит на на annulus. Компактная часть у некоторых видов состоит из двух отдельных слоев с нодальной организацией как в продольном, так и поперечном направлении. Клетки на периферии этой области плоские и веретенообразные, тогда как более нерегулярной формы волокна расположены глубже. Верхний и правый края состоят из более рыхло соединенных волокон и имеют тенденцию смешиваться фенотипически в мышечными волокнами правого предсердия и межпредсердной перегородки. Нижняя область узла становитися более регулярно организованной по мере того как становится непрерывным с атриовентрикулярным пучком. Периферические клетки в медиальной части узла глобулярно-подобны и едва ли содержат какие-либо миофибрилы. Такое расслоение ткани AV узла м.б. ответственным за задержку проведения возбуждения через AV узел.

Atrioventricular Bundle (Bundle of His)
Импульсы, покидающие AV узел, поступают в AV пучек. Переход от AV узла к AV пучку постепенен и трудно различим. Проксимальные клетки AV пучка того же спмого размера, чио и в AV узле. Клетки в нижней и передней части AV узла становятся более узкими и расположены так, чтобы сформировать AV пучок. Пучек закреплен коррнями в рыхлой массе фиброзной сосудистой ткани вдоль верхней части межжелудочковой перегородки, ниже noncoronary cusp (выступа) аорты. У людей AV пучек образует две левых бранши пучка, верхний и нижний рукав и одну правую браншу пучка Бранши пучка подвергаются экстенсивному ветвлению внутрь межделудочковой перегородки, прежде чем двигаться во всех направлениях в стенки желудочков, чтобы сфоримровать систему Пуркинье. По мере того как волокна становятся все более дистальными они становятся больше и содержат большие количества цитоплазмы. Обычно левые и правый бранши пучка лежат вблизи субэндокарда. Волокна браншей пучка проксимальнее AV пучка того же самого размера что и пучек. По мере того как они движутся в направлении верхушки, эти волокна быстро увеличиваются в размере и становятся больше, чем обычные миокардиальные волкна желудочков.

Purkinje Fibers
Левая и правая бранши пучка заканчиваются. чтобы стать волокнами Пуркинье, которые широко распределены по всему субэндокарду левого и правого желудочкав. Волокна Пуркинье м.б. отли чны от обычных кардиальных миоцитов физиологически и морфологически. Хотя существует широкая межвидовая изменчивость. онри подразделяются на три грубые категории. В первой категории волокна Пуркинье имеют большие диаметры и обычно хорошо дифференцированы. Птицы, яйцекладущие млекопитающие (monotremes) и копытные млекопитающие (ungulates) относятся к первой группе. В сердц птиц волокана Пуркинье сопровождают коронарные артерии, когда они нисходят вблизи эпикариальной поверхности желудочков, тогда как др. идут под эндокардом перегородки и стенков желудочков. Во второй группе, куда входят люди, обезьяны, белки, кошки и собаки, волокна Пуркинье имеют проаежуточный или малый диаметр и трудно отличимы от кардиальных волокон работающего миокарда желудчков. В последней категори волокна Пуркинье обнаруживают слабую клеточную дифференцировку. Эти волокна трудно отличимы от миокарда желудочков и обычно находятся вблизи эндокарда. Этот группа летучих мышей, крыс, морских свинок и кроликов.

CONDUCTION CELL MYOFIBRILS AND CYTOSKELETON


Анализ миофибрилл волокон Пуркинтье в сердце коров выявили сходсто их с волокнами миокрада желудочков. Миофибриллы в клетках Пуркинье в общем-то рыхло расположены и недостаточно хорошо организованы по сравнению с работающим миокардом. Похоже, что количество митохондрий в волокнах Пуркинье ниже, чем в ординарных кардиальных волокнах. Миофибрилы в волокнах Пуркинье обычно расположены вблизи клеточных стенок, погружены в бледную цитоплазму, полную гликогена и промежуточных филамент. Эти промежуточные филаменты, 10 nm в диаметре, многочисленны и оккупируют большую часть центральной цитоплазмы. Они перемешаны с миофибрилами, митохондриями и др. клеточными органеллами. Вблизи миофибрил промежуточные филаменты орагаизованы в пучки палаллельно миофтбрилам.
Хотя некоторые из этих миофибрил какжутся ультраструктурно идентичнми тем, что в работающем миокарде, др. выгляюят отличюащимися. Миофибрилы ветвятся и вновь соединяются др. с др. и часто выглядят ка крыхло упакованные. В отличие от микардиальных миофиламенты волокон Пуркинье часто неправильно располоены. Интеркалярные диски, типичные для работающего миокарда, обнаруживаются редко. Из др. структур редко обнаруживаются лептемеры (leptemeres) и микротрубочки. Помимо этого, миофибрилы в одной клетке обычно не имеют оппозитных миофибрил в соседней клетке. Набюдаются некоторые изменения Z-дисков в миобибрилах Пуркинье, включая или утолщенные или неполные структуры.

GENE EXPRESSION IN THE CARDIAC CONUCTION SYSTEM


Установлено, что проводящая ткань имеет паттерн экспрессии генов, отличный от остальной части сердца. Сначала в волокнах Пуркинье были выявлены структруные белки, сходные с ординарными миоцитами, но заметными количественными различиями. Так, волокна Пуркинье содержат известный белок в 55 кД, который составляет примерно 50% от окрашиваемых структурных белков. Этот белок соответствует цитоплазматическим промежуточным филаментам, обнаруживаемым по всей цитоплазме. Напротив, тропонин, тропомиозин, миозина легкая цепь 1 (MyLC-1) и миозина легкая цепь 2 (MyLC-2) присутствуют в меньших пропорциях в Пуркинье, чем в рядовых миоцитах. Содержание миозина в проводящей системе значительно меньше, чем в миоцитах. В AV узле, пучке, браншах коров миозин составляет 20% на сухой вес по сравнению с тем, что миокарде левого желудочка.
Затем были выявлены и уникальные гены для развивающейся и взрослой проводящей системы. Было установлено, что проводящая ткань обладает многими миофибриллярными белками, общими ординарным миоцитам. Некоторые из этих белков экспрессируются лишь временно в миокарде. но персистируют в проводящих волокнах. Напротив кардиальный MyBP-C, который экспрессируется в миоцитах, подавлен в клетках Пуркинье. Наконец, маркеры, которые уникальны для скелетных или нейрональных клонов экспрессируются в кардиальной проводящей системе. Имеются также видовые вариации экспрессии миофибриллярных белков в проводящей системе и ординарных миоцитах. Экспрессия некоторых генов м. отличаться или по альтернативному сплайсингу или посттрансляционным модификациям. В Табл. предсталвен список большей части миофибриллярных белков, экспрессирующихся в клетках взрослой и эмбриональной кардиальной проволящей системы разных видов.

GENE EXPRESSION UNIQUE TO THE CONDUCTION SYSTEM


Myosin
Миозин - большая хемомеханическая молекула, отвечающая за мышечную контракцию и подвижность клеток. Миозин это гексамерная молекула, состоящая из двух тяжелых цепей и двух неидентичных пар легких цепей. Некоторые изоформы миозина, выделенные из кардиальных и скелетных мышц, составляют семейство генов, чьи члены родственны и структурно и функционально. Изоформы миозина в поперечноисчерченных мышцах высоко законсервированы и, по-видимому, функционально отличны.
Продемонстрирована гетерогенность изоформ миозиновой тяжелой цепи (MyHC)в сердце птиц. Эти разные изоформы по-разному распределены в предсердном, желудочковом и проводящем миокарде. Так, миоциты желудочков реагируют с антителами, специфичными к вентрикулярному миозину, но не к быстрому или меделенному скелетному миозину. Напротив предсердные миоциты реагируют только с антителами против быстрого скелетного миозина. Позднее было установлено, что эпитоп, идентифицируемый антителами к быстому скелетному миозину, присутствует в atrial-specific myosin heavy chain (AMHC1). Волокна Пуркинье реагируют на все три типа антител, но наиболее интенсивно на антитела к медленному скелетному миозину. Установлено, что клетки Пуркинье экспрессируют по крайней мере два изотипа миозина: медленный и быстрый скелетный миозин или медленный скелетный и вентрикулярный миозин. Так, в сердце взрослых кур проводящие клетки экспрессируют миозины, обнаруживаемые в предсердиях и желудочках, а также медленный скелетный миозин. Эпитоп медленного скелетного миозина не обнаруживается ни в предсердиях, нив желудочках вплоть до ст. Е17.Уровни медленного скелетного миозина постепенно достигают взрослого урвоня после вылупления. МуНС, присутствующий во возрослых волокнах Пуркинье, не присутствует в сердце ранних эмбрионов, когда уже присутствуют клеточне предшественники волокон Пуркинье.
В сердце млекопитающих экспрессируются два МуНС гена, α-MyHC и β-MyHC. Паттерн их экспрессии регулируется онтогенетически, гормонально и гемодинамически. Благодаря димеризации α- и β-MyHC м. возникать 3 изоформы миозинов в сердце млекоптающих - αα-MyHC гомодимер (V1), αβ-MyHC гетеродимер (V2) и ββ гомодимер (V3). α-MyHC является главной изоформой, экспрессируемой во взрослых желудочках и предсердиях мелких млекопитающих, таких как мыши и крысы, и, за исключением окологлазных и жевательных мышц, она является кардио-специфичной. В сердце телят и людей и α-MyHC и β-MyHC присутствуют в атриальном миокарде. Показано, что фетальный МуНС дополнительно присуствует в нодальной ткани, но не в ординарных миоцитах сердца телят. Центральная часть SA узла содержит клетки, экспрессирующие в основном α- и фетальный МуНС и варьирующие количества β-MyHC. Волокна на периферии SA узла не экспрессируют фетального МуНС совсем, только α- и β-MyHC. AV узел также обнаруживает региональные различия, центральная и нижняя его части экспрессируют α- и фетальный МуНС, но не β-MyHC. В месте, где AV узел сходен с AV пучком фетальный МуНС м. обнаруживаться в малых nodal-подобных клетках, но не в больших клетах браншей пучка, которые позитивны по β-MyHC. Остальные компоненты вентрикулярной проводящей системы, бранши пучка AV и волокна Пуркинье, негативны по фетальному МуНС эпитопу. Т.о., МуНС изоформа, родственная фетальной МуНС, специфически экспрессируется в нодальной проводящей ткани сердца телят.
Выявлены различия и в композиции MyLC/ Две легкие цепи миозинов MLC-1 в 25 кД и MLC-2 в 18 кДа обнаруживаются и в ординарных миоцитах и в проводящих клетках. Третья субъединица легкой цепи, MLC-1' в 22.5 кДа ассоциирует уникально с миозином из проводящей системы. Это примерно треть от остальных MLC субъединиц. Несмотря на эти различия в миозинах, не выявлено достоверных отличий в K+EDTA или Ca2+-активируемой миофибриллярной АТФазе из миоцитов и проводящих клеток.

Neuronal Proteins and Epitopes
Кардиальные проводящие клетки обладают некоторыми нейрональными характеристиками, такими как acetyl-cholinerase активность и обращенный внутрь Na- и К-ток. Они экспрессируют также нейрофиламенты, большие intermediate filaments (IF) нейронов. Они представлены тремя субъединицами: neurofilament light (NF-L), neurofilament mediun (NF-M), neurofilament heavy (NF-H). Типичные IF белки, нейрофиламентные белки содержат центральный кислый домен в 310 аминокислот, который участвует в самосборке белка в 10-nm филаменты. NF-M-позитивные клетки в сердце кролика обнаруживаются в SA узле, AV узле и AV пучке, браншах пучка и волокнах Пуркинье. В противоположность ординарным миоцитам предсердия и желудочки не реагируют с NF-M антителами. NF-M транскрипты выявлены и в проводящей системе сердца взрослых крыс.
Во время развития сердца кролика мРНК NF-M впервые выявляется на ст. Е9.5 в небольшом числе вентрикулярных клеток вблизи со стороны правой руки AV соединения. На ст. Е10. после образования сердцем петли, транскрипты NF-M обнаруживаются в небольшой популяции AV соединения. На Е11 количество клеток, транскрипбирующих NF-M увеличвается и они локализуются в субэндокарде AV соединения и внутри развивающейся межжелудочковой перегородки. Белок NF-M впервые выявляется в небольшом количестве клеток AV соединения и сиенке предсердия на ст. Е11. На Е15 NF-M обнаруживаются в проводящей ткани с распределением, характерным для взрослых. Анти-NF-M антитела в сердце кроликов показывают, что большинство NF-M организованы в филаментозные пучки, расположенные в цитоплазматических пространствах, разделеющих миофибриллы и митохондприи. Сходно с NF-M и NF-L м.б. выявлены специфическими антителами во всех сегментаз кардиальной проводящей системы кроликов. Ни кондуктинве, ни ординарные кардиальны миоциты не обнаруживают реакции на антитела у NF-H или vimetin.
Др. маркером нейронального типа является HNK-1, углеводный эпитоп, экспрессирующийся в нейральных клетках, вклюая и нейральный гребень. Антитела против HNK-1 использовали для обнаружения некоторых адгезивных молекул нейральных клеток, включая N-CAM, myelin associated glycoprotein, L1, contactin и PO. Предположение о том, что предшественниками кардальной проводящей системы имели нейральное происхождение подкрепляетс, т.к. клетки, соседние с атриальной стенкой в сердце кролика на ст. Е11 позитивны по HNK-1 эпитопу, а также по NF-M. Однако эти клетки экспрессируют и саркомерный миозин. Экспрессия HNK-1 в сердце временна и не обнаруживаетя со ст. Е15.
Neural cell adhesion molecule (NCAM) это гликопротеин клеточной поверхности и член семейства иммуноглобулиновых клеточных адгезивных молекул. Он участвует в росте и миграции клеток в головном мозге и экспрессируется в различных типах клеток, включая нейроны, глиальные клетки и скелетные мышцы. NCAM посттрансляционно модифицируется цепью различной длины углевода polysialic acid (PSA) и регулируется онтогенетически. Функция PSA на NCAM, как полагают, заключается в ослаблении (attenuation) сил межклеточной адгезии, это влияет на морфогенез клетки и миграцию. PSA-NCAM м.б. обнаружен в развивающейся вентрикулярной проводящей системе, а также в др. областях, в сердце эмбрионов кур. В трубчатом сердце на ст НН 11 NCAM и PSA v/,/ обнаружены в миокарде. На ст. НН 20 NCAM все еще присутствует по всему миокарду, но PSA половинка оказывается ограниченной клетками внутри AV соединения, на эндокардиальной поверхности AV подушек и по краю предсердной перегородки. После разделения сердца PSA-позитивные клетки организуются в пучки внутри миокарда перегородки. Эти PSA-позитивные пучки дают две бранши, которые становятся связанными с позитивными областями субэндокардиального миокарда. Этот паттерн окрашивания согласуется пространственно и по времени с развитием проводящей системы. На ст. НН 44 PSA все еще присутствует в клетках субэндокарда. Эти клетки экспрессируют также медленный мышечный MyHC, маркер волокон Пуркинье. В сердце взрослых кур, однако, NCAM все еще посвеместен, но PSA более не ассоциирует с клетками, экспрессирующими медленный мышечный MyHC. Возможная роль PSA-NCAM в проводящей системе - ослаблять их способность контактировать с ординарным миокардом, во время их дифференцировки. Контрактильные кардиальные миоциты не экспрессируют высоких уровней PSA это позволяет им формиовать щелевые соединения или кадхериновые контакты между собой и тем самым отделяет их от презумптивных кондуктинвых клеток.
ЕАР-300 еще один нейрональный маркер в проводящей ткани сердца. ЕАР-300 онтогенетически регулиремый белок экспрессируется радиальной глией в WYC и тканями GYC и кардиальными мышцами. Хотя ЕАР-300 обнаруживается и в контрактильной и специализированной проводящей ткани в развивающемся сердце кур, его экспрессия в этих тканях дифференциально регулируется и пространственно и во времени. ЕАР-300 выявляется уже на ст. НН 13 в трубчатом сердце кур и обнаруживается в миокарде как в предсердиях, так и желудочках на ст. Е5 и Е6 (НН ст. 28). На ст. Е13 ЕАР-300 преимущественно экспрессируется в кардиальной проводящей ткани, включая AV пучок, бранши пучка и волокна Пуркинье. Однако, непосредственно перед вылуплением экспрессия ЕАР-300 снижается до уровня его в ординарном работающем миокарде.

Gap Junctions
Щелевые соединения обеспечивают межклеточное общение за счет диффузии малых молекул и умножения электрических импульсов. Они обнаружены практически во всех типах клеток и отвечают за распространение возбуждения в гладкомышечных клеткаъ и нейронах, а также в кардиальной ткани. Щелевые соединения состоят коннексинов (Cxs). В сердце дифференциальная экспрессия изоформ коннексинов в проводящей системе электрически отделяет специализированую проводящую ткань от ординарных работающих миоцитов и тем самым способствует координированному возбуждению и контракции. В сердце млекопитающих известны 4 коннексина - Сх37, Сх40, Сх45 и Сх46. В целом нодальная ткань экспрессирует коннексиновые белки на существенно более низком уровне. У людей SA и AV узлы обнаруживают лишь незначительную экспрессию Сх40 и Сх45. Это м. частично объяснить медленную скорость передачи в SA и AV узлах.
Cx42, куриный гомолог Сх40 иммунолокализован в проводящей системе эмбрионального и взрослого сердца кур. Сх43, изоформа, которая обнаруживается повсеместно в миокарде млекопитающих. ограничена гладкими мышцами коронарных артерий сердца кур. Экспрессия Сх42 в сердце кур регулируется онтогенетически. Впервые он обнаруживается в периферических кардиальных миоцитах и клетках сосудистого эндотелия на ст. Е9-Е10. Между Е14 и Е20 Сх42 обнаруживается только в волокнах Пуркинье и дистальных позициях браншей пучка. Сразу после вылупления экспрессия Сх42 начинает распространяться проксимально в проводящую систему, захватывая целиком бранши пучка и AV пучек. Уровни Сх42 в это время обнаруживают градиентный паттерн, так что более дистальные части браншей пучка экспрессирую более высокие уровни, чем проксимальные. На 14 день после вылупления экспрессия Сх42 становится униформной вдоль всех браншей пучка. У взрослых экспрессия Сх42 наивысшая в волокнах Пуркинье, но обнаруживается также и в браншах пучка.
Гомолог Сх42 у млекопитающих, Сх40, является преимущественной изоформой в вентрикулярной проводящей системе у коров, свиней, собак и людей. У крыс Сх40 также преимущественно экспрессируется в проводящей системе скорее, чем Сх43. Сх40, по-видимому, не только компонент щелевых соединений в кардиальной проводящей системе. Сх40 нокаутные мыши оставались жизнеспособными, но имели кардиальные аномалии проводящей системы. напоминающие блок AV и браншей пучка.

PERSISTENCE OF EMBRYONIC CARDIAC GENE EXPRESSION IN THE CONDUCTION SYSTEM


Thick Filament Proteins
Экспрессия генов контрактильных белков или оказывается ограниченной разными областями сердца или подавляется и уступает место взрослым изоформам. Некоторые изоформы миофибриллярных белков, присутствующие в проводящей системе, экспрессируются в миоцитах только временно во время раннего развития. Эта экспрессия остаточных генов не обязательно указывает на то, что проводящая системая является эмбриорнальной по своей природе. Этот паттерн экспрессии генов м.б. применим к функционально отличающимся и специализированным типам клеток, возникшим в результате альтернативных путей развития по отношению к контрактильным миоцитам. Напр., экспрессия белка, ассоциированного с толстыми филаментами, myosin protein binding H (MyBP-H) специфически экспрессируется в склетных мышцах, но не во взрослой кардиальной мышце. Однако иммуногистологически было установлено, что MyBP-H экспрессируется в сердуе преимущественно в интрамуральных волокнах Пуркинье. При этом кардиальные транскрипты и белок неотличимы от таковых в скелетных мышцах. Анализ сердца эмбрионов кур показал, что MyBP-H экспрессируется по всему вентрикулярному миокарду во время раннего развития. Однако в позднем развитии и после рождения он остается только в волокнах Пуркинье периферической проводящей системы.

Thin Filament Proteins
Компоненты тропоинового комплекса являются др. примером структурных белков, которые подвергаются онтогенетической регуляции в сердце. Тропониновый комплекс состоит из трех субъединиц, tropinin T (TnT), TnC и TnI. Вместе с tropomyosin (Tm) тропонин регулирует взаимодействие тонких филамент кальций-зависимым способом. TnI ингибирует актин-миозиновое взаимодействие. TnC связывает кальций и высвобождает ингибирующий эффектор TnI. TnT связывает комплекс с Tm. Хотя только один ген кодирует кардиальный TnT, множественные изоформы генерируются с помощью альтернативного сплайсинга и экспрессируются в сердце млекопитающих во время развития. В сердце крыс и кур выявлены две изоформы TnI, slow скелетно-мышечная (TnIslow) и cardiac-специфическая (TnIcardiac). В сердце крыс TnIslow мРНК экспрессируется во время эмбрионального развития, тогда как TnIcardiac наиболее выражена у взрослых. Показано, что оба транскрипта присутствуют во время эмбриогенеза в сердце, но отличаются по своему временному и пространственному паттерну экспрессии. TnIslow мРНК появляется первой на 10 день развития (13 сомитов). Сигнал TnIslow персистирует в течение всего развития сердца и затем быстро исчезает с разной скоростью из миокарда предсердий и желудочков. Транскрипты TnIcardiac начинают обнаруживаться только на поздних стадиях развития и затем персистируют в предсердиях и желудочках сердца неонатальных и возрослых крыс. Увеличение транскриптов TnIcardiac иреципрокное падение TnIslow скоординированы пространственно. TnIslow мРНК начинает исчезать в предсердиях и затем распространяется ростарльно от желудочков к тракту оттока. В это же время TnIcardiac появляется следуя тому же пространственному паттерну. Единственными областями, где TnIslow сохраняется являются AV узел и др. области проводящей системы. В этих областях TnIcardiac все еще обнаруживается, но сигнал становитс очень слабым.
α-muscle actin (α-SMA) такж экспрессчруется в миоцитах развивающегося сердца крыс. Он впервые выявляется в сердц на ст. Е9 и локализуется в основном на периферии кардиальных миоцитов. Уровни белка α-SMA затем увеличивадтся вплоть до Е14. В это время белок м. обнаруживаться во всех областях развивающегося сердца крыс. Экспрессия α-SMA, однако, временная в кардиальных миоцитах. Уже на ст. Е12 сигнал начинает уменьшаться в кардиальных миоцитах межжелудочковой перегородки, а на ст. Е16 уменьшается и в желудочках. Между Е16 и Р7 экспрессия α-SMA исчезает из предсердий, AV канала и трабекул желудочков. Единственная область, где α-SMA персистирует у новорожденныхкрыс - это вентрикулярная проводящая система, включая AV пучек, бранши пучка. Сходным образом экспрессия desmin накапливается в раннем развитии и и начинает снижаться на ст. Е14. Сигнал десмина, однако, остается более сильным в клетках проводящей системы, чем в работающем миокарде.

DOWN REGULATION OF CONTRACTILE MYOCYTE-SPECIFIC PROTEIN EXPRESSION IN THE CONUCTION SYSTEM


Одним из примеров потери экспрессии белков в проводящей системе является белок MyBP-C в 130 кДа. Он составляет примерно 2% от массы миофибрилярных белков. Идентифицированы три изоформы MyBP-C у человека, мыши и кур - быстрая скелетная. медленная скелетная и кардиальная. У взрослых кур MyBP-C регионально отличны. Кардиальная MyBP-C форма экспрессируется широко в обычном работающем миокарде. Кардиальная MyBP-C не экспрессруется в периферических волокнах Пуркинье. На ст. Е18 развивающегося сердца кур MyBP-C специфически подавляется в миоцитах, когда те дифференцируются в волокна Пуркинье. Неизвестно экспрессируются ли др. изофоhvs MyBP-C в волоканах Пуркинье кур.

PROTEINS COMMON TO CONDUCTION FIBERS AND MYOCYTES


В обычных миоцитах млекопитающих β-MyHC является основной кардиальной изоформой MyHC, экспрессируемой в больших количествах у взрослых (люди, коровы). В сердце телят очень мало экспрессируется β-MyHC в предсердиях. Сходным обнразом мало обнаруживается α-MyHC в желудочках. Однако волокна Пуркинье в сердце телят обнаруживат варьирующую экспрессию α-MyHC. Установлено, что и α- и β-MyHC экспрессируются в AV узле и волокнах Пуркинье, но др. взаимоотнрошения обнаружены в ординарном миокарде предсердий и желудочков. Более высокий уровень экспрессии β-MyHC обнаруживается в AV узле, чем в предсердиях и более высокий уровень α-MyHC, чем в желудочках.
Содержание миозина в сердце взрослых крыс почти целиком представлено α-MyHC. 90% клеток желудочков у 21-31 дневных крыс являются чисто α-MyHC. Остальные волокна экспрессируют и α- и β-MyHC, они расположены вблизи сосудов и эндокардиальной поверхности, особенно в межжелудочковой перегородке. Расположение и морфология этих волокон с обоими эпитопами MyHC указывает на то, что они являются частью браншей AV пучка и сети Пуркинье. Помимо присутствия гомодимерных форм MyHC, V1 и V3 в проводящей системе сердца крыс выявлена и гетеродимерная форма V2.
У людей почти все мышечные волокна в предсердиях экспрессируют α-MyHC и многие β-MyHC. Все мышечные волокнав желудочках сердца человека экспрессируют β-MyHC и немногие экспрессируют α-MyHC. дна из бластей желудочков, где обнаруживаются α-MyHC, это проводящая система. Моноклональные антитела потив α-MyHC показывают. что все мышечные волокна в SA узле и в AV узле экспрессируют α-MyHC. Большинство волокон AV пучка и его браншей таккже содержат α-MyHC. Лишь немногие волокана системы Пуркинье позитивны по α-MyHC. C др. стороны, β-MyHC обнаруживается во всех волокнах кардиальной системы человека за исключением SA узла.

ORIGIN OF THE CONDUCTION SYSTEM


На ранней ст. трубчатого сердца миоциты сердца становятся электрически активными. Ритмичные импульсы в трубчатом сердце впервые выявляются в задней части тракта притока, презумптивном венозном синусе, и предсердии и распространяются рострально через все тубулярное сердце. Это каудально - ростральное распространение импульсов поддерживает однонаправленную peristeric волну контракции. Примитивное трубчатое сердце подвергается петлеобразованию и расщеплению на 4 камеры. Как только образуется четырехкамерное сердце пути распространения ритм-задающих (pacemaking) импульсов в желудочках нуждаются в изменении пердачи к апексу желудочков, устраняя прямое распространение импульсов к базальным частям желудочков. Этот топологический сдвиг путей передачи импульсов в желудочках зависит от дифференцировки и формирования паттерна проводящей системы сердца.
Происхождение клеток кардиальной проводящей системы возможно или из нейрального гребня или миоцитов. Доказательства в пользу происхождения из нейрального гребня получены в основном на базе экспрессии нейральных генов в некоторых популяциях проводящих клеток. Однако, многочисленные саркомерные белки, специфичные для мышечных клеток, дифференциально экспрессируются в проводящей системе.
Стабильная интеграция ретровирусного генома в инфицированных клетках позволяет осуществлять генетический таргетинг клеток и их производных. Созданы дефектныt по репликации ретровирусы, которые явились реальным и воспроизводимым инструментом для изучения клонов клеток у высших позвоночных in vivo. У эмбрионов кур мезодермальные клетки детерминированы стать кардиальным клоном на ст НН 4 (Е1) и заканчивают свою дифференцировку на ст. НН 15 (Е2). Клетки кардиального нейрального гребня не начинают миграции до периода между Е2 и Е3 и не проникают в трубчатое сердце до Е4. Следовательно, если кардиальные проводящие клетки нейрогенного происхождения, то их предшественники д. отсутствовать в эмбриональном сердце до ст. Е3. Если же проводящие клетки миогенного происхождения, то их предшественники будут присутствовать на ст. Е3. Метили индивидуальные контрактильные миоциты из Е3 трубчатого сердца β-gal ретровирусом. Анализ клонально меченной популяции на ст. Е14 и Е18, когда происходят наиболее существенные изменения в развитии проводящей системы. Одназначно выявлялся субнабор клонально ограниченных миоцитов, дифференциирующихся в проводящие волокна Пуркинье. В том же исследовании мечение нерального гребня на ст. Е2 давало мечение парасимпатических постганглиолярных кардиальных нейронов, но никогда кардиальной проводящей системы. Это указывает на то, что клетки волокон Пуркинье рекрутируются локально из уже дифференцированных и сокращающихся миоцитов.

VESSEL-DERIVED SIGNALS AS INDUCERS OF THE CONDUCTION CELL FATE


В серце птиц волокна Пуркинье образуют сеть в тесном пространственном взаимоотношении к эндокарду и коронарным артериальным сосудам.Установлено, что волокна Пуркинье дифференцируются из субнабора работающих кардиальных эмбриональных миоцитов? расположенных рядом с эндокардом и развивающимися коронарными артериями. Это ведет к гипотезе, что продуцируемые сосудами паракринные сигналы индуцируют соседние контрактильные миоциты к дифференцировке в направлении проводящих волокон Пуркинье. Вызывали подваление или усиление развития коронарных сосудов в эмбриональном сердце кур. Для супрессии ветвления нормальных коронарных артерий кардиальный нейральный гребень устраняли на ст Е2 перед миграцией. Волокна Пуркинье идентифицировались только в области вблизи оставшихся гистологически нормальных артерий. Инфекция проэпикардиального органа, а следовательно, и предшественников корнарных артерий на ст. НН17-18 вызывает региональую избыточную экспрессиию FGF и усиление ветвления и плотности коронарных артерий. При этом обнаруживаются эктопические волокна Пуркинье рядом с с индуцированными FGF коронарными артериями. Следовательно, паттерн роста коронарных артерий в сердце птиц предопределяет не только индуктивные сигналы для дифференцировки волокон Пуркинье, но и создают препатерн (blueprint) для организации сети.
Из протестированных факторов endothelin (ET), его предшественика big ET, FGF и PDGF, только ЕТ превращал сокращающиеся миоциты в волокна Пуркинье. ЕТ индуцируемый shear-stress цитокин, обильный в артериальной системе миокарда. В течение нескольких дней добавление рекомбинантного ЕТ к эмбриональными кардиальным миоцитам индуцировало экспрессию Сх42, специфичного для волокон Пуркинте маркера,, что сопровождалось потерей экспрессии маркера контратильных миоцитов, MyBP-C. Антогонист ЕТ нейтрализует способность ЕТ индуцировать эту реакцию. Т.о., эмбриональные миоциты компетентны отвечать на специфический паракринный фактор, в основном секретируемый тканью коронарных артерий, давая фенотип волокон Пуркинье. Следовательно, волокна Пуркинье рекрутируются из контрактильных миоцитов вдоль развивающегося коронарного русла.

REGULATION OF GENE EXPRESSION IN THE CONDUCTION SYSTEM


Trans-activators


Механизм. ответсвенный за дифференцировку проводящих клеток, в основном неизвестен. РНК из Msx-2 гомеобоксного гена, гомологичного muscle segment homeobox (msh) гену дрозофилы, экспрессируется временно в предшественниках проводящих клеток в развивающемся сердце кур. На ст НН 23 Msx-2 становится ограниченным определенной популяцией миокардиальных клеток, которые формируют неполное AV кольцо в развивающемся сердце. На ст. НН 34 и 37 клетки, экспрессирующие Msx-2, м.б. морфологически идентифицированы как кардиальная проводящая ткань. Помимо роли маркера Msx-2 м. выполнять роль по формированию и формированию паттерна проводящей системы путем активации предшественников для этого специализированного клеточного фенотипа. Формирование Msx-2 экспрессирующего кольца согласуется с концепцией кольцеобразной структуры AV соединения как места инициации образования проводящей системы. Однако, было показано, что не существует общих предшественников для клеток центральной и периферической частей проводоящей системы. Более того, инфицированные клетки м. включаться в любую часть проводящей системы. Это подвтерждает, что проводящие клетки обладают более тесным клональным сродством с сосединими работающими миоцитами, чем с более дистальными частями проводящей сети.
В дополнение к Msx-2 lh/ гомеобоксный транскрипционный фактор Nkx2.5 связан с проводящей системой. Nkx2.5 необходим для дифференцировки мезодермы в сердечную мышцу. Мышиный гомолог экспрессируется в клетках кардиального миокарда со ст. Е8.5 и в течние всего взрослого периода.У человека выявлены мутации в Nkx2.5? связанные с аутосомно-доминантным atrial septal defect (ASD) и наследственным заболеванием, ассоциированным с задержкой AV провделения. 3 различные мутации идентифицированы в Nkx2.5 в изученных семьях с ASD.

Cis-elements


Большинство генов проводящей системы типично для нейрональных или скелетно мышечных клонов. Кардиальные мышцы структурно. функционально и онтогенетически оличны от скелетных мышц. Семейство мышцы детерминирующих транскрипционных факторов basic/helix-loop-helix (bHLH) регулирует экспрессию многих мышце-специфческих белков. Эти факторы, которые экспрессируются только в клетках скелетных мышц и их предшественниках связываются с цис-элементом, Е box, в вышестоящей области мышечных структурных белков. Эти факторы включают MyoD, Myf-5, myogenin и MRF-4. Др. группа миогенных bHLH транскрипционых факторов, относится к семейству myogenic enchancer factor 2 (MEF2), она, как полагают, активирует мышечные гены путем связывания с их собственными специфическими ДНК распознающими сайтами, но путем действия в качестве кофактора в случаях активации bHLHs мышце-специфических генов. Кардиальные мышцы обчно не экспрессируют какой-либо из членов семейства MyoD.
Способность инициировать и активировать склетно-мышечныую программу в кардиальной ткани эмбрионального сердца изучали на мышиных трансгеных моделях. MyoD эктопически экспрессировался у развивающихся мышей под управлением энхансера/промотора мышечной креатин киназы. Экспрессия экзогенного MyoD в сердце вызывала гибель in utero, мышата имели серьезные нарушения в сердце, которое билось, но не способно перекачивать кровь. На молекулярном уровне эктопический MyoD неспособен активировать Myf5 или MRF-4. Единственным геном, индуцируемым MyoD у трансгенных мышей оказался миогенин. Транскрипты скелетного α-актина , гена, экспрессирующегося в раннем развивающемся сердце и при кардиальной гипертрофии, обнаружены в эмбриональном сердце поздних стадий MyoD трансгенных мышей. Кроме того,продемонстрировано присутствие двух специфичных для склетных мышц MyHCs, эмбриональого и перинатального, в сердцах этих мышей. Следовательно, MyoD м. активировать гены, специфичные для скелетных мышц, в развивающемся кардиальном миокарде.
Др. трансгенная модель мышце-специфичного энхансера/промотора была способна управлять специфической экспрессией в периферической проводящей системе. Десмин является мышце-специфическим цитосклетным белком, относящимся к тому самому семейству промежуточных филамент, что и NF-M, и характеризуюмся свой способностью агрегировать в структуры 10-nm в диаметре. Десмин экспрессируется в кардиальной, скелетной и глаких мышцах и является одним из первых белков, экспрессируемых в сердце и сомитах. В нем идентифицировано несколько цис-действующих элементов, отечающих за индуцибельную экспрессию гена десмина в миогенной и немиогенной линиях клеток. Некоторые элементы, которые отвечают мышечно-клеточную специфичность и регулируют уровнь экспрессии, картированы в области в 1 т.п.н. сайта старта транскрипции гена десмина. Включенный в эти последовательности энхансер в 280 п.н. способствует высокой экспрессии и содержит несколько связываюдщих сайтов для миогенных bHLH транскрипционных факторов, включая MEF-2 и MyoD. MEF-2 экспрессия выявляется в разивающихся склетных и сердечной мышцах и нервной системе и позвоночных, и беспозвоночных. Экспрессия MyoD пока не выявлена в сердце. Др. элементы внутри промотора включают CArG и SP1. CArG элемент (CC(A/T)6GG) впервые описан как стержневая последовательность serum response element (SRE) dyenb рано-отвечающих генов, таких как с-fos. CArG элемент также присутствует в 5'-фланкирующей области генов кардиального α-актина , скелетного α-актина, β-актина, α-миозина тяжелой цепи, кардиального миозина легкой цепи 2 и тропонина Т. В дополнение к этим генам полосатых мышц выявлены множественные цис CArG элементы гладкомышечном промоторе α-актина, необходимые для их гладкомышечной специфичекой экспрессии. Sp1 (specificity protein 1) является общим транскрипционным фактором и членом семейства Sp? группы белков, которые структурно и эволюционно родственны. Sp1 связывается с GC boxes, цис-элементов, которые необходимы для экспрессии во многих повсеместных, ткане-специфических и вирусных генах.
Экспрессия β-gal, слитого с 5' регуляторными последовтельностями гена десмина (DES1) совпадает с эндогенной экспрессией гена десмина. Не выявлено экспрессии трансгена в гладких мышцах или работающем миокарде сердца, но он экспрессируется в проводящей системе сердца. β-gal сначала выявляется в немногих разбросанных клетках сердца у 8-дн эмбрионов. Эти клетки идентифицированы как часть проводящей системы. Экспрессия трансгена продолжается в периферической проводящей системе в ходе эмбрионального развития и после рождения. Эти эксперименты демонстрируют, что регуляторные последовательности в 1 т.п.н. в гене десмина способны управлять экспрессией генов, специфичных для склетных мышц in vivo , а др. цис-элементы в 5' регуляторной области десмина ответственны за кардиальные и гладкие мышцы. Эта ДНК область, содержащая сайты связывания для множественных мышце детерминирующих транскрипционных факторов, компетентна управлять экспрессией в кардиальной проводящей системе мышей. Один из этих сайтов связывает MyoD, транскрипционный фактор, который специфичен для склетных мышц. Это указывает на то, что программа, специфичная для склетных мышц м.б. активна в работающих кардиальных миоцитах, которые дифференцируются в специализированные проводящие клетки.


Сайт создан в системе uCoz