Постнатальный рост и регенерация скелетных мышц в основном зависят от взрослых мышечных стволовых клеток, наз. сателлитными клетками. Сателлитные клетки характеризуются экспрессией paired-box транскрипционного фактора Pax7 (Buckingham, 2007; Kuang et al., 2008). Мышиная генетика и исследования rekmeh установили, что Pax7 необходим сателлитным клеткам для жизнеспособности пролиферации и предупреждения преждевременной дифференцировки миогенных клеток предшественников (Oustanina et al., 2004; Kuang et al., 2006; Relaix et al., 2006; Zammit et al., 2006). Исследования по генному таргетингу показали, что сателлитные клетки, лишенные Pax7 и своего ближайшего гомолога, РахЗ, погибают или дифференцируются в хрящевые и др. типы клеток (Relaix et al., 2005). Однако , РахЗ и Pax7, как было установлено, функционируют выше MyoD, чтобы активировать экспрессию мышечных генов и инициировать миогенную программу (Relaix et al., 2006). Однако длительная экспрессия Pax7 в сателлитных клетках задерживает начало миогенеза и увеличивает экспрессию Pax7 в первичных миобластах, ингибируя экспрессию MyoD, предупреждая индукцию myogenin и терминальную мышечную дифференцировку (Olguin and Olwin. 2004; McFarlane et al., 2008). Эти исследования указывают на то, что Pax7 играет двойную роль в поддержании судеб сателлитных клеток и дифференцировки миогенных клеток предшественников. Эти наблюдения далее позволили предположить, что точная регуляция Pax7 является критической для перехода сателлитных клеток от пролиферации и самообновления к дифференцировке.
MicroRNAs (miRNAs) это классы из ~22 нуклеотидов некодирующие РНК, которые регулируют генную экспрессию на посттранскрипционном уровне. Участие miRNAs в биологии мышц известно. miRNAs регулируют экспрессию транскрипционных факторов и сигнальных медиаторов, важных для развития и функционирования кардиальных и скелетных мышц (Callis and Wang, 2008; van Rooij et al., 2008). Аберрантная экспрессия miRNA наблюдалась при мышечных болезнях, включая гипертрофию кардиальных и склетных мышц, недостаточность сердца и мышечная дистрофия (Eisenberg et al., 2007; Tatsuguchi et al., 2007; Thum et al., 2007). Ранее было показано, что экспрессия мышце-специфической miR-1 и miR-133 индуцируется во время дифференцировки скелетных viw/ Далее было показано, что miR-1 и miR-133 играют центральную регуляторную роль в пролиферации и дифференцировке миобластов (Chen et al., 2006). Известно, что miR-1 и miR-133 также важные регуляторы дифференцировки кардиомиоцитов и развития сердца (Zhao et al., 2007; Tvey et al., 2008).
Когда стволовые клетки дифференцируются, они включают клон-специфические гены, в то же время подавляют гены, поддерживающие стволовые клетки, в ответ на соотв. сигналы (Jaenisch and Young, 2008; Rossant, 2008). Хотя эти поддерживающие гены регулируются в основном на транскрипционном уровне, оставшиеся транскрипты, которые экспрессировались на высоком уровне на предыдущей стадии, д. эффективно замалчиваться для оптимального перехода с одной генетической программы на др. В этом смысле, miRNAs прекрасно подходят для устранения этих остаточных мессенджеров. Генетические исследования компонентов пути биогенеза miRNA показали, что Dicer и miRNAs существенны для жизнеспособности и дифференцировки эмбриональных стволовых клеток (Murchison et al., 2005; Wang et al., 2007). Недавно сообщалось, что кожная miRNA (miR-203) способствует дифференцировке кожных клеток предшественников путем ограничения пролиферации и индукции выхода из клеточного цикла. miR-203 обеспечивает эту функцию путем репрессии p63, ключевого фактора поддержания судеб стволовых клеток кожи (Yang et al., 1999; Senoo et al., 2007; Yi et al., 2008). Известно, что мышце-специфические miR-1 и miR-133, по-видимому, играют роль в кардиальной дифференцировке из эмбриональных стволовых клеток (Ivey et al., 2008). Итак, эти исследования показыают, что miRNAs могут быть прежде не распознанными регуляторами пролиферации клеток мышечных предшественников, спецификации судеб и дифференцировки.
В данной работе изучали функцию miRNAs в скелетно-мышечных сателлитных клетках и их производных миогенных клетках предшественниках. Было установлено, что miR-1 и miR-206 индуцируются на высоком уровне во время дифференцировки сателлитных клеток и первичных миобластов. Было показано, что miR-1 и miR-206 способствуют дифференцировке сателлитных клеток и ограничивают их пролиферативный потенциал. Далее был идентифицирован Pax7 в качестве одного из непосредственных регуляторных мишеней для miR-1 и miR-206.
In vivo нокдаун эндогенных
miR-1 и miR-206 в скелетных мышцах новорожденных мышей существенно усиливает пролиферацию сателлитных клеток и увеличивает уровень белка Pax7. Напротив, потеря репрессии с помощью miR-1 и miR-206 ведет к значительной экспрессии Pax7, это приводит к ингибированию дифференцировки миогенных клеток предшественников. Итак, открыта ключевая роль miRNAs в скелетных мышечных сателлитных клетках и миогенных клетках предшественниках, в которых miR-1и miR-206 участвуют в регуляторном циркуите, который облегчает программу перехода от пролиферации к дифференцировке.
Discussion
В этом исследовании мы выявили критическую роль miR-1 и miR-206 в репрессии пролиферации скелетно-мышечных сателлитных клеток и их производных клеток миогенных предшественников. Было установлено, что miR-1 и miR-206 резко активируются во время дифференцировки сателлитных клеток, тогда как они существенно снижены во время регенерации скелетных мышц. Более того, было установлено, что преждевременная избыточная экспрессия miR-1 и miR-206 ограничивает пролиферативный потенциал сателлитных клеток и ускоряет их миогенную дифференцировку. Напротив, пролиферация сателлитных клеток усиливается, если miR-1 и miR-206 посланы в нокдаун в скелетных мышцах in vivo. Более того, мы идентифицировали Pax7 в качестве одной из регуляторных мишеней для miR-1 и miR-206 во время пролиферации и дифференцировки сателлитных клеток. Было показано. что подавление активности Pax7 с помощью этих двух miRNAs является критическим для собственно дифференцировки клеток мышечных предшественников. Наше наблюдение, что miR-1 и miR-206 содействуют дифференцировке сателлитных клеток путем ограничения экспрессии Pax7 , указывает на то, что miRNAs могут играть ключевую роль в ускорении перехода от пролиферации к дифференцировке клеток. Наше заключение согласуется с недавним исследованием, в котором miR-203, как было установлено, способствует дифференцировке клеток кожных предшественников путем репрессии экспрессии P63, ключевого транскрипционного фактора для поддержания судьбы кожных стволовых клеток (Yi et al., 2008). Было бы интересно установить, существуют ли подобные miRNA-обусловленные механизмы генной регуляции в др. стволовых клетках взрослых, таких как нейральные стволовые клетки и гематопоэтические стволовые клетки взрослых.
Недавно сообщалось, что миогенные регуляторные факторы MyoD и myogenin ингибируют экспрессию Pax7 в скелетно-мышечных первичных миобластах во время дифференцировки (Olguin et al., 2007). Однако молекулярный механизм, лежащий в основе этого наблюдения, не установлен.Наши эксперименты. при которых miR-1 и miR-206 репрессируют экспрессию белка Pax7 в дифференцирующихся клетках мышечных предшественников представляют объяснение. Pax7 экспрессируется в недифференцированных сателлитных клетках и необходим для инициальной активации Myf5 и MyoD, если сателлитные клетки индуцируются к дифференцировке и становятся клетками миогенных предшественников. Активированный MyoD в клетках миогенных предшественников. произошедших из сателлитных клеток, должен затем включать miR-1 и miR-206 (Rao et al., 2006; Rosenberg et al., 2006). В результате miR-1 и miR-206 должны репрессировать Pax7 пост-транскрипционно. Учитывая важную двойную роль Pax7 в самообновлении сателлитных клеток и в ингибировании миогенной терминальной дифференцировки, мы полагаем, что репрессия уровней белка Pax7 в активированных клетках миогенных предшественников, произошедших из сателлитных клеток с помощью miR-1 и miR-206 может быть одним из основных механизмов, с помощью которого miRNAs регулируют переход сателлитных клеток от самообновления к дифференцировке (Fig. 7).
Figure 7. Model of miR-1- and miR-206-mediated repression of Pax7 for satellite cell differentiation. Pax7 has multiple functions in satellite cell fate determination. One such role is to specify satellite cells into myogenic fate while preventing their precocious differentiation. Upon the initiation of myogenic differentiation, satellite cell-derived myogenic progenitor cells will start to express myogenic transcription factors, including MyoD, which, in turn, will activate the expression of miR-1 and miR-206. miR-1 and miR-206 potently enhance the myogenic program by limiting and refining the expression of Pax7 in myogenic progenitor cells and myoblasts in addition to repressing HDAC4 (Chen et al 2006), thereby conferring robustness to the gene program switch from proliferation to differentiation.
Мы и другие ранее продемонстрировали, что miR-1 и miR 206 способствуют скелетно-мышечной терминальной дифференцировке (Chen et al., 2006; Kim et al., 2006; Rosenberg et al., 2006; Williams et al., 2009). Одной из регуляторных мишеней для miR-1, обеспечивающей функцию miRNA в миобластах, является HDAC4, ингибитор мышечной дифференцировки. HDAC4, как было установлено, репрессируется с помощью miR-206 (Lu et al., 2000; McKinsey et al., 2000; Chen et al., 2006; Williams ct al., 2009). В данном исследовании мы показали, что miR-1 и miR-206 репрессирует транскрипционный фактор Pax7, тем самым обеспечивает ошибкоустойчивость генной программе прехода от пролиферации к дифференцировке в сателлитных клетках. Известно, что как miR-1, так и miR-206 резко подавляются в поврежденных скелетных мышцах, это, по-видимому, обеспечивает пролиферацию активных сателлитных клеток и регенерацию. Это и предыдущее наше исследование (Chen et al., 2006), подтвердило мнение, что miRNAs могут регулировать множественные мРНК мишени, которые кодируют белки с родственными функциями (Leung and Sharp, 2007). Недавнее исследование показало, что miR-27 репрессирует уровни экспрессии РахЗ, др. важного транскрипционного регулятора для сателлитных клеток и клеток миогенных предшественников, тем самым увеличиваются шансы программы миогенной дифференцировки (Crist et al., 2009). Важно идентифицировать и изучить дополнительные мишени для miR-1 и miR-206 в скелетных мышцах, которые были бы существенны для дальнейшего понимания молекулярных механизмов функционирования miRNA. Известно, что экспрессия miR-133 , как было установлено, увеличивается в дифференцирующихся сателлитных клетках и снижается в поврежденных скелетных мышцах, как и в случае miR-1 и miR-206. Сообщалось. что miR-1 и miR-133 совместно транскрибируются в кардиальных и скелетных мышцах на полицистронном первичном транскрипте. В отличие от miR-1, который строго способствует дифференцировке миобластов, miR-133 ингибирует дифференцировку миобластов и усиливает пролиферацию (Chen et al., 2006). Сходные наблюдения, обеспечиваемые репрессией Pax7 при дифференцировке сателлитных клеток, описывали на эмбриональных стволовых клетках. Pax7 выполняет множественные функции по детерминации судьбы сателлитных клеток. Одна из таких ролей связана со спецификацией сателлитных клеток в миогенную судьбу, чтобы избежать преждевременной дифференцировки. После инициации миогенной дифференцировки клетки миогенных предшественников, происходящие из сателлитных клеток начинают экспрессировать миогенные транскрипционные факторы, включая MyoD, который в свою очередь активирует экспрессию miR-1 и miR-206. miR-1 и miR-206 мощно усиливают миогенную программу путем ограничения и очистки экспрессии Pax7в клетках миогенных предшественников и миобластах помимо репрессии HDAC4 (Chen et al., 2006), тем самым придается сила генной программе переключения с пролиферации к дифференцировке. Сходные наблюдения были сделаны на эмбриональных стволовых клетках, которые были индуцированы дифференцироваться в кардиомиоциты (Ivey et al., 2008). Важно установить, влияет ли miR-133 на процессы пролиферации и дифференцировки сателлитных клеток и если да, то надо исследовать нижестоящие регуляторные мишени, которые обеспечивают такую функцию. Кроме того. интересно исследовать, одинаковы ли регуляторные мишени с miR-1 .
In summary, our findings demonstrate that miR-1 and miR-206 regulate the transition of skeletal muscle satellite cells from proliferation to differentiation. They do so, at least partially, by limiting and refining the expression of important genes that are responsible for the maintenance of adult stem cells in an undifferentiated, self-renewing state. In this manner, miRNAs confer robustness to participate in a feed-forward genetic circuit that reinforces satellite cell commitment from self-renewal to myogenic differentiation. Therefore, miRNAs could be therapeutic tools and targets for human skeletal muscle disease.
Сайт создан в системе
uCoz 