Zephyrnet-logo

De sleutel tot een goede spiergroei

Datum:

BEELD

Krediet: Birchmeier Lab, MDC

Wanneer een spier groeit, doordat de eigenaar ook nog groeit of regelmatig is begonnen met sporten, ontwikkelen sommige stamcellen in deze spier zich tot nieuwe spiercellen. Hetzelfde gebeurt wanneer een geblesseerde spier begint te genezen. Tegelijkertijd moeten de spierstamcellen echter nog meer stamcellen aanmaken - dwz zichzelf vernieuwen - omdat hun voorraad anders zeer snel uitgeput zou raken. Dit vereist dat de cellen die betrokken zijn bij spiergroei met elkaar communiceren.

Spiergroei wordt gereguleerd door de Notch-signaleringsroute

Twee jaar geleden toonde een team van onderzoekers onder leiding van professor Carmen Birchmeier, hoofd van het Developmental Biology / Signal Transduction Lab van het in Berlijn gevestigde Max Delbrück Center for Molecular Medicine in de Helmholtz Association (MDC), aan dat de ontwikkeling van stamcellen tot spiercellen worden gereguleerd met behulp van twee eiwitten, Hes1 en MyoD, die op een oscillerende manier in de voorlopercellen worden geproduceerd - dat wil zeggen dat er periodieke fluctuaties zijn in het aantal geproduceerde cellen.

Beide eiwitten zijn betrokken bij de Notch-signaalroute, een wijdverspreid mechanisme waarmee cellen reageren op externe stimuli en communiceren met andere cellen. De signaalroute is genoemd naar zijn receptor "Notch", waaraan het ligand "Delta", een celoppervlakte-eiwit, vastklikt.

Een derde eiwit, Delta-achtig1, speelt een cruciale rol

“In onze huidige studie hebben we ondubbelzinnig bewijs geleverd dat oscillatie in spierweefsel niet alleen een vreemd fenomeen is van de betrokken cellen, maar dat deze ritmische fluctuaties in genexpressie cruciaal zijn voor het transformeren van stamcellen in spiercellen in een gebalanceerde en gecontroleerde manier, ”zegt Birchmeier.

Samen met onderzoekers uit Japan en Frankrijk ontdekten Birchmeier en vier andere wetenschappers van de MDC ook de cruciale rol van een derde eiwit dat, samen met Hes1 en MyoD, een dynamisch netwerk vormt binnen de cellen. Zoals het team in het dagboek meldt Nature Communications, dit eiwit is de Notch-ligand Delta-like1, of kortweg Dll1. "Het wordt geproduceerd in geactiveerde spierstamcellen op een periodiek fluctuerende manier, waarbij de oscillatieperiode twee tot drie uur duurt", legt Birchmeier uit, en voegt eraan toe: "Telkens wanneer een deel van de stamcellen meer Dll1 tot expressie brengt, wordt de hoeveelheid in de andere cellen navenant lager. Deze ritmische signalering bepaalt of een stamcel een nieuwe stamcel wordt of zich ontwikkelt tot een spiercel. "

Het Hes1-eiwit bepaalt het tempo in de stamcellen

In hun experimenten met geïsoleerde stamcellen, individuele spiervezels en muizen onderzochten Birchmeier en haar team verder hoe de Hes1- en MyoD-eiwitten betrokken zijn bij spiergroei. "Simpel gezegd, Hes1 fungeert als de oscillerende pacemaker, terwijl MyoD de expressie van Dll1 verhoogt", zegt Dr. Ines Lahmann, een wetenschapper in het laboratorium van Birchmeier en een hoofdauteur van de studie, samen met Yao Zhang van hetzelfde team. "Deze bevindingen werden niet alleen aangetoond in onze experimentele analyses, maar ook in de wiskundige modellen van professor Jana Wolf en dr. Katharina Baum van de MDC", zegt Birchmeier.

Experimenten met mutante muizen leverden het doorslaggevende bewijs

Met behulp van gen-gemodificeerde muizen kregen de onderzoekers het belangrijkste bewijs dat Dll1-oscillatie een cruciale rol speelt bij het reguleren van de transformatie van stamcellen naar spiercellen. "Bij deze dieren zorgt een specifieke mutatie in het Dll1-gen ervoor dat de productie van het eiwit plaatsvindt met een vertraging van enkele minuten", legt Birchmeier uit. "Dit verstoort de oscillerende productie van Dll1 in celgemeenschappen, maar verandert niets aan de totale hoeveelheid ligand."

"Desalniettemin heeft de mutatie ernstige gevolgen voor de stamcellen, waardoor ze voortijdig differentiëren in spiercellen en vezels", meldt Zhang, die een groot deel van de experimenten uitvoerde. Als gevolg daarvan, zegt hij, raakten de stamcellen zeer snel uitgeput, wat er onder meer toe leidde dat een gewonde spier in de achterpoten van de muizen slecht herstelde en kleiner bleef dan voor het letsel. "Het is duidelijk dat deze minimale genetische verandering erin slaagt om de succesvolle communicatie - in de vorm van oscillatie - tussen stamcellen te verstoren", zegt Zhang.

Deze kennis zou kunnen leiden tot betere behandelingen voor spierziekten

“Alleen wanneer Dll1 oscillerend aan de Notch-receptor bindt en zo periodiek de signaalcascade in de stamcellen in gang zet, is er een goed evenwicht tussen zelfvernieuwing en differentiatie in de cellen”, besluit Birchmeier. De MDC-onderzoeker hoopt dat een beter begrip van spierregeneratie en -groei ooit kan helpen om effectievere behandelingen voor spierblessures en -ziekten te creëren.

###

Het Max Delbrück Centrum voor Moleculaire Geneeskunde (MDC)

Het Max Delbrück Centrum voor Moleculaire Geneeskunde van de Helmholtz Vereniging (MDC) werd opgericht in Berlijn in 1992. Het is genoemd naar de Duits-Amerikaanse natuurkundige Max Delbrück, die in 1969 de Nobelprijs voor Fysiologie en Geneeskunde ontving. De missie van de MDC is het bestuderen van moleculaire mechanismen om de oorsprong van ziekten te begrijpen en zo beter en effectiever te diagnosticeren, voorkomen en bestrijden. Bij deze inspanningen werkt de MDC samen met de Charité - Universitätsmedizin Berlin en het Berlin Institute of Health (BIH), evenals met nationale partners zoals het Duitse Centrum voor Cardiovasculair Onderzoek en talrijke internationale onderzoeksinstellingen. Bij de MDC werken meer dan 1,600 medewerkers en gasten uit bijna 60 landen, van wie bijna 1,300 in wetenschappelijk onderzoek. De MDC wordt gefinancierd door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (90 procent) en de deelstaat Berlijn (10 procent), en is lid van de Helmholtz Association of German Research Centres. http: // www.mdc-berlijn.de

Medienkontakt
Jana Ehrhardt-Joswig
jana.ehrhardt-joswig@mdc-berlin.de

Originele Bron

http://mdc-berlin.de /nieuws/druk op/sleutel-juiste-spiergroei-0

Gerelateerd tijdschriftartikel

http://dx.doei.org /10.1038 /s41467-021-21631-4

Bron: https://bioengineer.org/the-key-to-proper-muscle-growth/

spot_img

Laatste intelligentie

spot_img