Kardiomyocyty – Kardio Výzkum Webového Projektu

Srdeční sval se skládá ze prokládání svazky kardiomyocyty (srdeční svalové buňky). Stejně jako kosterní sval je srdeční sval pruhován úzkými tmavými a světlými pásy v důsledku paralelního uspořádání aktinových a myosinových vláken, které sahají od konce ke konci každého kardiomyocytu. Ve srovnání s buňkami kosterního svalstva jsou však kardiomyocyty užší a mnohem kratší, jsou asi 25 µm mm široké a 100 µm dlouhé. Kardiomyocyty jsou často rozvětvené a obsahují jedno jádro, ale mnoho mitochondrií, které poskytují energii potřebnou pro kontrakci.

výrazným a jedinečným rysem srdečního svalu jepřítomnost nepravidelně rozmístěných tmavých pásů mezi kardiomyocyty. Tyto pásy jsouznámý jako interkalateddisky, a jsou umístěny do oblastí, kdemembrány sousedních kardiomyocytů se blíží k sobě. Interkalateddisky jsou z mechanického hlediska strukturní entity, které umožňujíantraktilní síla, která má být přenášena z jednoho kardiomyocytu do druhého. To umožňuje srdci pracovat jako jedinýfunkční orgán. Naproti tomu kosterní sval se skládá z vícejaderných svalových vláken a nevykazují žádné interkalované disky. Druhý ryskardiomyocyty je sarkomer, který je také přítomen kosterní sval. Asarkomery dávají srdečnímu svalu jejich pruhovaný vzhled a jsou opakovánímsekce, které tvoří myofibrily. Obrázek 1 je imunofluorescenční obraz kardiomyocytů v kultuře a reprezentace struktury kardiomyocytů. Několik dalších charakteristik je pro svalové buňkya zejména kardiomyocyty, protože poskytují kardiomyocyty svéjedinečné vlastnosti a tvoří hlavní strukturální složky, které jsoukruciální pro funkci těchto buněk.

1), interkalární disky. Různé junctional komplexy existují v rámcimezikalovaný disk. Tato spojení jsou nezbytná pro adhezivní integritu, morfogenezi, diferenciaci a udržování srdeční tkáně. V theintercalated disk, mezibuněčné adhezní molekuly, gap junctions, a thevoltage řízených sodíkových kanálů komplex tvoří makromolekulární komplexy, které interactspecifically udržovat srdeční struktury a cardiomyocyte synchrony. Theintercalated disky se skládají ze 3 hlavních junkční komplexy: desmozomy, adherensjunctions (fascia adherens v srdečním svalu), a gap junctions (Obrázek 2). Gap junctions jsou nezbytnépro chemické a elektrické spojení sousedních buněk, zatímco desmosomes adherens junctions tvoří mechanické mezibuněčné spoje vkardiomyocyty. Thus, adherens junctions link the intercalated disc to the actincytoskeleton and desmosomes attach to intermediate filaments.

2) The sarcomere.Themain function of cardiomyocytes concerns cardiac contraction. Za tímto účelem jsou kardiomyocyty vybaveny svazky myofibril, které obsahují myofilamentya představují 45 až 60% objemukardiomyocyty (obrázek 6). Amyofibrily jsou tvořeny odlišnými, opakujícími se jednotkami, nazývanými sarkomery.Sarkomery představují základní kontraktilní jednotky myocytů a jsoudefinováno jako oblast myofilních struktur mezi dvěma z-liniemi. Thevzdálenost mezi z-liniemi se pohybuje v lidských srdcích od asi 1,6 do 2,2 µm. Asarkomér se skládá z tlustých a tenkých vláken.

tlustých vláken jsou složeny z myosin, protein s molekulovou hmotností přibližně 470 kilodaltons.Na silné vlákno je asi 300 molekul myosinu. Každý myosinobsahuje dvě hlavy, které jsou místem myosinové ATPázy, která hydrolyzuje ATPrequired pro tvorbu aktinu a myosinového křížového můstku. Tyto hlavy interagují svážné místo na aktinu (Obrázek 7).

tenká vlákna jsou složena z proteinu, který tvoří regulační proteinový komplex: aktin, tropomyosin a troponin (Obrázek 7). Aktin je globulární protein uspořádaný jako řetězecopakující jednotky, tvořící dva řetězce alfa šroubovice. Interdigitované meziaktinové prameny jsou tyčinkovité proteiny nazývané tropomyosin. Na tropomyosin je 6-7 aktinmolekul. Připojené k tropomyosin v pravidelných intervalech je troponinu komplexu, který se skládá ze tří podjednotek: troponin-T (TN-T), které attachesto na tropomyosin; troponin-C (TN-C), které servesas vazebné místo pro Ca++ během excitace-kontrakce spojení (čtyř Ca++ canbind na TN-C); a troponin-I (TN-I),který inhibuje vazebné místo myosinu na aktinu.

uspořádání tlustých a tenkých vláken makespossible srdeční kontrakce, což je discussedelsewhere a dává kardiomyocyty charakteristický pruhovaný vzor již bylo znázorněno na Obrázku 6:

Z-liniemi.Sarkomer je definován jako segment mezi dvěmasousední z-linie (nebo z-disky nebo z těla). V elektronových mikrografech křížově pruhovaného svalu se linie Z (Z německého „Zwischenscheibe“, mezi I pásy) objevuje jako řada tmavých čar.

I-pásmo. Kolem linie Z je oblast i-pásma (pro izotropní). I-band je zóna tenkých vláken, která není překryta tlustými vlákny.

A-pásmo. Po I-band je a-band (pro anizotropní). Pojmenován pro své vlastnosti pod polarizačním mikroskopem. A-band obsahuje celou délku jednoho silného vlákna.

H-zóna. V rámci A-pásma je bledší oblast nazývaná H-zóna(z německého „heller“, jasnější). Pojmenován pro jejich světlejší vzhled pod polarizačním mikroskopem. H-band je zóna tlustých vláken, která není překryta tenkými vlákny.

m-line. V rámci H-zóna je tenká M-line (z německého „Mittelscheibe“, disk uprostřed sarcomere) tvořil cross-spojující prvky cytoskeletu.

3) T-tubuly. Ve svalových buňkách včetně kardiomyocytů je sarkolemma (tj.plazmatická membrána) tvoří hluboké invaginace známé jako T-tubuly (transversetubuly) (Obrázek 8). Tyto invaginace umožňují depolarizaci membrány rychle proniknout dointeriéru buňky. V buňkách bez t-tubulů se šíří vlna iontů vápníkuz obvodu buňky do středu. Takový systém by však napřed aktivoval periferní sarkomery a pak hlubší sarkomery, což by vedlo k produkci sub-maximální síly. T-tubuly, aby bylo možné, že proud je současně předána do jádra buňky, a to znamená, že largerinstantaneous síla je produkován spouštění SR Ca2+vydání v blízkosti všech sarcomeres současně. Infact, t-tubulů omezení difuze extracelulární tekutiny, vytváří amicrodomain iontů o koncentraci, která je relativně stabilní ve srovnánís širší extracelulárního prostoru. To může být také mechanismus, který má zabránitrychlé změny v extracelulární tekutině nepříznivě ovlivňují uvolňování vápníku vyvolané vápníkem.

4) Mitochondrialmorphology a energetický metabolismus v kardiomyocytech.Mitochondrie byly popsány jako „elektrárna buňky“, protože generují většinu zásob adenosintrifosfátu (ATP) buňkou. Mitochondriejsou složeny z oddílů, které vykonávají specializované funkce, a zahrnují vnější membránu, intermembránový prostor, vnitřní membránu a kristae a matrici (obrázek 9).

V mostcell typy, mitochondrie upravit jejich morfologie a umístění v závislosti onenergy potřeby a metabolické podmínky buňky. V kardiomyocytech, therelationship mezi mitochondriální morfologie a umístění a funkce doesnot se zdají být tak závislí na mobilní energetické požadavky: Re-organizace theseorganelles závisí na buněčné prostředí a architektury omezení – značné množství myofilament, přítomnost tuhé cytoskeletu a denselypacked mitochondriální sítě. Kromě toho je uspořádání různých organel mezi nimi tak zásadní pro funkci srdečních buněk, žemitochondriální morfologie musí být účinně kontrolována. Ve srovnání s jakýmkolivjiný typ buněk, mitochondrie z dospělých kardiomyocytů vykazují nejvyššíhustota cristae. Nicméně, různé typy mitochondrií může být distinguishedwithin kardiomyocytů a jejich morfologické vlastnosti jsou obvykle definedaccording jejich umístění: intermyofibrillar mitochondrie, subsarcolemmalmitochondria a perinukleární mitochondrie.

v Intermyofibrillarmitochondria jsou přísně nařídil, mezi řádky ofcontractile proteiny, zjevně izolované od sebe navzájem o opakované pole ofT-kanálky, a v úzkém kontaktu s myofibril a sarkoplazmatického retikula. Věnují se především dodávce energie myosinu a SR-Atpáz. Intermyofibrilárjsou protáhlé ve tvaru S obvykle jedním mitochondrionem existujícím na sarkomeru. Mají délku 1,5–2,0 µm a jejich struktury cristae také zobrazovaly zakřivené konfigurace.

v Subsarcolemmal mitochondrie nižšími stupni organizace a jsou pravděpodobně zapojeny především v jiných rolessuch jako iontové homeostázy. Jsou umístěny pod sarkolemma a jsou více proměnlivé na délku (0,4-3,0 µm), mající těsně zabalené cristae.

v perinukleární mitochondrie jsouorganizované v klastrech a jsou s největší pravděpodobností zapojeny do transkripčních a transklačních procesů. Jsou většinou kulovitého tvaru s délkami v rozmezí od 0,8 do 1,4 µm. Tyto mitochondrie obsahují dobře vyvinutý zakřivený cristaes relativně malou oblastí matice.

Vzhledem k energetické náročnosti odvozen od cardiomyocyte funkce, adultcardiomyocytes obsahují četné mitochondrie, které mohou zabírat alespoň 30% ofcell objem. Dospělé kardiomyocyty splňují >90% energetických potřeb oxidační fosforylace (OXPHOS) v mitochondriích. Oxidace mastných kyselinpřevažuje nad oxidací jiných živin za normálních fyziologických podmínek. Během období stresu jsou kardiomyocyty flexibilní a mohouzískat energii oxidací glukózy, laktátu, aminokyselin a ketonových těl. Ve skutečnosti, schopnost přizpůsobit svůj metabolismus dostupnosti substrátuvýsledky kritické pro jejich kontrakční rovnováhu za různých fyziologických a patofyziologických podmínek. Proliferace fetálních kardiomyocytů v průběhu srdečního vývoje se vyznačuje vysokou rychlostí glykolýzy a produkce laktátu. Pouze <15% ATP je produkováno cestou oxidace mastných kyselin.

shrnutí. Kardiomyocyty jsou hlavní odpovědné za srdcekontrakce. Zde diskutované jedinečné konstrukční prvky jim umožňují specializované funkce. Nicméně, srdeční funkce musí být chápána v kontextu finan srdeční tkáně, v nichž jiných buněčných typů a struktur jsou důležitév cílem získat koordinovaný srdeční stah, který se přizpůsobí physiologicalneeds orgánu.

Pro zdroje a další čtení.

Totosummary bylo možné díky předchozím pracím. Ty nejvýznamnější jsou zde citovány:

1. Rampazzo A, Calore M, vanHengel J, van Roy F. Interkalované disky a arytmogenní kardiomyopatie. Circ Cardiovasc Genet. 2014Dec; 7 (6): 930-40.

2. Delmar M, McKenna WJ. Akardiální desmosom a arytmogenní kardiomyopatie: od genu k nemoci. Circ Res. 2010 Září 17; 107 (6): 700-14.

3. Perry JK, Lins RJ, LobiePE, Mitchell MD. Regulace invazivního růstu: podobné epigenetické mechanismy podporují progresi nádoru a implantaci v těhotenství člověka. Clinton (Lond). 2009 Dec23; 118 (7): 451-7.

4. Noorman M, van der HeydenMA, van Veen TA, Cox MG, Hauer RN, de Bakker JM, van Rijen HV. Cardiaccell-cell junctions in health and disease: elektrické versus mechanicalcoupling. J Mol Cell Cardiol. 2009červenec; 47 (1): 23-31.

5. Bennett PM, Maggs AM, Baines AJ, Pinder JC. Přechodná křižovatka: nová funkční subcelulardomain na interkalovaném disku. Mol BiolCell. 2006;17:2091–2100.

6. Gutstein DE Liu FY,Meyers MB, Choo, Fishman GI (2003) organizace adherens junctions anddesmosomes na srdeční interkalárních disků je nezávislý na gap junctions. J Cell Sci. 2003; 116:875–885.

7. Colleen B. Estigoy,Fredrik Pontén, Jacob Odeberg, Benjamin, Herbert, Michael Guilhaus & MichaelCharleston, Joshua W. K. Ho, Darryl Cameron & Cristobal G. dos Remedios. Interkalateddisky: více proteinů plní více funkcí v selhání a selhání lidských srdcí. Biophys Rev 2009;1:43-49.

8. Ibrahim M, Gorelik J, Yacoub MH, Terracciano CM. Struktura a funkce srdečních t-tubulů v České republicezdraví a nemoci. Proc Biol Sci.2011 září 22; 278 (1719): 2714-23.

9. Piquereau J, Caffin F,Novotova M, Lemaire C, Veksler V, Památek, Ventura-Clapier R, Joubert F. Mitochondrialdynamics v dospělých kardiomyocytech: která role pro vysoce specializedcell? Přední Fyziol. 2013 May10; 4: 102.

10. Hollander JM, Thapa D, Shepherd DL. Fyziologické a strukturální rozdíly v prostorově odlišnýchsubpopulace srdečních mitochondrií: vliv srdečních patologií. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2014Jul 1;307(1):H1-14.

11. Gaspar JA, Doss MX,Hengstler JG, Cadenas C, Hescheler J, Sachinidis A. Unique metabolic featuresof stem cells, cardiomyocytes, and their progenitors. Circ Res. 2014 Apr 11;114(8):1346-60.

12. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022282809001394

13. http://www.cvphysiology.com/Cardiac%20Function/CF020.htm

14. http://www.e-heart.org/Pages/01_Cardiac_Structure/01_Cardiac_Structure_Molecular_Anatomy_005.htm

15. https://www.youtube.com/watch?v=SPD5A816utU