Cardiomyocyták-a Cardio Research Webprojekt

a szívizom a cardiomyocyták (szívizom sejtek) kötegeinek összefonódásából áll. A vázizomzathoz hasonlóan a szívizom keskeny sötét és világos sávokkal van ellátva, az aktin és a miozin szálak párhuzamos elrendezése miatt, amelyek az egyes cardiomyocyták végétől a végéig terjednek. A vázizomsejtekkel összehasonlítva azonban a cardiomyocyták keskenyebbek és sokkal rövidebbek, körülbelül 25 mm szélesek és 100 mm hosszúak. A szívizomsejtek gyakran elágazóak, és egy magot tartalmaznak, de sok mitokondriumot tartalmaznak, amelyek biztosítják a összehúzódáshoz szükséges energiát.

a szívizom kiemelkedő és egyedülálló tulajdonsága a szabálytalan távolságban lévő sötét sávok jelenléte a cardiomyocyták között. Ezek a sávok interkalált lemezekként ismertek, és olyan területeken helyezkednek el, ahol a szomszédos cardiomyocyták membránjai nagyon közel vannak egymáshoz. Az interkaláltlemezek mechanikai szempontból azok a szerkezeti entitások, amelyek lehetővé teszik a kontraktilis erő átvitelét az egyik kardiomiocitáról a másikra. Ez lehetővé teszi, hogy a szív egyedül működjönfunkcionális szerv. Ezzel szemben a vázizom többmagvú izomrostokból áll, és nem mutatnak interkalált lemezeket. A második jellemzőjea cardiomyocyták a szarkomér, amely szintén jelen van vázizom. Azarcomerek a szívizom csíkos megjelenését adják, és a myofibrillákat alkotó ismétlődő szakaszok. Az 1. ábra a tenyészetben lévő cardiomyocyták immunfluoreszcens képe és a cardiomyocyta szerkezetének ábrázolása. Számos más jellemző egyedülálló az izomsejtekbenés különösen a cardiomyocyták számára, mivel a cardiomyocyták egyedülálló tulajdonságokkal rendelkeznek, és a fő szerkezeti összetevőket alkotják, amelyek ezeknek a sejteknek a működéséhez szükségesek.

1) az interkalált lemezek. Különböző junkcionális komplexek léteznek aintercalated lemez. Ezek a csomópontok elengedhetetlenek a tapadás integritásához, a morfogenezishez, a differenciálódáshoz és a szívszövet fenntartásához. Az intercalated korongban az intercelluláris adhéziós molekulák, a réscsomópontok és a feszültségkapuzott nátriumcsatorna komplex makromolekuláris komplexeket alkotnak, amelyek kölcsönhatásba lépnek a szívszerkezet és a kardiomiocita szinkron fenntartása érdekében. Aintercalated lemezek 3 fő junkcionális komplexből állnak: desmosomákból, adherensjunctions (fascia adherens a szívizomban), és rés csomópontok (2.ábra). A réscsomópontok elengedhetetlenek a szomszédos sejtek kémiai és elektromos összekapcsolásához, míg a desmoszómák és az adherének csomópontjai alkotják a mechanikus intercelluláris csomópontokat az incardiomyocytákban. 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. Ebből a célból a cardiomyocyták myofibrill kötegekkel vannak felszerelve,amelyek myofilamenteket tartalmaznakés a térfogat 45-60% – át képviselikardiomyocyták (6.ábra). A myofibrillák különálló, ismétlődő egységekből állnak, amelyeket szarkomereknek neveznek.A szarkomerek a myocyta alapvető kontraktilis egységeit képviselik, éskét z-vonal közötti myofilament struktúrák régiójaként definiálják. A Z-vonalak közötti távolság az emberi szívekben kb. 1,6-2,2 km között mozog. Thesarcomere áll vastag és vékony szálak.

a vastag szálak miozinból állnak, egy körülbelül 470 kilodalton molekulatömegű fehérjéből.Körülbelül 300 molekula miozin van vastag szálonként. Minden miozin két fejet tartalmaz, amelyek a miozin ATPáz helyét képezik, amely hidrolizálaz aktin és a miozin kereszthíd képződéséhez szükséges. Ezek a fejek kölcsönhatásba lépnek az aktin kötőhelyével (7.ábra).

a vékony szálak olyan fehérjékből állnak, amelyek a szabályozó fehérje komplexet alkotják: aktin, tropomiozin és troponin (7.ábra). Az aktin egy globuláris fehérje, amely láncként van elrendezveismétlődő egységek, amelyek egy alfa spirál két szálát alkotják. Között interdigitáltaz aktin szálak rúd alakú fehérjék, amelyeket tropomyosinnak neveznek. Tropomyosinonként 6-7 aktinmolekula van. A tropomyosinhoz rendszeres időközönként kapcsolódika troponin komplex, amely három alegységből áll: troponin-T (TN-T), amely a tropomyosinhoz kapcsolódik; troponin-C (TN-C), amely a CA++ kötőhelyeként szolgál a gerjesztés-összehúzódás kapcsolása során (négy Ca++ canbind per TN-C); troponin-I (TN-I),amely gátolja a miozin kötőhelyét az aktinon.

a vastag és vékony szálak elrendezése lehetséges szívösszehúzódást eredményez, amelyet mindenhol tárgyalunk, és a cardiomyocytáknak egy jellegzetes sávos mintázatot ad, amelyet korábban a 6.ábrán mutattunk be:

Z-vonalak.A szarkomér a kettő közötti szegmensszomszédos Z-vonalak (vagy Z-lemezek vagy Z testek). Ban ben elektronmikrográfokkeresztcsíkos izom, A Z-vonal (aa német” Zwischenscheibe”, a Disc az I sávok között) sötét vonalak sorozataként jelenik meg.

I-sáv. A Z-vonal körül az I-sáv régiója (izotróp). Az I-sáv a vékony szálak zónája, amelyet vastag szálak nem helyeznek egymásra.

a-sáv. Az I-sávot követve az A-sáv (anizotróp). Polarizáló mikroszkóp alatt nevezték el tulajdonságaikról. Az A-sáv egyetlen vastag szál teljes hosszát tartalmazza.

H-zóna. Az A-sávon belül van egy halványabb régió, az úgynevezett H-zóna (a német “heller” – ből, világosabb). A polarizációs mikroszkóp alatt könnyebb megjelenésük miatt nevezték el. A H-sáv a vastag szálak zónája, amelyet a vékony szálak nem helyeznek egymásra.

M-vonal. A H-zónán belül egy vékony M-vonal található (a német “Mittelscheibe”-ből, a sarcomere közepén lévő lemezből), amely a citoszkeleton keresztkötő elemeiből áll.

3) T-tubulusok. Az izomsejtekben, beleértve a cardiomyocytákat is, a sarcolemma (azaz.a plazmamembrán) mély invaginációkat képez, amelyeket T-tubulusoknak (transzverzetubulusoknak) neveznek (8.ábra). Ezek a hüvelyek lehetővé teszik a membrán depolarizációjának gyors behatolását a sejt belsejébe. A T-tubulusok nélküli sejtekben a kalciumionok hulláma terjeda sejt perifériájáról a központba. Egy ilyen rendszer azonban először aktiválja a perifériás szarkomereket,majd a mélyebb szarkomereket, ami szubmaximális erőtermelést eredményez. A t-tubulusok lehetővé teszik, hogy a currentis egyidejűleg továbbítsa a sejt magját, ami azt jelenti, hogy egy nagyobbinstantán erő keletkezik az SR Ca kiváltásával2+felszabadulás az összes szarkomér közelében egyszerre. Valójában a t-tubulusok korlátozzák az extracelluláris folyadék diffúzióját, létrehozva amikrodomain olyan koncentrációjú ionok, amelyek viszonylag stabilak összehasonlítvaa szélesebb extracelluláris térrel. Ez egy olyan mechanizmus is lehet, amely megakadályozzaaz extracelluláris folyadék gyors változásai hátrányosan befolyásolják a kalcium-indukált kalcium felszabadulását.

4) mitokondriális morfológia és energia-anyagcsere a szívizomsejtekben.A mitokondriumokat “a sejt erőművének” nevezték, mert ezek generálják a sejt adenozin-trifoszfát (ATP) ellátásának nagy részét. A mitokondriumok olyan rekeszekből állnak, amelyek speciális funkciókat látnak el, és magukban foglalják a külső membránt, az intermembrán teret, a belső membránt, valamint a kristályokat és a mátrixot (9.ábra).

a legtöbb sejttípusban a mitokondriumok morfológiájukat és elhelyezkedésüket a sejt energiaigényétől és anyagcsere-körülményeitől függően módosítják. A cardiomyocytákban a mitokondriális morfológia és a hely és a funkció közötti kapcsolat nem tűnik annyira a sejtek energiaigényétől függ: ezeknek a szerveknek az újraszervezése a sejtkörnyezettől és az architektúra korlátaitól függ-nagy mennyiségű myofilamentum, merev citoszkeleton jelenléte és sűrűcsomagolt mitokondriális hálózat. Sőt, a különbözőszervek elrendezése közöttük annyira döntő fontosságú a szívsejtek működéséhez, hogy a mitokondriális morfológiát hatékonyan ellenőrizni kell. Bármely más sejttípushoz képest a felnőtt cardiomyocyták mitokondriumai mutatják a legmagasabbata cristae sűrűsége. A mitokondriumok különböző típusai azonban megkülönböztethetőkkardiomyocytákon belül, és morfológiai jellemzőiket általában meghatározzákhelyük szerint: intermyofibrilláris mitokondriumok, subsarcolemmalmitochondriumok és perinukleáris mitokondriumok.

v az Intermyofibrillarmitochondriákat szigorúan a kontraktilis fehérjék sorai között rendezik, amelyeket látszólag egymástól ismételt tubulus tömbök izolálnak, és szoros kapcsolatban állnak a myofibrillákkal és a szarkoplazmatikus retikulummal. Ezek elsősorban a miozin és az SR-Atpázok energiaellátására irányulnak. Intermyofibrillarare hosszúkás alakú általában egy mitokondrium létező per szarkomér. Hosszuk 1,5–2,0 milliárd, cristae szerkezetük görbült konfigurációkat is megjelenített.

v A Szubszarkolemmális mitokondriumok szervezettsége alacsonyabb, és valószínűleg főként más szerepekben, például az ion homeosztázisban vesznek részt. A sarcolemma alatt helyezkednek el, és többváltozós hosszúságúak (0,4–3,0 KB), szorosan csomagolt cristae-vel rendelkeznek.

V a perinukleáris mitokondriumok klaszterekbe szerveződnek, és valószínűleg részt vesznek a transzkripciós és transzlációs folyamatokban. Ezek többnyire gömb alakúak, hosszúságúak0, 8-1, 4 GB. Ezek a mitokondriumok jól fejlett ívelt cristát tartalmaznakviszonylag kevés mátrix területtel.

adotta kardiomiocita funkcióból származó energiaigények, a felnőtteka kardiomiociták számos mitokondriumot tartalmaznak, amelyek legalább 30% – ot foglalhatnak elsejttérfogat. A felnőtt kardiomiociták megfelelnek >az energiaigény 90% – ának oxidatív foszforiláció (OXPHOS) a mitokondriumokban. Zsírsav-oxidációpredominálja más tápanyagok oxidációját normál fiziológiás körülmények között. A stressz időszakában a cardiomyocyták rugalmasak, és képesekenergiát szerezni a glükóz, a laktát, az aminosavak és a keton testek oxidálásával. Valójában az képes alkalmazkodni anyagcseréjükhöz a szubsztrát rendelkezésre állásáhozaz összehúzódási egyensúly szempontjából kritikus eredmények különböző fiziológiásés patofiziológiai körülmények között. A magzati cardiomyocytáknak a cardialis fejlődés során történő proliferációját a glikolízis és a laktáttermelés magas aránya jellemzi. Csak <az ATP 15%-át a zsírsav-oxidációs út állítja elő.

összefoglaló. A szívizomsejtek felelősek a szívértösszehúzódás. Az itt tárgyalt egyedi szerkezeti jellemzők lehetővé teszik számukra a speciális funkciókat. A szívműködést azonban a szívszövet összefüggésében kell érteni, amelyben más sejttípusok és struktúrák fontosak ahhoz, hogy összehangolt szívösszehúzódást érjünk el, amely alkalmazkodik a szerv fiziológiai igényeihez.

forrásokhoz és további olvasatokhoz.

ez az összefoglaló a korábbi munkáknak köszönhetően lehetséges. A legjelentősebbekitt idézett:

1. Rampazzo A, Calore M, vanHengel J, Van Roy F. interkalált lemezek és aritmogén kardiomiopátia. Circ Cardiovasc Genet. 2014Dec;7(6): 930-40.

2. Delmar M, McKenna WJ. A szívdeszmoszóma és aritmogén kardiomiopátiák: a géntől a betegségig. Circ Res. 2010 Szeptember 17; 107(6): 700-14.

3. Perry JK, Lins RJ, LobiePE, Mitchell MD. Az invazív növekedés szabályozása: hasonló epigenetikai mechanizmusoka tumor progressziójának és az implantációnak az alapja az emberi terhességben. Clin Sci (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-sejt csomópontok az egészségben és a betegségben: elektromos versus mechanikus kapcsolat. J Mol Sejt Cardiol. 2009Jul; 47(1): 23-31.

5. Bennett PM, Maggs AM,Baines AJ, Pinder JC. Az átmeneti csomópont: egy új funkcionális subcellulardomain az interkalált lemezen. Mol BiolCell. 2006;17:2091–2100.

6. Gutstein de,Liu FY, Meyers MB, Choo a, Fishman GI (2003) az adherens csomópontok ésdeszmoszómák szervezése a szív interkalált lemezén független a rés csomópontoktól. J Cell Sci. 2003; 116:875–885.

7. Colleen B. Estigoy, Fredrik pont), Jacob Odeberg, Benjamin Herbert, Michael Guilhaus & MichaelCharleston, Joshua W. K. Ho, Darryl Cameron & Cristobal G. dos Remedios. Interkalateddiscs: több fehérje több funkciót lát el az emberi szívekben. Biophys Rev. 2009;1: 43-49.

8. Ibrahim M, Gorelik J, Yacoub MH, Terracciano CM. A szív t-tubulusainak szerkezete és funkciójaegészség és betegség. Proc Biol Sci.2011 szept 22; 278 (1719): 2714-23.

9. Piquereau J, Caffin F, Novotova M, Lemaire C, Veksler V, Garnier a, Ventura-Clapier R, Joubert F. Mitokondriálisdinamika a felnőtt cardiomyocytákban: milyen szerepet játszik egy magasan specializáltsejt? Elülső Fiziol. 2013 május 10;4: 102.

10. Hollander JM, Thapa D, Shepherd DL. A térbeli különbségek fiziológiai és szerkezeti különbségeia szív mitokondriumok szubpopulációi: a szívbetegségek hatása. 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