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Il muscolo cardiaco è costituito da fasci intrecciati di cardiomiociti (cellule del muscolo cardiaco). Come il muscolo scheletrico, il muscolo cardiaco è striato da strette bande scure e chiare, a causa della disposizione parallela di filamenti di actina e miosina che si estendono dall’estremità all’estremità di ciascun cardiomiocita. Tuttavia, rispetto alle cellule muscolari scheletriche, i cardiomiociti sono più stretti e molto più corti, essendo circa 25µm mm di larghezza e 100µm di lunghezza. I cardiomiociti sono spesso ramificati e contengono un nucleo ma molti mitocondri, che forniscono l’energia necessaria per la contrazione.

Una caratteristica importante e unica del muscolo cardiaco è ilpresenza di bande scure irregolarmente distanziate tra i cardiomiociti. Questi areknown di bande come intercalateddiscs, e loro sono localizzati ad aree dove themembranes di cardiomiocytes adiacenti vengono molto vicini insieme. Intercalatediscs sono, da un punto di vista meccanico, le entità strutturali che enablecontractile forza da trasmettere da un cardiomiocita ad un altro. Questoconsente al cuore di lavorare come un organo singolofunzionale. Al contrario, il muscolo scheletrico è costituito da multinucleatofibre muscolari e non presentano dischi intercalati. Una seconda caratteristica dicardiomiociti è il sarcomero, che è anche presente muscolo scheletrico. I marcomeri danno al muscolo cardiaco il loro aspetto striato e sono le ripetizioni che compongono le miofibrille. Figura1 è un’immagine di immunofluorescenza dei cardiomiociti in coltura e una rappresentazione della struttura dei cardiomiociti. Diverse altre caratteristiche sono uniche per le cellule muscolari e in particolare per i cardiomiociti, in quanto forniscono ai cardiomiociti le loro proprietà uniche e costituiscono i principali componenti strutturali che sonocruciali per la funzione di queste cellule.

1) I dischi intercalati. Esistono diversi complessi giunzionali all’interno deldisco intercalato. Queste giunzioni sono essenziali per l’integrità adesiva,la morfogenesi, la differenziazione e il mantenimento del tessuto cardiaco. Nel disco intercalato, le molecole di adesione intercellulare, le giunzioni del gap e il complesso del canale del sodio voltage-gated formano complessi macromolecolari che interactspecifically per mantenere la struttura cardiaca e la sincronia dei cardiomiociti. I dischi intercalati sono costituiti da 3 complessi giunzionali principali: desmosomi, adherensjunctions (fascia aderente nel muscolo cardiaco) e giunzioni gap (Figura 2). Le giunzioni gap sono essenziali per l’accoppiamento chimico ed elettrico di cellule vicine, mentre le giunzioni desmosomi e adherens costituiscono le giunzioni intercellulari meccaniche nei cardiomiociti. 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. A tal fine, i cardiomiociti sono dotati di fasci di miofibrille che contengono miofilamentie rappresentano dal 45 al 60% del volume dicardiomiociti (Figura 6). Le fibrille sono formate da unità distinte e ripetute, chiamate sarcomeri.I sarcomeri rappresentano le unità contrattili di base del miocita e sono definiti come la regione delle strutture del miofilamento tra due linee Z. La distanza tra le linee Z varia nei cuori umani da circa 1,6 a 2,2 µm. Ilsarcomero è composto da filamenti spessi e sottili.

I filamenti spessi sono composti da miosina, una proteina con un peso molecolare di circa 470 kilodaltons.Ci sono circa 300 molecole di miosina per filamento spesso. Ogni miosincontains due teste che sono il sito dell’ATPasi della miosina, che idrolizza ATPrequired per la formazione del ponte trasversale della miosina e dell’actina. Queste teste interagiscono conun sito di legame sull’actina (Figura 7).

I filamenti sottili sono composti dalle proteiche che formano il complesso proteico regolatorio: actina, tropomiosina e troponina (Figura 7). L’actina è una proteina globulare disposta come una catena diunità repeating, formando due fili di un’alfa elica. Interdigitato trai fili di actina sono proteine a forma di bastoncello chiamate tropomiosina. Ci sono 6-7 actinmolecole per tropomiosina. Attaccato alla tropomiosina a intervalli regolari èil complesso della troponina, che è costituito da tre subunità: troponina-T (TN-T), che si attacca alla tropomiosina; troponina-C( TN-C), che servecome sito di legame per Ca++ durante l’accoppiamento eccitazione-contrazione (quattro Ca++ canbind per TN-C); e troponina-I (TN-I), che inibisce il sito di legame della miosina sull’actina.

La disposizione dei filamenti spessi e sottili rendepossibile contrazione cardiaca, che viene discussadove e dà ai cardiomiociti un caratteristico pattern a bande precedentemente mostrato nella Figura 6:

Z-lines.Un sarcomero è definito come il segmento tra duelinee Z adiacenti (o dischi Z o corpi Z). Nei micrografi elettronici del muscolo striato incrociato, la linea Z (dal tedesco “Zwischenscheibe”, il disco tra le bande I) appare come una serie di linee scure.

Banda I. Intorno alla linea Z è la regione della banda I (per isotropa). I-band è la zona di filamenti sottili che non è sovrapposta da filamenti spessi.

Banda A. Seguendo la banda I è la banda A (per anisotropica). Chiamato per le loro proprietà sotto un microscopio polarizzante. Una banda A contiene l’intera lunghezza di un singolo filamento spesso.

Zona H. All’interno della banda A c’è una regione più pallida chiamata zona H (dal tedesco “heller”, più luminoso). Chiamato per il loro aspetto più leggero sotto un microscopio a polarizzazione. La banda H è la zona dei filamenti spessi che non è sovrapposta dai filamenti sottili.

M-linea. All’interno della zona H c’è una sottile linea M (dal tedesco “Mittelscheibe”, il disco nel mezzo del sarcomero) formata da elementi di collegamento incrociato del citoscheletro.

3) T-tubuli. Nelle cellule muscolari compresi i cardiomiociti, il sarcolemma (cioèla membrana plasmatica) forma invaginazioni profonde note come T-tubuli (transversetubuli) (Figura 8). Theseinvaginations permettono la depolarizzazione della membrana per penetrare rapidamente all’interno della cellula. Nelle cellule senza tubuli t, l’onda degli ioni calcio si propagadalla periferia della cellula al centro. Tuttavia, un tale sistema attiverebbe prima i sarcomeri periferici e poi i sarcomeri più profondi, con conseguente produzione di forza sub-massima. I tubuli t rendono possibile che la correnteè trasmesso simultaneamente al nucleo della cellula, e questo significa che una forza istantanea più grande viene prodotta innescando il rilascio di SR Ca2+vicino a tutti i sarcomeri contemporaneamente. Infatti, i tubuli t limitano la diffusione del fluido extracellulare, creando un amicrodominio di ioni di una concentrazione relativamente stabile rispetto allo spazio extracellulare più ampio. Questo può anche essere un meccanismo per prevenirerapidi cambiamenti nel fluido extracellulare da influenzare negativamente il rilascio di calcio indotto dal calcio.

4) Mitocondrialemorfologia e metabolismo energetico nei cardiomiociti.I mitocondri havebeen descritti come” la centrale elettrica della cellula ” perché generatemost del rifornimento della cellula di adenosina trifosfato (ATP). I mitocondri sono composti da compartimenti che svolgono funzioni specializzate e comprendono la membrana esterna, lo spazio intermembrana, la membrana interna e le criste e la matrice (Figura 9).

Nella maggior parte dei tipi di cellule, i mitocondri regolano la loro morfologia e posizione in base alle esigenze energetiche e alle condizioni metaboliche della cellula. Nei cardiomiociti, la relazione tra morfologia mitocondriale e posizione e funzione non sembra dipendere così tanto dalle esigenze energetiche delle cellule: la riorganizzazione di questi organismi dipende dall’ambiente cellulare e dai vincoli dell’architettura – grande quantità di miofilamenti, presenza di un citoscheletro rigido e una rete mitocondriale densamente imballata. Inoltre, la disposizione dei diversi organismi tra di loro è così cruciale per la funzione delle cellule cardiache che la morfologia mitocondriale deve essere controllata in modo efficiente. Rispetto a qualsiasi altro tipo di cellula, i mitocondri dei cardiomiociti adulti presentano la più altadensità di cristae. Tuttavia, si possono distinguere diversi tipi di mitocondri all’interno dei cardiomiociti e le loro caratteristiche morfologiche sono solitamente definitesecondo la loro posizione: mitocondri intermiofibrillari, subsarcolemmalmitocondri e mitocondri perinucleari.

v Intermiofibrillai mitocondri sono strettamente ordinati tra file diproteine contrattili, apparentemente isolate l’una dall’altra da matrici ripetute spesso tubuli, e in stretto contatto con miofibrille e reticolo sarcoplasmatico. Sono principalmente dedicati alla fornitura di energia di miosina e SR-ATPasi. Intermyofibrillarare di forma allungata con di solito un mitocondrio esistente per sarcomero. Theyare 1.5-2.0 µm di lunghezza e le loro strutture di cristae inoltre hanno visualizzato curvedconfigurations.

v I mitocondri subsarcolemmali presentano un grado di organizzazione inferiore e sono probabilmente principalmente coinvolti in altri ruoli come l’omeostasi ionica. Si trovano sotto il sarcolemma e sono piùvariabile in lunghezza (0,4–3,0 µm), possedendo creste strettamente imballate.

v I mitocondri perinucleari sono organizzati in cluster e sono molto probabilmente coinvolti nei processi di trascrizione e traduzione. Sono per lo più di forma sferica con lunghezze che vanno da 0,8 a 1,4 µm. Questi mitocondri contengono cristalli curvi ben sviluppaticon un’area di matrice relativamente piccola.

Dato il fabbisogno energetico derivato dalla funzione dei cardiomiociti, i cardiomiociti adulti contengono numerosi mitocondri, che possono occupare almeno il 30% del volume cellulare. I cardiomiociti adulti soddisfano > il 90% del fabbisogno energetico mediante fosforilazione ossidativa (OXPHOS) nei mitocondri. L’ossidazione degli acidi grassi predomina sull’ossidazione di altri nutrienti in condizioni fisiologiche normali. Durante i periodi di stress i cardiomiociti sono flessibili e possonoottenere energia ossidando glucosio, lattato, aminoacidi e corpi chetonici. Infatti, la capacità di adattare il loro metabolismo alla disponibilità del substrato risulta fondamentale per il loro equilibrio di contrazione in diverse condizioni fisiologiche e fisiopatologiche. La proliferazione dei cardiomiociti fetali durante lo sviluppo cardiaco è caratterizzata da alti tassi di glicolisi e produzione di lattato. Solo<il 15% dell’ATP è prodotto dalla via di ossidazione degli acidi grassi.

Sommario. I cardiomiociti sono i principali responsabili del cuorecontrazione. Le caratteristiche strutturali uniche discusse qui consentono loro funzioni specializzate. Tuttavia, la funzione cardiaca deve essere compresa nel contesto del tessuto cardiaco, in cui altri tipi e strutture cellulari sono importantiper ottenere una contrazione cardiaca coordinata che si adatta alle esigenze fisiologiche dell’organo.

Per fonti e ulteriori letture.

Questo sommario è stato possibile grazie a lavori precedenti. I più significativisono citati qui:

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