Cardiomyocytes-Cardio Research Web Project

Hjertemuskelen består av sammenflettede bunter av kardiomyocytter (hjertemuskelceller). Som skjelettmuskulatur er hjertemuskelen strikket med smale mørke og lyse bånd, på grunn av parallellarrangementet av aktin-og myosinfilamenter som strekker seg fra ende til ende av hver kardiomyocyt. Til sammenligning med skjelettmuskelceller er imidlertid kardiomyocytter smalere og mye kortere, omtrent 25µ mm brede og 100µ lange. Kardiomyocytter er ofte forgrenet, og inneholder en kjerne, men mange mitokondrier, som gir den energien som kreves for sammentrekning.

et fremtredende og unikt trekk ved hjertemuskelen ertilstedeværelse av uregelmessig avstand mellom mørke bånd mellom kardiomyocytter. Disse bandene erkjent som intercalateddiscs, og de er plassert i områder hvormembraner av tilstøtende kardiomyocytter kommer svært tett sammen. Intercalateddiscs er, fra et mekanisk synspunkt, de strukturelle enhetene som gjør det muligkontraktil kraft som skal overføres fra en kardiomyocyt til en annen. Dettetillater hjertet å fungere som en enkeltfunksjonelt organ. I motsetning består skjelettmuskulatur av multinukleertmuskelfibre og utviser ingen interkalerte plater. En annen funksjon avkardiomyocytter er sarkomeren, som også er tilstede skjelettmuskulatur. Thesarcomeres gi hjertemuskelen deres tverrstripet utseende og er repeteringseksjoner som utgjør myofibrils. Figur1 er et immunfluorescensbilde av kardiomyocytter i kultur og en representasjonav kardiomyocytstruktur. Flere andre egenskaper er unike for muskelcellerog spesielt til kardiomyocytter, da de gir kardiomyocytter med deresunike egenskaper og utgjør de viktigste strukturelle komponentene som eravgjørende for funksjonen til disse cellene.

1) de innskutte platene. Ulike veikryss finnes iintercalated plate. Disse veikryssene er avgjørende for limintegritet, morfogenese, differensiering og vedlikehold av hjertevev. Intercellulære adhesjonsmolekyler, gapkryss og spenningsstyrt natriumkanalkompleks danner makromolekylære komplekser som interaktivererspesielt for å opprettholde hjertestruktur og kardiomyocyttsynkronisering. Denintercalated plater består av 3 viktigste veikryss komplekser: desmosomer, adherensjunctions(fascia adherens i hjertemuskelen), og gap veikryss (Figur 2). Gap veikryss er essensielt for kjemisk og elektrisk kobling av naboceller, mens desmosomer andadherens veikryss utgjør de mekaniske intercellulære veikryss incardiomyocytes. 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. Til dette formål er kardiomyocytter utstyrt med bunter av myofibriller som inneholder myofilamenterog representerer 45 til 60 prosent av volumet avkardiomyocytter (Figur 6). Themyofibrils er dannet av forskjellige, gjentatte enheter, kalt sarkomerer.Sarcomerer representerer de grunnleggende kontraktile enhetene i myocyten, og er definert som regionen av myofilamentstrukturer mellom To Z-linjer. Avstanden Mellom Z-linjene varierer i menneskehjerter fra cirka 1,6 til 2,2 µ. Thesarcomere består av tykke og tynne filamenter.

de tykke filamenter består av myosin, et protein med en molekylvekt på omtrent 470 kilodalton.Det er omtrent 300 molekyler myosin per tykt filament. Hver myosininneholder to hoder som er stedet for myosin-Atpasen, som hydrolyserer Påprequired for actin og myosin cross bridge formasjon. Disse hodene samhandler medet bindingssted på actin (Figur 7).

de tynne filamentene består av proteinenesom danner det regulatoriske proteinkomplekset: actin, tropomyosin og troponin (Figur 7). Actin er et globulært protein arrangert som en kjede avgjentatte enheter, danner to tråder av en alfa-helix. Interdigitert mellomaktinstrengene er stavformede proteiner kalt tropomyosin. Det er 6-7 aktinmolekyler per tropomyosin. Festet til tropomyosin med jevne mellomrom ertroponin-komplekset, som består av tre underenheter: troponin-T( TN-T), som festes til tropomyosin; troponin-c (TN-C), som tjenersom et bindingssted For Ca++ under eksitasjons-kontraksjonskobling (fire Ca++ kanbind per TN-C); og troponin-I (TN-I), som hemmer myosin bindingsstedet på aktin.

arrangementet av tykke og tynne filamenter gjørmulig hjertekontraksjon, som diskutereshvor og gir kardiomyocytter et karakteristisk båndmønster som tidligere er vist På Figur 6:

Z-linjer.En sarcomere er definert som segmentet mellom toomliggende Z-linjer (Eller Z-plater eller Z-kropper). I elektronmikrographs ofcross-striated muskel, Z-linjen (fraden tyske «Zwischenscheibe», thedisc i mellom i-bandene) vises som en serie mørke linjer.

i-band. Rundt Z-linjen er regionen av I-båndet(for isotrop). I-band er sonen av tynne filamenter som ikke legges over av tykke filamenter.

A-band. Etter I-bandet er A-bandet (for anisotropisk). Oppkalt etter deres egenskaper under et polariserende mikroskop. Et a-band inneholder hele lengden av en enkelt tykk filament.

H-sone. Innenfor A-bandet er en blekere region kalt H-sonen (fra den tyske «heller», lysere). Oppkalt etter deres lettere utseende under et polarisasjonsmikroskop. H-band er sonen av de tykke filamenter som ikke er overlappet av de tynne filamenter.

M-linje. Innenfor h-sonen er en tynn m-linje (fra den tyske «Mittelscheibe», platen midt i sarkomeren) dannet av kryssbindende elementer av cytoskelettet.

3) T-rør. I muskelceller inkludert kardiomyocytter, sarcolemma (dvs.plasmamembranen) danner dype invaginasjoner kjent som t-tubuli (transversetubules) (Figur 8). Disseinvaginasjoner tillater depolarisering av membranen å trenge raskt inn iinteriøret i cellen. I celler uten t-tubuli forplantes bølgen av kalsiumionerfra periferien av cellen inn i midten. Imidlertid ville et slikt system først aktivere de perifere sarkomerer og deretter de dypere sarkomerer, noe som resulterer i sub-maksimal kraftproduksjon. T-tubulene gjør det mulig at strømmen samtidig videresendes til kjernen av cellen, og dette betyr at en størreinstantan kraft produseres ved å utløse SR Ca2+ – frigjøring nær alle sarkomerer samtidig. Infact begrenser t-tubulene diffusjon av ekstracellulær væske, og skaper amicrodomain av ioner av en konsentrasjon som er relativt stabil i sammenligningmed det bredere ekstracellulære rommet. Dette kan også være en mekanisme for å forhindre raske endringer i ekstracellulær væske fra å påvirke kalsiuminducertkalsiumfrigivelse negativt.

4) Mitokondriellmorfologi og energimetabolisme i kardiomyocytter.Mitokondrier har blitt beskrevet som «cellens kraftverk» fordi de generatemost av cellens tilførsel av adenosintrifosfat (ATP). Mitokondrierer sammensatt av rom som utfører spesialiserte funksjoner, og de inkluderer den ytre membranen, intermembranrommet, den indre membranen og kristen og matrise (Figur 9).

mitokondrier justerer sin morfologi og plassering avhengig avenergibehov og metabolske forhold i cellen. I kardiomyocytter ser forholdet mellom mitokondriell morfologi og plassering og funksjon ikke ut til å være så avhengig av cellens energibehov: Reorganisering av disse organeller avhenger av det cellulære miljøet og arkitekturbegrensningene – stor mengde myofilamenter, tilstedeværelse av et stivt cytoskeleton og et tettpakket mitokondrielt nettverk. Videre er arrangementet av de forskjelligeorganeller mellom dem så avgjørende for hjertecellefunksjon atmitokondriell morfologi må kontrolleres effektivt. Sammenlignet med noen annen celletype, viser mitokondrier fra voksne kardiomyocytter den høyestetetthet av cristae. Imidlertid kan forskjellige typer mitokondrier skille seg utinnenfor kardiomyocytter, og deres morfologiske egenskaper er vanligvis definerti henhold til deres plassering: intermyofibrillære mitokondrier, subsarcolemmalmitokondrier og perinuclear mitokondrier. V Intermyofibrillarmitokondrier er strengt bestilt mellom rader avkontraktile proteiner, tilsynelatende isolert fra hverandre ved gjentatte arrays ofte-tubuli, og i nær kontakt med myofibriller og sarkoplasmatisk retikulum. Deer hovedsakelig viet til energiforsyningen av myosin og SR-Atpaser. Intermyofibrillarer langstrakt i form med vanligvis en mitokondrion eksisterende per sarcomere. De er 1,5–2,0 µ i lengde, og deres cristae-strukturer vises også kurvkonfigurasjoner.

V Subsarkolemmale mitokondrier har en lavere grad av organisering og er sannsynligvis hovedsakelig involvert i andre roller som ion homeostase. De befinner seg under sarcolemma og er mervariable i lengde (0,4–3,0 µ), og har tettpakket cristae.

V Perinukleære mitokondrier erorganisert i klynger og er mest sannsynlig involvert i transkripsjon ogtranslasjonsprosesser. De er for det meste sfæriske i form med lengder som varierer fra 0,8 til 1,4 µ. Disse mitokondriene inneholder velutviklet buet cristaemed relativt lite matriseområde.

Gittenergibehovene avledet fra kardiomyocytfunksjon, de voksnekardiomyocytter inneholder mange mitokondrier, som kan oppta minst 30% avcellevolum. Voksne kardiomyocytter møtes > 90% av energibehovet vedoksidativ fosforylering (OXPHOS) i mitokondriene. Fettsyre oksidasjonpredominerer over oksidasjon av andre næringsstoffer under normale fysiologiskeforhold. I perioder med stress kardiomyocytter er fleksible, og kanfå energi ved å oksidere glukose, laktat, aminosyrer og ketonlegemer. Til substrat tilgjengelighetresulterer kritisk for deres kontraksjonsbalanse under forskjellige fysiologiskeog patofysiologiske forhold. Proliferasjon av føtale kardiomyocytterunder hjerteutvikling karakteriseres av høye nivåer av glykolyse og laktatproduksjon. Bare <15% AV ATP produseres ved fettsyrenß-oksidasjonsvei.

Sammendrag. Kardiomyocytter er de viktigste ansvarlige for hjertetsammentrekning. De unike strukturelle funksjonene som diskuteres her, tillater dem for spesialiserte funksjoner. Hjertefunksjonen må imidlertid forstås i sammenheng medkardialvevet, der andre celletyper og strukturer er viktige for å få en koordinert hjertekontraksjon som tilpasser seg fysiologiskorganets behov.

for kilder og videre lesing.

Detteoppsummering har vært mulig takket være tidligere arbeider. De mest betydningsfulleer sitert her:

1. Rampazzo A, Calore M, vanHengel J, van Roy F. Interkalerte plater og arytmogen kardiomyopati. Circ Cardiovasc Genet. 2014Dec; 7 (6): 930-40.

2. Delmar M, McKenna WJ. Denhjerte desmosom og arytmogene kardiomyopatier: fra gen til sykdom. Circ Res. 2010 September 17;107 (6): 700-14.

3. Perry JK, Lins RJ, LobiePE, Mitchell MD. Regulering av invasiv vekst: lignende epigenetiske mekanismerunderpin tumorprogresjon og implantasjon i menneskelig graviditet. Clin Sci (Lond). 2009 Desember 23;118 (7): 451-7.

4. Noorman M, van Der HeydenMA, van Veen TA, Cox MG, Hauer RN, De Bakker JM, van Rijen HV. Cardiaccell-celle veikryss i helse og sykdom: Elektrisk versus mechanicalcoupling. J Mol Celle Cardiol. 2009Jul; 47 (1): 23-31.

5. Bennett PM, Maggs AM, Baines AJ, Pinder JC. Overgangsforbindelsen: en ny funksjonell subcellulardomain på den interkalerte platen. Mol BiolCell. 2006;17:2091–2100.

6. Gutstein DE, Liu FY, Meyers MB, Choo A, Fishman GI (2003) organiseringen av adherens veikryss ogdesmosomer på hjerteinterkalert plate er uavhengig av gapskryss. J Celle Sci. 2003; 116:875–885.

7. Colleen B. Estigoy, Fredrik Pontupunkt, Jacob Odeberg, Benjamin Herbert, Michael Guilhaus & MichaelCharleston, Joshua W. K. Ho, Darryl Cameron & Cristobal g. dos Remedios. Interkalateddiscs: flere proteiner utfører flere funksjoner i ikke-sviktende og sviktende menneskelige hjerter. Biophys Rev. 2009;1:43-49.

8. Ibrahim M, Gorelik J, Yacoub MH, Terracciano CM. Strukturen og funksjonen av hjerte t-tubuli ihelse og sykdom. Proc Biol Sci.2011 September 22;278 (1719): 2714-23.

9. Piquereau J, Caffin F, Novotova M, Lemaire C, Veksler V, Garnier A, Ventura-Clapier R, Joubert F. Mitokondrialdynamikk i voksne kardiomyocytter: hvilke roller for en høyt spesialisertcelle? Front Physiol. 2013 Mai 10; 4: 102.

10. Hollander JM, Thapa D, Shepherd DL. Fysiologiske og strukturelle forskjeller i romlig særegneunderbefolkninger av hjerte mitokondrier: påvirkning av hjertesykdommer. 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