Cardiomyocytes-the Cardio Research Web Project

mięsień sercowy składa się z przeplatających się wiązek kardiomiocytów (komórek mięśnia sercowego). Podobnie jak mięsień szkieletowy, mięsień sercowy jest Prążkowany wąskimi ciemnymi i jasnymi pasmami, ze względu na równoległy układ włókien aktyny i miozyny, które rozciągają się od końca do końca każdego kardiomiocytów. Jednak w porównaniu z komórkami mięśni szkieletowych kardiomiocyty są węższe i znacznie krótsze, mają około 25 µm mm szerokości i 100 µm Długości. Kardiomiocyty są często rozgałęzione i zawierają jedno jądro, ale wiele mitochondriów, które dostarczają energii potrzebnej do skurczu.

charakterystyczną i unikalną cechą mięśnia sercowego jest obecność nieregularnie rozmieszczonych ciemnych pasm między kardiomiocytami. Zespoły te są znane jako interkalowane dyski i znajdują się w obszarach, w których membrany sąsiednich kardiomiocytów są bardzo blisko siebie. Interkalowane dyski są, z mechanicznego punktu widzenia, jednostkami strukturalnymi, które umożliwiają przenoszenie siły contractile z jednego kardiomiocytu na drugi. Pozwala to na pracę serca jako organ funkcjonalny. Natomiast mięsień szkieletowy składa się z wielojądrzastych włókien mięśniowych i nie wykazują interkalowanych dysków. Drugą cechą kardiomiocytów jest sarkomere, który jest również obecny mięśni szkieletowych. Thesarcomeres nadają mięsień sercowy ich Prążkowany wygląd i są powtórzeniami, które tworzą miofibryle. Rys. 1 przedstawia obraz immunofluorescencyjny kardiomiocytów w hodowli i przedstawia strukturę kardiomiocytów. Kilka innych cech jest unikalnych dla komórek mięśniowychi w szczególności dla kardiomiocytów, ponieważ zapewniają one kardiomiocytom swoje unikalne właściwości i stanowią główne składniki strukturalne, które są rujnujące dla funkcji tych komórek.

W obrębie dysku występują różne kompleksy łącznikowe. Połączenia te są niezbędne dla integralności kleju, morfogenezy, różnicowania i utrzymania tkanki serca. W dyskach międzykomórkowych cząsteczki adhezyjne, połączenia szczelinowe i Kompleks kanału sodowego z napięciem tworzą kompleksy makromolekularne, które oddziałują specyficznie w celu utrzymania struktury serca i synchronizacji kardiomiocytów. Dyski intercalated składają się z 3 głównych kompleksów łączących: desmosomów, adherensjunctions (powięzi adherens w mięśniu sercowym) i Gap junctions (ryc. 2). Złącza szczelinowe są niezbędne do chemicznego i elektrycznego sprzężenia sąsiednich komórek, podczas gdy złącza desmosomów iherenów stanowią mechaniczne złącza międzykomórkowe w kardiomiocytach. 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. W tym celu kardiomiocyty są wyposażone w wiązki miofibryli, które zawierają włókna mięśniowe i stanowią 45 do 60% objętości kardiomiocytów (ryc. 6). Themyofibryle tworzą się z odrębnych, powtarzających się jednostek, zwanych sarcomeres.Sarkomery reprezentują podstawowe jednostki skurczowe miocytów i są zdefiniowane jako region struktur włóknistych między dwiema liniami Z. Odległość między liniami Z waha się w ludzkich sercach od około 1,6 do 2,2 µm. Thesarcomere składa się z grubych i cienkich włókien.

grube włókna składają się z miozyny, białka o masie cząsteczkowej około 470 kilodaltonów.Na grube włókno przypada około 300 cząsteczek miozyny. Każdy miozyna zawiera dwie głowy, które są miejscem ATPazy miozyny, która hydrolizuje Atpazę wymaganą do tworzenia aktyny i miozyny przez mostek. Głowy te oddziałują z miejscem wiązania aktyny (rycina 7).

cienkie włókna składają się z protein, które tworzą kompleks białek regulatorowych: aktyna, tropomyozyna i troponina (rycina 7). Aktyna jest białkiem kulistym ułożonym w łańcuchuczłonków, tworzących dwie nici spirali Alfa. Pomiędzy nitkami aktyny są białka w kształcie pręta określane mianem tropomiozyny. Na tropomiozynę przypada 6-7 cząsteczek aktynomolekuł. Do tropomiozyny w regularnych odstępach czasu przyłączony jest kompleks troponinowy, który składa się z trzech podjednostek: troponin-T (TN-T), który przyłącza się do tropomiozyny; troponin-C (TN-C), który służy jako miejsce wiązania Ca++ podczas sprzężenia wzbudzenia-skurczu (cztery canbind Ca++ Na TN-C).; i troponiny-I (TN-I),która hamuje miejsce wiązania miozyny z aktyną.

Sarkomere definiuje się jako segment pomiędzy dwoma wysokimi liniami Z (lub dyskami Z, lub ciałami z). W mikrografach elektronowych mięśnia krzyżowo-prążkowanego Linia Z (Z niem. „Zwischenscheibe”, układ pomiędzy pasmami I) pojawia się jako seria ciemnych linii.

I-band. Wokół linii Z znajduje się obszar pasma I (dla izotropów). I-band to strefa cienkich włókien, która nie jest nakładana przez grube włókna.

a-band. Po I-band jest a-band (dla anizotropowe). Nazwane ze względu na ich właściwości pod mikroskopem polaryzacyjnym. Taśma A zawiera całą długość pojedynczego grubego włókna.

H-zone. W obrębie pasma a znajduje się jaśniejszy region zwany strefą H (od niemieckiego „heller”, jaśniejszy). Nazwane ze względu na ich lżejszy wygląd pod mikroskopem polaryzacyjnym. Pasmo H to strefa grubych włókien, która nie jest nakładana przez cienkie włókna.

m-line. W obrębie strefy H znajduje się cienka linia M (od niem. „Mittelscheibe”, tarczka pośrodku sarkomeru) utworzona z krzyżowo łączących się elementów cytoszkieletu.

3) t-kanaliki. W komórkach mięśniowych, w tym kardiomiocytach, sarkolemma (tj.błona plazmatyczna) tworzy głębokie inwaginacje zwane kanalikami t (transversetubules) (rycina 8). Teinwaginacje pozwalają depolaryzacji błony szybko przeniknąć do wnętrza komórki. W komórkach bez kanalików t fala jonów wapniowychz peryferii komórki do centrum. Jednak taki system byłpierwszy aktywować obwodowe sarkomery, a następnie głębsze sarkomery, powodując sub-maksymalną produkcję siły. Kanaliki t umożliwiają jednoczesne przekazywanie prądu do rdzenia komórki, co oznacza, że większa stała siła jest wytwarzana przez wyzwalanie uwalniania SR Ca2+w pobliżu wszystkich sarkomerów jednocześnie. W rzeczywistości kanaliki t ograniczają dyfuzję płynu zewnątrzkomórkowego, tworząc amikrodomainę jonów o stężeniu stosunkowo stabilnym w porównaniu z szerszą przestrzenią zewnątrzkomórkową. Może to być również mechanizm zapobiegający gwałtownym zmianom w płynie zewnątrzkomórkowym niekorzystnie wpływającym na uwalnianie wapnia.

4) Mitochondrialmorfologia i metabolizm energetyczny w kardiomiocytach.Mitochondria zostały opisane jako „potęga komórki”, ponieważ generują najwięcej podaży adenozynotrójfosforanu (ATP) w komórce. Mitochondria składają się z przedziałów, które pełnią wyspecjalizowane funkcje i obejmują błonę zewnętrzną, przestrzeń międzybłonową, błonę wewnętrzną oraz kryształy i matrycę (ryc. 9).

w większości typów komórek mitochondria dostosowują swoją morfologię i lokalizację w zależności od potrzeb energetycznych i warunków metabolicznych komórki. W kardiomiocytach zależność między morfologią mitochondriów i położeniem oraz funkcją nie wydaje się być tak bardzo zależna od zapotrzebowania na energię komórkową: reorganizacja tych organizmów zależy od środowiska komórkowego i ograniczeń architektury-dużej ilości włókien mięśniowych, obecności sztywnego cytoszkieletu i gęsto ułożonej sieci mitochondriów. Ponadto rozmieszczenie różnychorganel między nimi jest tak kluczowe dla funkcji komórek serca, że morfologia mitochondriów musi być skutecznie kontrolowana. W porównaniu z innymi typami komórek, mitochondria pochodzące z dorosłych kardiomiocytów wykazują najwyższą trwałość cristae. Jednak w kardiomiocytach można wyróżnić różne rodzaje mitochondriów, a ich cechy morfologiczne są zwykle definiowane zgodnie z ich lokalizacją: mitochondria międzymiofibrylarne, subsarcolemmalmitochondria i mitochondria okołojądrowe.

v Intermiofibrylarmitochondria są ściśle uporządkowane między rzędami białek zwartych, najwyraźniej izolowanych od siebie przez powtarzające się tablice często-kanalików i w bliskim kontakcie z miofibrylami i siateczką sarkoplazmatyczną. Są one głównie poświęcone zaopatrzeniu w energię miozyny i Sr-ATPazy. Intermiofibrylarne wydłużone kształtem z Zwykle jednym mitochondrionem istniejącym na sarcomere. Mają 1,5-2,0 µm długości, a ich struktury cristae wykazują również zakrzywione konfiguracje.

V mitochondria Subsarcolemmal prezentują wyższy stopień organizacji i prawdopodobnie biorą udział głównie w innych rolessach, takich jak homeostaza jonowa. Znajdują się pod sarcolemmą i mają większą długość (0,4-3,0 µm), posiadają ściśle upakowane cristae.

V mitochondria Okołojądrowe są zorganizowane w klastry i najprawdopodobniej biorą udział w procesach transkrypcji i translacji. Mają przeważnie kulisty kształt o długości od 0,8 do 1,4 µm. Mitochondria te zawierają dobrze rozwinięte zakrzywione kryształy o stosunkowo niewielkiej powierzchni matrycy.

biorąc pod uwagę zapotrzebowanie energetyczne wynikające z funkcji kardiomiocytów, kardiomiocyty dorosłych zawierają liczne mitochondria, które mogą zajmować co najmniej 30% objętości komórki. Dorosłe kardiomiocyty spełniają>90% zapotrzebowania energetycznego poprzez fosforylację tlenową (OXPHOS) w mitochondriach. Utlenianie kwasów tłuszczowychdodominuje utlenianie innych składników odżywczych w normalnych warunkach fizjologicznych. W okresach stresu kardiomiocyty są elastyczne i możezapewnić energię przez utlenianie glukozy, mleczanów, aminokwasów i ciał ketonowych. W rzeczywistości zdolność dostosowania ich metabolizmu do dostępności substratu ma kluczowe znaczenie dla ich równowagi skurczowej w różnych warunkach fizjologiczno-patofizjologicznych. Proliferacja kardiomiocytówpoważny rozwój serca charakteryzuje się wysokim wskaźnikiem glikolizy i produkcji mleczanów. Tylko<15% ATP powstaje w procesie utleniania kwasów tłuszczowych.

podsumowanie. Kardiomiocyty są głównymi odpowiedzialnymi za skurcz serca. Omawiane tu unikalne cechy konstrukcyjne umożliwiają im wykonywanie specjalistycznych funkcji. Jednak czynność serca musi być rozumiana w kontekście tkanki serca, w której inne typy komórek i struktury są ważne, aby uzyskać skoordynowany skurcz serca, który dostosowuje się do fizjologicznych potrzeb narządu.

do źródeł i dalszej lektury.

podsumowanie było możliwe dzięki wcześniejszym pracom. Najważniejsze z nich są cytowane tutaj:

1. Rampazzo a, Calore M, vanHengel J, van Roy F. Intercalated disc and arrhythogenic cardiomyopathy. Circ Cardiovasc Genet. 2014Dec; 7(6): 930-40.

2. Delmar M, McKenna WJ. Desmosom serca i kardiomiopatie arytmogenne: od genu do choroby. Circ Res. 2010 Sep 17; 107(6): 700-14.

3. Perry JK, Lins RJ, LobiePE, Mitchell MD. Regulacja wzrostu inwazyjnego: podobne mechanizmy epigenetyczne wpływają na progresję nowotworu i implantację w ciąży u ludzi. 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. Połączenia kardiowykomórkowe w zdrowiu i chorobie: elektryczne a mechaniczne. J Mol Cell Cardiol. 2009Jul; 47(1):23-31.

5. Bennett PM, Maggs AM, Baines AJ, Pinder JC. Skrzyżowanie przejściowe: nowa funkcjonalna subcellulardomain na dysku interkalowanym. Mol BiolCell. 2006;17:2091–2100.

6. Gutstein DE, Liu FY, Meyers MB, Choo A, Fishman GI (2003) the organization of adherens junctions anddesmosomes at the cardiac intercalated disc is independent of 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. Intercalateddiscs: wiele białek pełnią wiele funkcji w nie zawodzących i zawodzących ludzkich sercach. Biophys Rev. 2009;1: 43-49.

8. Ibrahim m, Gorelik J, Yacoub MH, Terracciano CM. Struktura i funkcja t-kanalików sercowych wzdrowie i choroby. Proc Biol Sci.2011 Sep 22;278(1719):2714-23.

9. Piquereau J, Caffin F, Novotova m, Lemaire C, Veksler V, Garnier a, Ventura-Clapier R, Joubert F. Mitochondrialdynamics in the adult cardiomyocytes: which role for a highly specializedcell? Front Physiol. 2013.05.10;16:10

10. Hollander JM, Thapa D, Shepherd DL. Fizjologiczne i strukturalne różnice w odrębności przestrzennejubpopulacje mitochondriów serca: wpływ patologii serca. 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