Cardiomiocite – proiectul Web de cercetare Cardio

mușchiul Cardiac constă în legături intercalate de cardiomiocite (celule musculare cardiace). Ca și mușchiul scheletic, mușchiul cardiac este striat cu benzi înguste întunecate și ușoare, datorită aranjamentului paralel al filamentelor de actină și miozină care se extind de la capăt la capăt al fiecărui cardiomiocit. Cu toate acestea, în comparație cu celulele musculare scheletice, cardiomiocitele sunt mai înguste și mult mai scurte, având o lățime de aproximativ 25 mm și o lungime de 100 mm. Cardiomiocitele sunt adesea ramificate și conțin un nucleu, dar multe mitocondrii, care furnizează energia necesară contracției.

o caracteristică proeminentă și unică a mușchiului cardiac esteprezența benzilor întunecate neregulate între cardiomiocite. Aceste benzi sunt cunoscute sub numele de discuri intercalate și sunt situate în zone în care membranele cardiomiocitelor adiacente se apropie foarte mult. Discurile intercalate sunt, din punct de vedere mecanic, entitățile structurale care permit transmiterea forței contractile de la un cardiomioc la altul. Acest lucru permite inimii să funcționeze ca un singur organ funcțional. În schimb, mușchiul scheletic constă din multinucleatefibre musculare și nu prezintă discuri intercalate. O a doua caracteristică a cardiomiocitelor este sarcomerul, care este, de asemenea, prezent mușchi scheletic. Sarcomerii dau mușchiului cardiac aspectul lor striat și sunt repetareasecțiuni care alcătuiesc miofibrilele. Figura 1 este o imagine de imunofluorescență a cardiomiocitelor în cultură și o reprezentare a structurii cardiomiocitelor. Mai multe alte caracteristici sunt unice pentru celulele musculareși în special pentru cardiomiocite, deoarece oferă cardiomiocitelor proprietățile lor unice și constituie principalele componente structurale care suntcruciale pentru funcția acestor celule.

1) discurile intercalate. Există diferite complexe joncționale în cadruldisc intercalat. Aceste joncțiuni sunt esențiale pentru integritatea adezivă, morfogeneza, diferențierea și întreținerea țesutului cardiac. În discul intercalat, moleculele de adeziune intercelulară, joncțiunile gap și complexul canalului de sodiu cu tensiune formează complexe macromoleculare care interacționează în mod specific pentru a menține structura cardiacă și sincronia cardiomiocitelor. Discurile intercalate constau din 3 complexe joncționale principale: desmosomi, adherensjunctions (fascia adherens în mușchiul cardiac) și joncțiuni gap (Figura 2). Joncțiunile Gap sunt esențiale pentru cuplarea chimică și electrică a celulelor vecine, în timp ce joncțiunile desmosomilor și adherenilor constituie joncțiunile mecanice intercelulare din cardiomiocite. 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. În acest scop,cardiomiocitele sunt echipate cu mănunchiuri de miofibrili care conțin miofilamenteși reprezintă 45 până la 60% din volumul cardiomiocitelor (Figura 6). Miofibrilele sunt formate din unități distincte, repetate, denumite sarcomere.Sarcomerele reprezintă unitățile contractile de bază ale miocitului și suntdefinită ca regiune a structurilor miofilamentului între două linii Z. Distanța dintre liniile Z variază în inimile umane de la aproximativ 1,6 până la 2,2 milimetri cubi. Sarcomerul este compus din filamente groase și subțiri.

filamentele groase sunt compuse din miozină, o proteină cu o greutate moleculară de aproximativ 470 kilodaltoni.Există aproximativ 300 de molecule de miozină pe filament gros. Fiecare myosinconține două capete care sunt locul ATPazei miozinei, care hidrolizează Atprequed pentru actină și miozină formarea podului transversal. Aceste capete interacționează cu un situs de legare pe actină (Figura 7).

filamentele subțiri sunt compuse din proteine care formează complexul proteic reglator: actină, tropomiozină și troponină (Figura 7). Actina este o proteină globulară aranjată ca un lanț deunități de repetare, formând două fire ale unei spirale alfa. Interdigitate între catenele de actină sunt proteine în formă de tijă denumite tropomiozină. Există 6-7 actinmolecule pe tropomiozină. Atașat la tropomiozină la intervale regulate esteComplexul troponinei, care este alcătuit din trei subunități: troponina-T (TN-T), care se atașeazăla tropomiozină; troponina-c (TN-C), care serveșteca situs de legare pentru ca++ în timpul cuplării excitație-contracție (patru ca++ canbind per TN-C); și troponina-I (TN-I),care inhibă situsul de legare a miozinei pe actină.

aranjamentul filamentelor groase și subțiri facecontracție cardiacă posibilă, care este discutatăunde și dă cardiomiocitelor un model caracteristic în bandă prezentat anterior în Figura 6:

linii Z.Un sarcomer este definit ca segmentul dintre douălinii Z învecinate (sau discuri Z sau corpuri Z). În micrografele electronice ale mușchiului striat încrucișat, linia Z (dingermanul „Zwischenscheibe”, disc între benzile I) apare ca o serie de linii întunecate.

i-band. În jurul liniei Z se află regiunea benzii I (pentru izotrop). Banda I este zona filamentelor subțiri care nu este suprapusă de filamente groase.

banda A. Urmând banda I este banda A (pentru anizotrop). Numit pentru proprietățile lor sub un microscop polarizant. O bandă A conține întreaga lungime a unui singur filament gros.

zona H. În banda A se află o regiune mai palidă numită zona H (din germană „heller”, mai strălucitoare). Numit pentru aspectul lor mai ușoare sub un microscop de polarizare. Banda H este zona filamentelor groase care nu este suprapusă de filamentele subțiri.

M-linie. În zona H se află o linie subțire M (din „Mittelscheibe” germană, discul din mijlocul sarcomerului) format din elemente de legătură încrucișată ale citoscheletului.

3) T-tubuli. În celulele musculare, inclusiv cardiomiocitele, sarcolema (adică.membrana plasmatică) formează invaginații profunde cunoscute sub numele de tubuli T (transversetubuli) (figura 8). Acesteinvaginații permit depolarizarea membranei să pătrundă rapid în interiorul celulei. În celulele fără tubuli t, valul de ioni de calciu se propagăde la periferia celulei în centru. Cu toate acestea,un astfel de sistem ar activa mai întâi sarcomerele Periferice și apoi sarcomerele mai profunde, rezultând producția de forță sub-maximă. Tubulii t fac posibil ca currentis să fie transmis simultan la miezul celulei, ceea ce înseamnă că o forță instantanee mai mare este produsă prin declanșarea SR Ca2+eliberare aproape de toate sarcomerele simultan. De fapt, tubulii t restricționează difuzia fluidului extracelular, creând un microdomeniu de ioni cu o concentrație relativ stabilă în comparație cu spațiul extracelular mai larg. Acesta poate fi, de asemenea, un mecanism de preveniremodificările rapide ale fluidului extracelular să afecteze negativ eliberarea calciului indusă de calciu.

4) Mitocondrialmorfologia și metabolismul energetic în cardiomiocite.Mitocondriile au fost descrise ca fiind „centrul de putere al celulei”, deoarece generează cea mai mare parte a aprovizionării celulei cu adenozin trifosfat (ATP). Mitocondriile sunt compuse din compartimente care îndeplinesc funcții specializate și includ membrana exterioară, spațiul intermembranar, membrana interioară și cristalele și matricea (Figura 9).

în majoritatea tipurilor de celule, mitocondriile își ajustează morfologia și localizarea în funcție de nevoile energetice și de condițiile metabolice ale celulei. În cardiomiocite, relația dintre morfologia mitocondrială și locație și funcție nu pare a fi atât de dependentă de cerințele de energie celulară: reorganizarea acestor organisme depinde de mediul celular și de constrângerile arhitecturii-o cantitate mare de miofilamente, prezența unui citoschelet rigid și a unei rețele mitocondriale dens împachetate. Mai mult decât atât, dispunerea diferitelor organisme între ele este atât de crucială pentru funcția celulelor cardiace, încât morfologia mitocondrială trebuie controlată eficient. Comparativ cu oricare alt tip de celule, mitocondriile din cardiomiocitele adulte prezintă cea mai maredensitatea cristae. Cu toate acestea, se pot distinge diferite tipuri de mitocondriiîn cardiomiocite, iar caracteristicile lor morfologice sunt de obicei definiteîn funcție de locația lor: mitocondriile intermiofibrilare, subsarcolemmalmitochondria și mitocondriile perinucleare.

v Intermyofibrillarmitochondria este strict ordonată între rânduri de proteine contractile, aparent izolate unele de altele prin matrice repetate de tubuli și în contact strâns cu miofibrilele și reticulul sarcoplasmic. Ele sunt dedicate în principal furnizării de energie a miozinei și a Sr-Atpazelor. Intermyofibrillarsunt alungite în formă cu de obicei unul mitocondrie existent pe sarcomer. Acestea au o lungime de 1,5-2,0 mm, iar structurile lor cristae au prezentat, de asemenea, configurații curbate.

V mitocondriile Subsarcolemale prezintă un grad mai scăzut de organizare și sunt probabil implicate în principal în alte roluri, cum ar fi homeostazia Ionică. Acestea sunt situate sub sarcolemma și sunt mai multevariabile în lungime (0,4–3,0 unqqm), posedând cristae strâns ambalate.

V mitocondriile Perinucleare sunt organizate în grupuri și sunt cel mai probabil implicate în procesele de transcripție și traducere. Ele sunt în mare parte de formă sferică, cu lungimi variind de la 0,8 la 1,4 unktm. Aceste mitocondrii conțin cristale curbate bine dezvoltatecu o zonă de matrice relativ mică.

având în vedere cerințele energetice derivate din funcția cardiomiocitelor, adultulcardiomiocitele conțin numeroase mitocondrii, care pot ocupa cel puțin 30% din volumul celular. Cardiomiocitele adulte îndeplinesc >90% din cerințele energetice prin fosforilarea oxidativă (OXFOS) în mitocondrii. Oxidarea acizilor grasi domina oxidarea altor nutrienti in conditii fiziologice normale. În perioadele de stres, cardiomiocitele sunt flexibile și potobțineți energie prin oxidarea glucozei, lactatului, aminoacizilor și corpurilor cetonice. De fapt, capacitatea de a-și adapta metabolismul la disponibilitatea substratuluirezultate critice pentru echilibrul lor de contracție în diferite condiții fiziologice și patofiziologice. Proliferarea cardiomiocitelor fetaleîn timpul dezvoltării cardiace se caracterizează prin rate ridicate de glicoliză și producție de lactat. Numai <15% din ATP este produs de calea de oxidare a acizilor grași.

rezumat. Cardiomiocitele sunt principalul responsabil pentru inimăcontracție. Caracteristicile structurale unice discutate aici le permit funcții specializate. Cu toate acestea, funcția cardiacă trebuie înțeleasă în contextulțesutul cardiac, în care alte tipuri și structuri celulare sunt importantepentru a obține o contracție cardiacă coordonată care să se adapteze nevoilor fiziologice ale organului.

pentru surse și lecturi suplimentare.

acest rezumat a fost posibil datorită lucrărilor anterioare. Cele mai semnificative sunt citate aici:

1. Rampazzo a, Calore M, vanHengel J, van Roy F. discuri intercalate și cardiomiopatie aritmogenă. Circ Cardiovasc Genet. 2014Dec; 7(6): 930-40.

2. Delmar M, McKenna WJ. Desmosomul cardiac și cardiomiopatiile aritmogene: de la genă la boală. Circ Res. 2010 Septembrie 17; 107(6): 700-14.

3. Perry JK, Lins RJ, LobiePE, Mitchell MD. Reglementarea creșterii invazive: mecanisme epigenetice similare susțin progresia tumorii și implantarea în sarcina umană. 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. Joncțiuni Cardiaccell-cell în sănătate și boală: cuplare electrică versus mecanică. J Mol Cell Cardiol. 2009Jul; 47 (1):23-31.

5. Bennett PM, Maggs AM, Baines AJ, Pinder JC. Joncțiunea de tranziție: un nou subcelulardomeniu funcțional la discul intercalat. Mol BiolCell. 2006;17:2091–2100.

6. Gutstein de, Liu FY, Meyers MB, Choo A, Fishman GI (2003) organizarea joncțiunilor adherens șidesmozomi la discul intercalat cardiac este independent de joncțiunile gap. 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. Intercalatediscs: mai multe proteine efectua mai multe funcții în non-eșec și eșecul inimilor umane. Biophys Rev. 2009; 1: 43-49.

8. Ibrahim M, Gorelik J, Yacoub MH, Terracciano CM. Structura și funcția tubulilor cardiaci t însănătate și boală. Proc Biol Sci.2011 Septembrie 22; 278 (1719): 2714-23.

9. Piquereau J, Caffin F, Novotova M, Lemaire C, Veksler V, Garnier A, Ventura-Clapier R, Joubert F. Mitocondrialedinamica în cardiomiocitele adulte: care roluri pentru un foarte specializatcelulă? Fiziol Frontal. 2013 Mai 10; 4: 102.

10. Hollander JM, Thapa D, Shepherd dl. Diferențe fiziologice și structurale distincte spațialesubpopulațiile mitocondriilor cardiace: influența patologiilor cardiace. 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