Cardiomyocytes-Cardio Research Web Project

hjärtmuskeln består av interlacing buntar av kardiomyocyter (hjärtmuskelceller). Liksom skelettmuskulaturen är hjärtmuskeln strimmad med smala mörka och lätta band på grund av det parallella arrangemanget av aktin-och myosinfilament som sträcker sig från ände till ände av varje kardiomyocyt. Men i jämförelse med skelettmuskelceller är kardiomyocyter smalare och mycket kortare, cirka 25 mm mm breda och 100 mm långa. Kardiomyocyter är ofta grenade och innehåller en kärna men många mitokondrier, som ger den energi som krävs för sammandragning.

en framträdande och unik egenskap hos hjärtmuskeln ärFörekomsten av oregelbundet åtskilda mörka band mellan kardiomyocyter. Dessa band ärkända som intercalateddiskar, och de är belägna i områden därmembran av intilliggande kardiomyocyter kommer mycket nära varandra. Intercalateddiscs är, ur mekanisk synvinkel, de strukturella enheter som möjliggörkontraktil kraft som ska överföras från en kardiomyocyt till en annan. Detta gör det möjligt för hjärtat att fungera som en endafunktionellt organ. Däremot består skelettmuskeln av multinukleeradmuskelfibrer och uppvisar inga interkalerade skivor. En andra egenskap avkardiomyocyter är sarkomeren, som också är närvarande skelettmuskel. Desarkomerer ger hjärtmuskeln sitt strimmiga utseende och är upprepningarsektioner som utgör myofibriller. Figure1 är en immunofluorescensbild av kardiomyocyter i odling och en representationav kardiomyocytstruktur. Flera andra egenskaper är unika för muskelcelleroch i synnerhet för kardiomyocyter, eftersom de ger kardiomyocyter med derasunika egenskaper och utgör de huvudsakliga strukturella komponenterna som är avgörande för funktionen hos dessa celler.

1) de interkalerade skivorna. Olika junktionella komplex finns inomintercalated skiva. Dessa korsningar är väsentliga för vidhäftningsintegritet,morfogenes, differentiering och underhåll av hjärtvävnad. I intercalated skiva, intercellulära adhesionsmolekyler, gap korsningar, och thevoltage-gated natriumkanal komplex form makromolekylära komplex som interactspecifically att upprätthålla hjärtstruktur och cardiomyocyte synkronisering. Deintercalated skivor består av 3 huvudkorsningskomplex: desmosomer, adherensjunctions (fascia adherens i hjärtmuskeln) och gap junctions (Figur 2). Gap korsningar är essentialfor kemisk och elektrisk koppling av angränsande celler, medan desmosomer ochadherens korsningar utgör de mekaniska intercellulära korsningar 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. För detta ändamål är kardiomyocyter utrustade med buntar av myofibriller som innehåller myofilamentoch representerar 45 till 60 procent av volymen avkardiomyocyter (Figur 6). Themyofibriller bildas av distinkta, upprepande enheter, benämnda sarkomerer.Sarkomererna representerar myocytens grundläggande kontraktila enheter och ärdefinieras som regionen av myofilamentstrukturer mellan två Z-linjer. Avståndet mellan Z-linjer sträcker sig i mänskliga hjärtan från ca 1,6 till 2,2 kg. Thesarcomere består av tjocka och tunna filament.

de tjocka filamenten består av myosin, ett protein med en molekylvikt på cirka 470 kilodalton.Det finns cirka 300 molekyler myosin per tjockt filament. Varje myosininnehåller två huvuden som är platsen för myosin-ATPas, som hydrolyserar Vidförutsatt för aktin-och myosinkorsbryggbildning. Dessa huvuden interagerar med ett bindningsställe på aktin (Figur 7).

de tunna filamenten består av proteinersom bildar det regulatoriska proteinkomplexet: aktin, tropomyosin och troponin (Figur 7). Aktin är ett globulärt protein anordnat som en kedja avupprepningsenheter, som bildar två strängar av en alfa-helix. Interdigiterade mellanaktinsträngarna är stavformade proteiner som kallas tropomyosin. Det finns 6-7 aktinmolekyler per tropomyosin. Fäst vid tropomyosin med jämna mellanrum ärtroponinkomplexet, som består av tre underenheter: troponin-T( TN-T), som bifogastill tropomyosin; troponin-C( TN-C), som tjänarsom en bindningsplats för Ca++ under excitationskontraktionskoppling (fyra Ca++ canbind per TN-C); och troponin-I (TN-I),som hämmar myosinbindningsstället på aktin.

arrangemanget av tjocka och tunna filament görmöjlig hjärtkontraktion, som diskuteras och ger kardiomyocyter ett karakteristiskt bandmönster som tidigare visats på Figur 6:

Z-linjer.En sarkomer definieras som segmentet mellan tvåangränsande Z-linjer (eller Z-skivor eller Z-kroppar). I elektronmikrografer avkorsstrimmad muskel, Z-linjen (frånden tyska ”Zwischenscheibe”, skivan mellan i-banden) visas som en serie mörka linjer.

I-band. Omgivande Z-linjen är regionen för I-bandet (för isotrop). I-band är zonen av tunna filament som inte överlagras av tjocka filament.

A-band. Efter I-bandet är A-bandet (för anisotrop). Namngivna för sina egenskaper under ett polariserande mikroskop. Ett a-band innehåller hela längden av en enda tjock filament.

h-zon. Inom A-bandet finns en blekare region som kallas H-zonen (från den tyska ”heller”, ljusare). Namngiven för sitt ljusare utseende under ett polariseringsmikroskop. H-band är zonen för de tjocka filamenten som inte överlagras av de tunna filamenten.

m-linje. Inom H-zonen är en tunn M-linje (från den tyska ”Mittelscheibe”, skivan i mitten av sarkomeren) bildad av tvärbindande element i cytoskeletten.

3) T-tubuli. I muskelceller inklusive kardiomyocyter, sarcolemma (dvs.plasmamembranet) bildar djupa invaginationer som kallas T-tubuler (transversetubuler) (figur 8). Dessavaginationer tillåter depolarisering av membranet att penetrera snabbt tillinteriör av cellen. I celler utan t-tubuler sprider våg av kalciumjonerfrån cellens periferi in i mitten. Ett sådant system skulle emellertid först aktivera de perifera sarkomererna och sedan de djupare sarkomererna,vilket resulterar i sub-maximal kraftproduktion. T-tubulerna gör det möjligt att strömmen samtidigt vidarebefordras till cellens kärna, och detta innebär att en större omedelbar kraft produceras genom att utlösa SR Ca2+ – frisättning nära alla sarkomerer samtidigt. Infact begränsar t-tubulerna diffusion av den extracellulära vätskan, vilket skapar enmikrodomän av joner med en koncentration som är relativt stabil i jämförelsemed det bredare extracellulära utrymmet. Detta kan också vara en mekanism för att förhindrasnabba förändringar i den extracellulära vätskan från att negativt påverka kalciuminduceradkalciumfrisättning.

4) Mitokondriermorfologi och energimetabolism i kardiomyocyter.Mitokondrier har beskrivits som ”cellens kraftverk” eftersom de genererarde flesta av cellens tillförsel av adenosintrifosfat (ATP). Mitokondrier består av fack som utför specialiserade funktioner, och de inkluderar det yttre membranet, det intermembranutrymme, det inre membranet, och thecristae och matrix (Figur 9).

i de flestacelltyper justerar mitokondrier deras morfologi och plats beroende påenergibehov och metaboliska tillstånd i cellen. I kardiomyocyter verkar förhållandet mellan mitokondriell morfologi och plats och funktion inte vara så beroende av cellenergibehov: omorganisation av dessa organeller beror på cellmiljön och arkitekturbegränsningarna-en stor mängd myofilament, närvaro av ett styvt cytoskelett och ett tätt packat mitokondriellt nätverk. Dessutom är arrangemanget av de olika organellerna mellan dem så avgörande för hjärtcellfunktionen attmitokondriell morfologi måste kontrolleras effektivt. Jämfört med någonannan celltyp uppvisar mitokondrier från vuxna kardiomyocyter den högstadensitet av cristae. Emellertid kan olika typer av mitokondrier skiljasinom kardiomyocyter, och deras morfologiska egenskaper definieras vanligtvisenligt deras plats: intermyofibrillära mitokondrier, subsarcolemmalmitokondrier och perinukleära mitokondrier.

v Intermyofibrillarmitokondrier är strikt ordnade mellan rader avkontraktila proteiner, uppenbarligen isolerade från varandra genom upprepade arrays ofT-tubuler och i nära kontakt med myofibriller och sarkoplasmatisk retikulum. Deägnas huvudsakligen till energiförsörjningen av myosin och SR-Atpaser. Intermyofibrillarär långsträckta i form med vanligtvis en mitokondrion existerande per sarkomer. De har en längd på 1,5–2,0 OC i längd, och deras cristae-strukturer visade också krökta konfigurationer.

v subsarcolemmal mitokondrier närvarande en lägre grad av organisation och är förmodligen huvudsakligen involverade i andra rollersåsom jonhomeostas. De ligger under sarcolemma och är mervariabel i längd (0,4–3,0 C / M), som har tätt packade cristae.

v perinukleära mitokondrier är organiserade i kluster och är troligen involverade i transkription ochöversättningsprocesser. De är mestadels sfäriska i form med längder som varierarfrån 0,8 till 1,4 oc.m. Dessa mitokondrier innehåller välutvecklad krökt cristaemed relativt litet matrisområde.

Givenenergikraven härrörande från kardiomyocytfunktionen innehåller vuxnakardiomyocyterna många mitokondrier, som kan uppta minst 30% avcellvolym. Vuxna kardiomyocyter uppfyller > 90% av energibehovet genomoxidativ fosforylering (OXFOS) i mitokondrier. Fettsyraoxidationdominerar över oxidationen av andra näringsämnen under normala fysiologiskaförhållanden. Under perioder av stress är kardiomyocyter flexibla och kanfå energi genom att oxidera glukos, laktat, aminosyror och ketonkroppar. Infact, förmågan hos att anpassa sin ämnesomsättning till substrattillgänglighetresultat avgörande för deras sammandragningsbalans under olika fysiologiskaoch patofysiologiska förhållanden. Proliferation av fetala kardiomyocyterunder hjärtutvecklingen kännetecknas av höga glykolysnivåer och laktatproduktion. Endast <15% av ATP produceras av fettsyra-oxidationsvägen.

sammanfattning. Kardiomyocyter är huvudansvariga för hjärtatkontraktion. De unika strukturella egenskaper som diskuteras här tillåter dem för specialiserade funktioner. Hjärtfunktionen måste emellertid förstås i sammanhanget avhjärtvävnaden, där andra celltyper och strukturer är viktigaför att få en samordnad hjärtkontraktion som anpassar sig till organets fysiologiskabehov.

för källor och vidare läsning.

denna sammanfattning har varit möjlig tack vare tidigare verk. De viktigaste är Citeras här:

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

2. Delmar M, McKenna WJ. Denhjärtdesmosom och arytmogena kardiomyopatier: från gen till sjukdom. Circ Res. 2010 September 17; 107 (6):700-14.

3. Han är en av de mest kända. Reglering av invasiv tillväxt: liknande epigenetiska mekanismerunderstödja tumörprogression och implantation vid graviditet hos människa. Clin Sci (Lond). 2009 December 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-cell korsningar i hälsa och sjukdom: elektrisk kontra mekaniskkoppling. J Mol Cell Cardiol. 2009Jul; 47 (1): 23-31.

5. Bennett PM, Maggs AM,Baines AJ, Pinder JC. Övergångsförbindelsen: en ny funktionell subcellulärdomän vid den interkalerade skivan. Mol BiolCell. 2006;17:2091–2100.

6. Gutstein DE, Liu FY, Meyers MB, Choo A, Fishman GI (2003) organisationen av adherens korsningar ochdesmosomer vid hjärtinterkalerad skiva är oberoende av gapkorsningar. J Cell Sci. 2003; 116:875–885.

7. Colleen B. Estigoy, Fredrik Pont Jacobn, Jacob Odeberg, Benjamin Herbert, Michael Guilhaus & MichaelCharleston, Joshua W. K. Ho, Darryl Cameron & Cristobal G. dos Remedios. Intercalateddiscs: flera proteiner utför flera funktioner i icke-misslyckande och misslyckande mänskliga hjärtan. Biophys Rev. 2009; 1: 43-49.

8. Ibrahim M, Gorelik J, Yacoub MH, Terracciano CM. Strukturen och funktionen hos hjärt-t-tubuler ihälsa och sjukdom. 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. Mitokondrialdynamik i vuxna kardiomyocyter: vilka roller för en mycket specialiseradcell? Främre Physiol. 2013 Maj10; 4: 102.

10. Hollander JM, Thapa D, herde DL. Fysiologiska och strukturella skillnader i rumsligt särskiljandesubpopulationer av hjärtmitochondria: påverkan av hjärtpatologier. 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