Wpływ zmian ekspresji białek adhezyjnych na różnicowanie mioblastów i zarodkowych komórek macierzystych

Białka adhezyjne są kluczowe dla oddziaływań między komórkami oraz fuzji błon różnicujących mioblastów, umożliwiając tworzenie miotub i włókien mięśniowych. Białka te są także receptorami dla czynników wzrostu czy cytokin, które wpływają na różnicowanie mioblastów powstałych z miogenicznych komórek prekursorowych (MPC). Umożliwiając kontakt między mioblastami a macierzą zewnątrzkomórkową pośredniczą w przekazywaniu sygnałów promujących lub hamujących różnicowanie. Do najważniejszych białek adhezyjnych zaangażowanych w różnicowanie i fuzję mioblastów zaliczamy integryny alfa3 i beta1, metaloproteinazy błonowe ADAM, tetraspaniny CD9 i CD81, M-kadherynę i VCAM-1. Wiadomo, również że takie białka adhezyjne jak integryna beta1, tetraspanina CD9 czy E-kadheryna odgrywają rolę w różnicowaniu zarodkowych komórek macierzystych (komórek ES). Zmiany ekspresji białek adhezyjnych wpływają na los komórek ES, warunkując czy pozostaną one niezróżnicowane czy też będą różnicować, np. w kardiomiocyty czy neurony. Dlatego też manipulowanie poziomem ekspresji białek adhezyjnych może okazać się kluczowe dla efektywnego uzyskiwania z komórek ES wybranego rodzaju komórek, np. mioblastów mięśni szkieletowych. Celem pracy było określenie roli białek adhezyjnych, takich jak integryna alfa3 i tetraspanina CD9, w fuzji i różnicowaniu mioblastów i komórek ES oraz odpowiedź na pytanie w jaki sposób czynniki wzrostu i cytokiny, takie jak IGF-1 i IL-2, wpływają na różnicowanie. Podczas przeprowadzonych doświadczeń ustalono, że w komórkach MPC szczura wyciszenie ekspresji mRNA kodującego integrynę alfa3 prowadzi do zahamowania ich fuzji. Także w przypadku mioblastów C2C12 spadek ekspresji integryny alfa3 obniżał ich zdolność do fuzji. Ekspresja transkryptów kodujących inne kluczowe dla różnicowania białka adhezyjne nie zmieniała się. Pozwoliło to wysunąć wniosek, że integryna alfa3 jest jednym z ważniejszych elementów kompleksów białek adhezyjnych uczestniczących w fuzji mioblastów. Ponadto udokumentowano, że IGF-1 i IL-2 stymulują fuzję mioblastów C2C12 i MPC. IL-2 zwiększała w tych komórkach ekspresję transkryptu kodującego tetraspaninę CD9. Wykazano, że IGF-1 i IL-2 mogą także promować różnicowanie komórek ES. Co istotne, traktowanie tych komórek zarówno IGF-1 jak i IL-2 zwiększało ich zdolność do fuzji z mioblastami C2C12. Podobnie jak w przypadku mioblastów także w różnicujących pod wpływem IL-2 komórkach ES zaobserwowano wzrost ekspresji tetraspaniny CD9. Mogło to mieć związek ze zwiększeniem zdolności tych komórek do fuzji z mioblastami. Podczas dalszych badań uzyskano komórki ES, w których doprowadzono do nadekspresji transktyptu kodującego integrynę alfa3. W przyszłości komórki te mogą stać się dobrym narzędziem do analiz wpływu białek adhezyjnych na miogeniczne różnicowanie komórek ES.

Adhesion proteins are crucial for establishing contact between myoblasts, their fusion, and myotube as well as muscle fiber formation. Those proteins serve also as a growth factor and cytokine receptors that regulate differentiation of myogenic precursor cells (MPCs). Thus, adhesion proteins enable contact between MPC-derived myoblasts and extracelullar matrix allowing or inhibiting myoblast differentiation. Among those proteins are integrins alpha3 and beta1, ADAMs, tetraspanins CD9 and CD81, M-cadherin as well as VCAM-1. Adhesion proteins such as integrin beta1 or E-cadherin also regulate differentiation of embryonic stem (ES) cells. For this reason changes in expression of adhesion proteins can impact at ES cell differentation. Therefore, manipulation of adhesion protein expression may be used to improve differentiation of ES cells into desired type of cells, e.g. skeletal myoblasts. The purpose of this study was to determine the role of adhesion proteins, such as integrin alpha3 or tetraspanin CD9, in myoblast fusion and also in ES cell differentiation. Next, we aimed to determine how growth factors and cytokines, such as IGF-1 and IL-2, impact at this processes. This study revealed that silencing of integrin alpha3 expression in rette MPCs inhibits their fusion. The same result was obtained in case of murine C2C12 myoblasts. Expression of mRNAs encoding other adhesion proteins crucial for myoblast differentiation remained unchanged suggesting that integrin alpha3 is one of the most important elements of protein complexes participating in myoblast fusion. Moreover, it was documented that IGF-1 and IL-2 stimulate C2C12 and MPC fusion. IL-2 increased expression of transcript encoding CD9 in those cells. IGF-1 and IL-2 also stimulated differentiation of ES cells. Importantly, IGF-1 and IL-2 increased ES cell ability to fuse with C2C12 myoblasts. Similarly to myoblasts also in ES cells IL-2 stimulated expression of tetraspanin CD9 what might cause the increased ability of those cells to fuse with myoblasts. During further studies we obtained ES cells characterized by the increased expression of transcript encoding integrin alpha3. In the future those cells may serve as a valuable tool to analyze the influence of adhesion proteins on myogenic differentiation of ES cells.