Molekularne mechanizmy miogenicznego różnicowania mysich komórek pluripotencjalnych

Zarodkowe komórki macierzyste (ang. Embryonic stem cells, ESC) wykazują zdolność do samodzielnego odnawiania swojej populacji oraz mogą różnicować w dowolny typu komórek budujących organizm. Większość analiz ESC przeprowadza się indukując ich różnicowanie in vitro. Takie podejście nie odzwierciedla zachowania się komórek in vivo. Ponadto, ogranicza prowadzenie badań do analiz wczesnych faz różnicowania. Modelem pozwalającym na analizę zarówno wczesnych jak i zaawansowanych etapów różnicowania ESC in vivo jest uzyskiwanie guzów zwanych potworniakami. W potworniakach zaobserwowano „pełne” różnicowanie miogeniczne, w tym tworzenie unerwionych, dojrzałych włókien mięśniowych, których nie można otrzymać w warunkach in vitro. Wykorzystując model potworniaków zbadano rolę genu Pax7 podczas wczesnych i zaawansowanych etapów miogenicznego różnicowania ESC in vivo. Pax7 koduje czynnik transkrypcyjny pełniący bardzo ważne funkcje podczas rozwoju ośrodkowego układu nerwowego oraz mięśni szkieletowych. Czynnik ten wpływa na różnicowanie komórek grzebienia nerwowego, koordynuje ekspresje mięśniowych czynników regulatorowych przez co odpowiada za prawidłowy przebieg miogenezy zarodkowej. Ponadto, Pax7 opisywany jest jako marker komórek satelitowych niezbędny do utrzymania ich populacji, a tym samym do prawidłowej regeneracji mięśni szkieletowych. W niniejszej pracy badano różnice w miogenicznym różnicowaniu ESC kontrolnych (Pax7+/+) oraz pozbawionych funkcjonalnego genu Pax7 (Pax7-/-). Analizowano czy brak PAX7 skutkuje zaburzeniami w powstawaniu populacji mioblastów zarodkowych i płodowych, formowaniu różnych typów włókien mięśniowych i ich unerwieniu. Wykazano, że brak funkcjonalnego PAX7 wpływa na przebieg różnicowania miogenicznego. Pod nieobecność PAX7 ekspresja czynników kluczowych dla różnicowania mioblastów płodowych i dojrzewania włókien mięśni szkieletowych była zaburzona. Postulujemy, że PAX7 pośredniczy w przełączaniu miogenezy zarodkowej w płodową. Co więcej, brak funkcjonalnego PAX7 wiązał się z nieprawidłowościami w tworzeniu niszy komórek satelitowych i formowaniu połączeń nerwowo-mięśniowych.

Embryonic stem cells (ESCs) have the ability to self-renew their population and differentiate into any given cell type building mammalian organism. Most ESC analyzes are performed using in vitro differentiation models. Such approaches do not fully reflect the behavior of cells differneitating in vivo. In addition, they limit the research to the early phases of differentiation. The model that allows the analysis of both early and advanced stages of ESC differentiation in vivo is teratoma "produced" from differentiating ESCs. In teratomas “full” myogenic differentiation can be observed, including the formation of innervated mature muscle fibers. Thus, using teratomas we examined the role of PAX7 during early and advanced stages of in vivo myogenic differentiation of ESCs. Pax7 encodes a transcription factor that performs important functions during the development of the central nervous system and skeletal muscles. It also regulates the differentiation of the neural crest cells. Moreover, PAX7 coordinates the expression of muscle regulatory factors and for this reason is responsible for proper embryonic myogenesis. In addition, PAX7 was described as a marker of satellite cells necessary to maintain their population and to secure normal regeneration of skeletal muscles. In this study, we investigated differences during myogenic differentiation of control ESCs (Pax7+/+) and those ones lacking functional Pax7 gene (Pax7-/-). We analyzed the consequences of the lack of PAX7 for the formation of embryonic and fetal myoblast populations, formation of various types of muscle fibers, and their innervation. We proved that in the absence of functional PAX7 „quality” of the myogenic differentiation was affected, i.e. the expression of key factors regulating differentiation of fetal myoblasts and the maturation of skeletal muscle fibers was impaired. We postulate that PAX7 mediates the switch from embryonic to fetal myogenesis. Importantly, the lack of functional Pax7 gene was associated with the incorrect formation of the satellite cell niche and development of neuromuscular junctions.