RICERCA ITALIANA     

Meccanismi molecolari della rigenerazione dei muscoli scheletrici: Ruolo della proteina S100B e della coppia HMGB1/RAGE

Università degli Studi di Perugia

Abstract

Il mantenimento di una muscolatura funzionante dipende dall’abilità del tessuto muscolare scheletrico di rigenerare. In seguito a danno, il tessuto muscolare comincia un rapido ed esteso processo di riparazione che previene la perdita di massa muscolare. Tale attività riparatrice richiede l’attivazione delle cellule muscolari satellite (SC), che proliferano, si differenziano e si fondono per formare nuove miofibre e ricostituire un apparato contrattile funzionante. Le SC sono cellule mononucleate quiescenti che condividono la membrana basale con le miofibre. L’attivazione delle SC (ossia, la loro transizione dallo stato di quiescenza a quello di proliferazione) è innescato dal fattore di crescita epatico [HGF] e, possibilmente, da altri fattori, liberati dalla miofibra danneggiata. Alcuni fattori extracellulari (ad es., l’insulina, i fattori di crescita insulino-simili) partecipano alla rigenerazione muscolare stimolando la proliferazione delle SC e la formazione di miotubi (sincizi multinucleati che si formano per fusione di miociti mononucleate e che successivamente assemblano le miofibrille al loro interno). Al contrario, altri fattori inibiscono questo processo stimolando cronicamente (e.g. HGF, basic fibroblast growth factor [bFGF], leukaemia inhibitory factor, citochine) oppure inibendo (miostatina, transforming growth factor [TGF]-beta) la proliferazione delle SC. Analogamente, l’espressione e l’attivazione di recettori di superficie e di molecole di adesione sono >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Rosario Francesco Donato Università degli Studi di PERUGIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Scopo 1
Ipotizziamo che: 1) mentre le miofibre normali adulte non esprimono RAGE (3), le miofibre distrofiche lo esprimono, e che le cellule satellite (SC) non esprimono RAGE nel tessuto muscolare normale, ma RAGE è indotto a seguito di attivazioni delle SC; 2) RAGE è riespresso in SC/miofibre di muscoli danneggiati con cardiotossina; 3) la somministrazione di HMGB1 (un ligando di RAGE) a SC emigrate da miofibre isolate da muscolo topo normale e topo mdx (dystrophin-null) causa accelerazione del differenziamento e della fusione delle SC in miotubi; 5) RAGE regola negativamente l’espressione di Pax7, un fattore di trascrizione implicato sia nel mantenimento dello stato quiescente delle SC sia nella loro proliferazione; 6) lo sviluppo muscolare di topi RAGE-null è ritardato rispetto ai topi normali; 7) la rigenerazione muscolare di topi RAGE-null è ritardata rispetto al controllo; 8) SC isolate da topi RAGE-null e SC nelle miofibre isolate da topi RAGE-null hanno una ridotta abilità a differenziare; 9) tuttavia, la trasfezione con RAGE di SC da topi RAGE-null recupera il difetto differenziativo.

Scopo 2.
Ipotizziamo che: 1) la S100B attiva i mioblasti C2C12 ed i mioblasti primari quiescenti così come le SC nelle miofibre isolate stimolandone l’emigrazione e la proliferazione; 2) tuttavia, un lungo trattamento con S100B interferisce con il differenziamento delle SC a causa dello stimolo cronico a proliferare esercitato dalla S100B; 3) l’iniezione di >>>

Risultati parziali attesi

Nel corso del primo anno condurremo le seguenti analisi e ci aspettiamo di ottenere i seguenti risultati:

Analisi.
1) Analisi dell’espressione di RAGE e di HMGB1 in muscoli da topi distrofici (mdx) e muscoli di topo normale danneggiati con cardiotossina; 2) pattern di espressione di RAGE e di HMGB1 nel corso della rigenerazione dopo danno con cardiotossina; 3) analisi dello sviluppo e della rigenerazione muscolari di topi RAGE-null; 4) effetti di HMGB1/RAGE sull’espressione di Pax7 in mioblasti C2C12 in relazione allo stato di quiescenza, alla proliferazione ed al differenziamento; 5) identificazione del recettore(i) che trasduce gli effetti della S100B su mioblasti C2C12 e primari; 6) effetti della S100B sull’attivazione di mioblasti C2C12 e primari quiescenti; 7) effetti della S100B sull’attivazione delle cellule satelliti in vivo.

Risultati attesi.
1) Mentre le miofibre normali adulte non esprimono RAGE (14), le miofibre distrofiche lo esprimono, e le cellule satellite (SC) non esprimono RAGE nel tessuto muscolare normale, ma RAGE è indotto a seguito di attivazioni delle SC; 2) RAGE è riespresso in SC/miofibre di muscoli danneggiati con cardiotossina; 3) i livelli di espressione di HMGB1 nelle cellule satelliti aumentano in muscoli danneggiati; 4) i livelli di espressione di HMGB1 e di RAGE aumentati a seguito di danno muscolare si riducono nel corso della rigenerazione; 5) i topi RAGE-null mostrano ritardo nello sviluppo e >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La miogenesi è un processo multistadio in cui i mioblasti cessano di proliferare, esprimono geni responsabili del differenziamento e fondono per formare i miotubi cha infine assemblano le miofibrille (1). Fattori extracellulari regolano la miogenesi in maniera endocrina, paracrina ed autocrina interagendo con recettori di superficie ed innescando specifiche risposte biochimiche. Il mantenimento di una muscolatura funzionante è assicurato dalla capacità rigenerativa. In seguito a danno, il muscolo scheletrico comincia un rapido ed esteso processo di riparazione che previene la perdita di massa muscolare (1). Tale attività dipende dall’attivazione di cellule satelliti muscolari (SC) che proliferano, differenziano e fondono, portando così alla formazione di nuove miofibre ed alla ricostituzione di un apparato contrattile funzionante. L’attivazione delle SC somiglia alla miogenesi embrionale in molti aspetti, inclusa l’induzione de novo di fattori regolatori miogenetici (1). Alcuni fattori extracellulari partecipano all’attivazione delle SC promuovendo la formazione di miotubi, mentre altri fattori inibiscono questo processo, e parecchie vie di segnalazione trasducono gli effetti di questi agenti nelle SC (1-6). Recettori di superficie della superfamiglia delle immunoglobuline regolano lo sviluppo muscolare (7), ed altri fattori sono verosimilmente implicati nella rigenerazione muscolare. L’identificazione di tali fattori e del meccanismo molecolare e delle conseguenze della >>>