Autoreferat rozprawy doktorskiej - Wydział Biologii UW
Transkrypt
Autoreferat rozprawy doktorskiej - Wydział Biologii UW
Autoreferat rozprawy doktorskiej Karolina Archacka : „Ocena potencjału miogenicznego wybranych typów komórek macierzystych w warunkach in vitro oraz in vivo”. Praca doktorska wykonana pod kierunkiem prof. dr. hab. Jerzego Moraczewskiego w Zakładzie Cytologii Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego RECENZENCI: Prof. dr hab. Grażyna Korczak-Kowalska- Zakład Immunologii, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski Dr hab. Jarosław Czyż – Zakład Biologii Komórki, Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii, Uniwersytet Jagiellooski Mięśnie szkieletowe są zdolne do regeneracji w odpowiedzi na uszkodzenie w wyniku urazu mechanicznego, termicznego lub rozwoju choroby. Główną rolę w tym procesie odgrywają komórki macierzyste mięśni szkieletowych, komórki satelitowe. Są one zdolne do samoodnawiania własnej populacji, jak i przekształcenia w mioblasty, komórki mięśniowe, które ulegają zróżnicowaniu i fuzji. W wyniku fuzji mioblastów powstają wielojądrowe miotuby, a następnie włókna mięśniowe. Dzięki zdolności komórek satelitowych do odtwarzania własnej populacji w przypadku kolejnego uszkodzenia mięśnia możliwa będzie jego ponowna regeneracja. Jeżeli kolejne rundy regeneracji następują jedna po drugiej, populacja komórek satelitowych ulega jednak szybkiemu wyczerpaniu, co prowadzi do zaburzeo w regeneracji mięśnia, a następnie jego degeneracji i zaniku. Zjawisko takie obserwowane jest w przypadku takich chorób mięśni szkieletowych, jak rdzeniowy zanik mięśni lub dystrofie mięśniowe, które pozostają do chwili obecnej nieuleczalne. W ostatnich latach duże nadzieje wiąże się z możliwością wykorzystania komórek macierzystych w terapii chorób mięśni szkieletowych. Komórki macierzyste są obecne w organizmie na różnych stadiach jego rozwoju i charakteryzują się zdolnością do samoodnawiania oraz różnicowania w wyspecjalizowane komórki tkanek. Komórki macierzyste pochodzenia zarodkowego i płodowego mają zwykle większy potencjał do różnicowania niż komórki macierzyste obecne w dorosłych osobnikach. Możliwośd wykorzystania komórek macierzystych w terapii chorób mięśni szkieletowych musi byd poprzedzona precyzyjną analizą ich właściwości, a szczególnie określeniem ich potencjału miogenicznego, czyli zdolności do różnicowania w funkcjonalne komórki i włókna mięśniowe. Celem zrealizowanej przeze mnie pracy doktorskiej była ocena potencjału miogenicznego dwóch rodzajów komórek macierzystych – mysich zarodkowych komórek macierzystych (komórek mES) oraz komórek izolowanych z płynu owodniowego myszy (komórki mAF). Projekt doktorski składał się z trzech etapów badao mających na celu sprawdzenie, czy badane komórki: (1) syntetyzują czynniki charakterystyczne dla komórek mięśniowych; (2) są zdolne do podjęcia różnicowania mięśniowego in vitro; (3) in vivo biorą udział w procesach wzrostu i regeneracji mięśni szkieletowych myszy. W doświadczeniach in vitro komórki macierzyste były hodowane w pożywkach stosowanych standardowo do hodowli komórek mięśniowych, poddawane były działaniu czynnika hemimetylującego, 5-azacytydyny lub jej pochodnej – 5-azadeoksycytydyny, a także hodowane były w obecności różnicujących się mioblastów. Przeprowadzona analiza miała na celu określenie zmian zachodzących w komórkach macierzystych pod wpływem czynników obecnych w środowisku hodowlanym, przede wszystkim zbadaniu ekspresji mięśniowych czynników transkrypcyjnych oraz zdolności komórek macierzystych do fuzji i formowania miotub. Doświadczenia in vivo skoncentrowane były na kompleksowej ocenie skutków transplantacji komórek macierzystych do rosnących lub regenerujących mięśni szkieletowych myszy, a szczególnie ich zdolności do utworzenia funkcjonalnych komórek lub włókien mięśniowych w odpowiedzi na sygnały wydzielane w takim środowisku. Doświadczenia zrealizowane na kolejnych etapach badao wykazały, że: (1) niezróżnicowane komórki mES i mAF nie syntetyzują czynników charakterystycznych dla komórek mięśniowych; (2) pod wpływem czynnika hemimetylującego częśd komórek rozpoczyna syntezę mięśniowego czynnika transkrypcyjnego MyoD, ale komórki te nie wykazują zdolności do fuzji i utworzenia miotub; (3) komórki mES hodowane w obecności różnicujących mioblastów biorą udział w formowaniu miotub; (4) w jądrach pochodzących od komórek mES, które uległy fuzji z mioblastami nie występują czynniki charakterystyczne dla niezróżnicowanych komórek mES, takie jak Oct-4, natomiast obecne są niektóre z mięśniowych czynników transkrypcyjnych – MyoD, Myf-5 i miogenina; (5) transplantacja komórek mES i mAF do uszkodzonego mięśnia szkieletowego nasila rozwój stanu zapalnego i zwłóknienia w mięśniu, co zaburza jego regenerację; (6) obecnośd komórek mES lub mAF w rosnącym mięśniu szkieletowym prowadzi do zaburzenia jego struktury; (7) badane komórki nie są zdolne do zasiedlenia niszy komórek satelitowych, odgrywających kluczową rolę w procesach wzrostu i regeneracji mięśni szkieletowych. Podsumowując, w opisanych warunkach in vitro i in vivo komórki mES i mAFS nie są zdolne do utworzenia funkcjonalnych komórek ani włókien mięśniowych. Niski potencjał miogeniczny tych komórek, a także niepożądane efekty zaobserwowane po ich transplantacji do rosnących lub regenerujących mięśni szkieletowych przeczą hipotezie, że komórki te mogą stanowid cenne źródło komórek do przeszczepu w celu poprawy funkcjonowania mięśni szkieletowych.