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.