Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A vázizom regenerációja és transzdifferenciáló-dása Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 Dr. Balogh Péter és Dr. Engelmann Péter Transzdifferenciáció és regeneratív medicina – 7. előadás A vázizom regenerációja és transzdifferenciáló-dása

Vázizomzat regenerációját igénylő kórfolyamatok Kiterjedt izomkárosodással járó sérülés Öröklődő megbetegedések – Duchenne izomdisztrófia (DMD): A disztrofin gén X-kromoszómához kötött mutációja 1:3500 fiú gyakoriság Disztrofin génje a legnagyobb ismert emlős gén (2.4 Mb) A betegség lefolyása: A DMD pácienseket gyermekkorban diagnosztizálják. A súlyosbodó izomgyengeség a végtagizmokat, rekeszt és a szívizmot érinti, ami keringési-légzési elégtelenségen keresztül vezet a betegek halálához a 20-30 éves életkor elején.

Az izom-regeneráció kísérletes modelljei Mdx egér: a disztrofin gén spontán mutációja (különböző beltenyészetekben eltérő súlyossággal) Disztrofin/utrofin kettősen mutáns egér Kutyák X-kromoszómához kapcsolt izomdisztrófiája (a legjobb DMD modell, de a fenotípus változékony lehet).

A vázizom embrionális kialakulása DT NT Myf5 DT MT Pax3/ Pax7 SC SC VLL MyoD Limb NC Pax3 Myf5 Myf6 Bmp4 Nog Nog MyoD Wnt11 Myf5 Wnt1/3 Myogenezis Myogn Myf6, MyoD Pax3 Shh Wnt7a MyoD

A miogén differenciálódás transzkripcionális szabályozása Izomszál magja Sérülés Fúzió Differenciáció Érés Szatellita sejt (nyugvó) Szatellita sejtek osztódása és önmegújítása Regenerálódó izomszál magja Szatellita sejt (nyugvó) Nyugalmi állapot Aktiváció/Proliferáció Differenciáció Miogén őssejt (MSC) Miogén progenitor sejt (MPC) Mioblaszt Izomcső „Transit Amplifying” sejt Cd34 Cdh15 Foxk1 Met Pax3 Pax7 Sox8 Sdc4 Sox15 Vcam1 Myf5 Myf6 MyoD Des Myog

Az izom regeneráció sejtes forrásai Szatellita sejtek és prekurzoraik Az embrionális végtagokhoz kapcsolódó endotél sejtek Mezangioblasztok Csontvelő-eredetű őssejtek A vázizom oldal populációban (SP) megjelenő progenitor sejtek Mdr-dependens pumpa révén a Hoechst 33342 hatékony kiválasztása a sejtekből

Az izom-regeneráció szövet-forrásai Intersticiális sejtek Szatellita sejt Ér-előalakok Izomszál magja Csontvelői sejtek

Izom őssejtek – szatellita sejtek A szatellita sejtek szorosan az izomszálakhoz kapcsolódva az izom lamina basalis alatt helyezkednek el. Egy izomszálhoz kapcsolódó sejtmaggal rendelkező sejtek 2–7%-a. Heterogén összetétel: fúzionáló/nem fúzionáló alcsoportok Ontogenezis: szomitákból és perivaszkuláris sejtekből származnak a Pax3/Pax7 faktorok hatására Sejtfelszíni markerek: Egér: M-cadherin, CD34, VCAM, CD56, c-met (HGF-receptor) Ember: CD56

A vázizomzat struktúrája és regenerációja Nyugvó SC Pax7+ Izomszál Hemopoietikus sejtek Aktiváció Visszatérés nyugalmi állapotba Aktivált SC Pax7+ Myf5+MyoD+ Lamina basalis Pericita Asszimmetrikus osztódás Szatellita sejt (SC) Mioblaszt Pax7- Myf5+MyoD+ Endotélsejt Izomsejt-mag Szimmetrikus osztódás Intersticiális sejt Fúzió és differenciáció Arteriola és kapillárisok Izomrost Miocita MyoD+

Az izom helyreállítás kinetikája Érés Differenciálódás Proliferáció Aktiváció 1 2 5 10 14 Sérülés utáni napok

A Duchenne-féle izomdisztrófia regeneratív kezelésének nehézségei Immunszuppresszió szükséges Az immunszuppresszív szerek további izom- károsodást okoznak Rövid mioblaszt vándorlási távolság miatt nagymennyiségű oltásra van szükség– 100 injekció/cm2 (összesen kb. 4000 injekció egy betegbe!)

Nem-SC sejtek szerepe az izom-regenerációban Periciták Mioendotel sejtek EPCs MSCs Bőr vagy egyéb szövet Erek Újraprogramozás Hemopoetikus őssejtek Side population CD133+ őssejtek Vér iPS sejtek SCs és alcsoportjaik MDSCs CD133+ őssejtek Vázizom Jellemzők Mezenhimális differenciáció Hemopoetikus őssejtek Side population Mezenhimális őssejtek Csontvelő Zsírszövet eredetű őssejtek MyoD-konvertált sejtek Egyéb források Tenyésztés Autológ transzplantáció (genetikai korrekció után) Elköteleződés (ha szükséges) Allogén transzplantáció

Összefoglalás A vázizom regenerálódásában a szatellita sejtek játszanak elsődleges szerepet, de egyéb eredetű (embrionális és nem- embrionális) szintén elősegíthetik a folyamatot. Az izom-regeneráció több folyamatból áll, melyek elsősorban (a) az érpályák helyreállítása, (b) izom-őssejtek differenciálódása és (c) egyéb sejtek lehetséges transzdifferenciálódása eseményeken keresztül járulnak hozzá a regenerációhoz.