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Capitolo 1 Muscolo scheletrico e miogenesi CAPITOLO 1 Muscolo scheletrico e miogenesi 1.1 Introduzione Ognuno dei cento tipi differenti di cellule trovati negli organismi pluricellulari deve essere generato nel giusto numero e nella regione appropriata dell‟embrione in via di sviluppo, per poi essere integrato in una struttura costituita da altre cellule per formare tessuti specifici. Le cellule specializzate hanno spesso una morfologia e un‟espressione proteica subordinate alle specifiche funzioni biochimiche svolte dal particolare tipo cellulare cui appartengono. L‟estesa specializzazione cellulare, necessaria durante lo sviluppo delle piante e degli animali, dipende sia dalla quantità sia dalla qualità dell‟espressione genica, ampiamente controllata dai livelli di trascrizione. Un impressionante assortimento di strategie molecolari, alcune analoghe a quelle riscontrate nella specializzazione cellulare dei lieviti, sono state sviluppate per portare a termine i complessi pathway di sviluppo che caratterizzano gli organismi pluricellulari. I biologi molecolari non hanno ancora del tutto compreso quali molecole regolano la specializzazione di ogni singolo tipo cellulare e rendono ogni specie cellulare diversa dalle altre negli organismi pluricellulari. Negli ultimi anni, è stato dimostrato che la famiglia di proteine regolatrici Pax, gioca ruoli analoghi nello sviluppo delle cellule del muscolo scheletrico, di quelle neuronali e forse di altre cellule. Il muscolo scheletrico dei mammiferi, è un sistema favorevole alla ricerca sul ruolo dei fattori trascrizionali che controllano la specializzazione cellulare poiché il suo sviluppo può essere studiato sia in vivo sia in vitro (Lodish et al., 2000). 1.2 Il muscolo scheletrico Il tessuto muscolare striato o scheletrico è uno dei tessuti piu importanti nel nostro corpo. È formato da elementi cellulari lunghi e sottili, polinucleati, dette fibre muscolari striate o fibrocellule (Fig. 1.1), con una lunghezza variabile da 1 mm ad un massimo di 12 cm nel muscolo sartorio, il diametro va da un minimo di 10 µm ad un massimo di 100-105 µm. Si tratta di elementi cellulari derivanti dalla fusione di cellule progenitrici dette mioblasti, da ciò è chiaro come le fibro-cellule siano, in realtà, dei sincizi più che delle cellule. La fibra muscolare scheletrica ha forma vagamente cilindrica, in essa si rilevano numerosi nuclei (anche centinaia) posti a ridosso del sarcolemma (si denomina così la membrana cellulare delle cellule muscolari) e, soprattutto, caratteristica della fibro-cellula scheletrica è la striatura trasversale che appare ben evidente al microscopio ottico. Le fibrille riempiono il citoplasma della fibro-cellula e sono composte dall'associazione di due tipi di filamenti detti filamenti spessi e filamenti sottili: - 12 - I filamenti spessi sono composti prevalentemente dalla proteina miosina che presenta una testa globulare e una coda filamentosa. La miosina polimerizza per formare un filamento spesso, disponendosi con le code che guardano verso il centro e le teste poste all'estremità e sporgenti verso l'esterno, a formare dei ponti trasversali. I ponti trasversali si ripetono periodicamente e flettendosi
Capitolo 1 Muscolo scheletrico e miogenesi prendono parte attiva nella contrazione muscolare generando lo scorrimento reciproco dei filamenti (sottili e spessi). I filamenti sottili sono prevalentemente composti dalla proteina actina che ha struttura globulare ma polimerizza formando complessi di elementi filamentosi che associati ad altre proteine costituiscono i filamenti sottili. Figura 1.1 Struttura della cellula muscolare. La striatura trasversale della fibro-cellula striata è quindi dovuta alla particolare disposizione reciproca dei miofilamenti. Più nello specifico, nelle fibro-cellule striate si osservano delle linee più dense dette linee Z, la porzione di miofibrilla contenuta tra due linee Z è detta sarcomero, presenta un caratteristico bandeggio ed è la struttura elementare che garantisce la contrazione. Lateralmente alla linea Z si trova una banda più chiara che si estende in due sarcomeri contigui ai due lati della linea Z (si è detto, infatti, che una linea Z separa due sarcomeri adiacenti) e che è detta banda I, a causa della linea Z in ogni sarcomero si notano due emibande I, una a ogni estremità. Centralmente alle emibande I è presente la banda A che a sua volta presenta al centro la banda H, solcata nel suo centro, che è poi il centro dell'intero sarcomero, da una linea M. Per chiarire quanto appena detto, analizziamo la struttura di ogni singola banda o linea (Fig 1.2). Linea Z: appare più scura e non è altro che la zona in cui i filamenti sottili di ogni sarcomero s‟interconnettono con quelli del sarcomero contiguo. Ha la funzione di trasferire la forza sviluppata dalla contrazione, che come si è detto è dovuta allo scorrimento reciproco dei filamenti, da un sarcomero all'altro e, di sarcomero in sarcomero, sino all'inserzione scheletrica del muscolo. Banda I: appare più chiara ed è la zona del sarcomero occupata dai filamenti sottili, la sua dimensione si riduce nella contrazione poiché i filamenti sottili scorrono lungo quelli spessi, che sono disposti nella banda A, verso il centro del - 13 -
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