Саркомер. Структурна одиниця міофібрилярного комплексу типових кардіоміоцитів. Аспекти ізометризації в організації саркомера
DOI:
https://doi.org/10.26641/1997-9665.2024.1.83-88Ключові слова:
саркомер, актин і міозин, скорочення, кардіоміоцит, електронна мікроскопія.Анотація
Актуальність. Складність розуміння структури і функції кардіоміоцитів у міокарді є фундаментальною проблематикою у галузі морфології серця. Саркомери основні структурні та функціональні одиниці міофібрил. Розуміння організації та динаміки саркомерів у кардіоміоцитах має вирішальне значення для встановлення механізмів, що є відповідальними за процес формування скоротливої системи кардіоміоцитів. Мета. Основною метою цього дослідження є огляд літературних джерел, які доповнять і розширять істотне уявлення про будову міофібрил і їх компонентів при дослідженні різними методами мікроскопічної техніки. Матеріал. Бази даних огляду літератури, систематичний пошук першоджерел пов’язаних із тематикою дослідження. Методи візуального дослідження компонентів саркомерів та елементів їх організації. Результати. Трансмісійна електронна мікроскопія забезпечує зображення саркомерів з високою роздільною здатністю, які необхідні для детального аналізу їх ультраструктури, зокрема дозволяє візуалізувати такі компоненти саркомерів, як Z-диски, М-лінії, товсті та тонкі філаменти. Морфометричні методи мають вирішальне значення для вивчення ущільнення та орієнтації міофібрил у кардіоміоцитах. Підсумок. Морфометричні методи дають цінну інформацію про структурне ремоделювання міофібрил у відповідь на фізіологічні стимули або патологічні стани. Ці методи необхідні для покращення нашого розуміння механізмів, що лежать в основі скорочення м’язів, і для розробки методів вивчення процесів ремоделювання серцевого м’яза у відповідь на адаптаційну реакцію.
Посилання
Lehman SJ, Crocini C, Leinwand LA. Targeting the sarcomere in inherited cardiomyopathies. Nat Rev Cardiol. 2022;19(6):353-63. doi: 10.1038/s41569-022-00682-0. Epub 2022 Mar 18. PMID: 35304599; PMCID: PMC9119933.
Pettinato AM, Ladha FA, Hinson JT. The Cardiac Sarcomere and Cell Cycle. Curr Cardiol Rep. 2022;24(6):623-30. doi: 10.1007/s11886-022-01682-9. Epub 2022 Apr 5. PMID: 35380383.
Wang Z, Grange M, Wagner T, Kho AL, Gautel M, Raunser S. The molecular basis for sarcomere organization in vertebrate skeletal muscle. Cell. 2021;184(8):2135-50. doi: 10.1016/j.cell.2021.02.047. Epub 2021 Mar 24. PMID: 33765442; PMCID: PMC8054911.
Tsukamoto O. Direct Sarcomere Modulators Are Promising New Treatments for Cardiomyopathies. Int J Mol Sci. 2019;21(1):226. doi: 10.3390/ijms21010226. PMID: 31905684; PMCID: PMC6982115.
Nayak A, Amrute-Nayak M. SUMO system - a key regulator in sarcomere organization. FEBS J. 2020;287(11):2176-90. doi: 10.1111/febs.15263. Epub 2020 Mar 13. PMID: 32096922.
Watkins H. Time to Think Differently About Sarcomere-Negative Hypertrophic Cardiomyopathy. Circulation. 2021;143(25):2415-17. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.121.053527. Epub 2021 Jun 21. PMID: 34152793.
Henderson CA, Gomez CG, Novak SM, Mi-Mi L, Gregorio CC. Overview of the Muscle Cytoskeleton. Compr Physiol. 2017;7(3):891-944. doi: 10.1002/cphy.c160033. PMID: 28640448; PMCID: PMC5890934.
Toepfer CN, Garfinkel AC, Venturini G, Wakimoto H, Repetti G, Alamo L, Sharma A, Agarwal R, Ewoldt JK, Cloonan P, Letendre J, Lun M, Olivotto I, Colan S, Ashley E, Jacoby D, Michels M, Redwood CS, Watkins HC, Day SM, Staples JF, Padrón R, Chopra A, Ho CY, Chen CS, Pereira AC, Seidman JG, Seidman CE. Myosin Sequestration Regulates Sarcomere Function, Cardiomyocyte Energetics, and Metabolism, Informing the Pathogenesis of Hypertrophic Cardiomyopathy. Circulation. 2020;141(10):828-42. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.119.042339. Epub 2020 Jan 27. Erratum in: Circulation. 2020 Mar 10;141(10):e645. PMID: 31983222; PMCID: PMC7077965.
Li J, Sundnes J, Hou Y, Laasmaa M, Ruud M, Unger A, Kolstad TR, Frisk M, Norseng PA, Yang L, Setterberg IE, Alves ES, Kalakoutis M, Sejersted OM, Lanner JT, Linke WA, Lunde IG, de Tombe PP, Louch WE. Stretch Harmonizes Sarcomere Strain Across the Cardiomyocyte. Circ Res. 2023;133(3):255-70. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.123.322588. Epub 2023 Jul 4. PMID: 37401464; PMCID: PMC10355805.
Nguyen PD, Gooijers I, Campostrini G, Verkerk AO, Honkoop H, Bouwman M, de Bakker DEM, Koopmans T, Vink A, Lamers GEM, Shakked A, Mars J, Mulder AA, Chocron S, Bartscherer K, Tzahor E, Mummery CL, de Boer TP, Bellin M, Bakkers J. Interplay between calcium and sarcomeres directs cardiomyocyte maturation during regeneration. Science. 2023;380(6646):758-64. doi: 10.1126/science.abo6718. Epub 2023 May 18. PMID: 37200435.
Pettinato AM, Ladha FA, Hinson JT. The Cardiac Sarcomere and Cell Cycle. Curr Cardiol Rep. 2022;24(6):623-30. doi: 10.1007/s11886-022-01682-9. Epub 2022 Apr 5. PMID: 35380383.
Lookin O, de Tombe P, Boulali N, Gergely C, Cloitre T, Cazorla O. Cardiomyocyte sarcomere length variability: Membrane fluorescence versus second harmonic generation myosin imaging. J Gen Physiol. 2023;155(4):e202213289. doi: 10.1085/jgp.202213289. Epub 2023 Jan 25. PMID: 36695814; PMCID: PMC9930136.
Ahmed RE, Tokuyama T, Anzai T, Chanthra N, Uosaki H. Sarcomere maturation: function acquisition, molecular mechanism, and interplay with other organelles. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2022;377(1864):20210325. doi: 10.1098/rstb.2021.0325. Epub 2022 Oct 3. PMID: 36189811; PMCID: PMC9527934.
Gerdes AM. How to improve the overall quality of cardiac morphometric data. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2015;309(1):9-14. doi: 10.1152/ajpheart.00232.2015. Epub 2015 May 8. PMID: 25957219.
Sjöström M, Angquist KA, Bylund AC, Fridén J, Gustavsson L, Scherstén T. Morphometric analyses of human muscle fiber types. Muscle Nerve. 1982;5(7):538-53. doi: 10.1002/mus.880050708. PMID: 6292711.
Cury DP, Dias FJ, Sosthenes MC, Dos Santos Haemmerle CA, Ogawa K, Da Silva MC, Mardegan Issa JP, Iyomasa MM, Watanabe IS. Morphometric, quantitative, and three-dimensional analysis of the heart muscle fibers of old rats: transmission electron microscopy and high-resolution scanning electron microscopy methods. Microsc Res Tech. 2013;76(2):184-95. doi: 10.1002/jemt.22151. Epub 2012 Nov 24. PMID: 23180425.
Fanin M, Nascimbeni AC, Angelini C. Muscle atrophy in Limb Girdle Muscular Dystrophy 2A: a morphometric and molecular study. Neuropathol Appl Neurobiol. 2013;39(7):762-71. doi: 10.1111/nan.12034. PMID: 23414389.
Squire J. Special Issue: The Actin-Myosin Interaction in Muscle: Background and Overview. Int J Mol Sci. 2019;20(22):5715. doi: 10.3390/ijms20225715. PMID: 31739584; PMCID: PMC6887992.
Dittloff KT, Spanghero E, Solís C, Banach K, Russell B. Transthyretin deposition alters cardiomyocyte sarcomeric architecture, calcium transients, and contractile force. Physiol Rep. 2022;10(5):15207. doi: 10.14814/phy2.15207. PMID: 35262277; PMCID: PMC8906053.
Pasqualin C, Gannier F, Yu A, Malécot CO, Bredeloux P, Maupoil V. SarConfoCal: simultaneous sarcomere length and cytoplasmic calcium measurements for laser scanning confocal microscopy images. Bioinformatics. 2017;33(5):789-90. doi: 10.1093/bioinformatics/btw754. PMID: 28011776.
Wang J, Fan Y, Sanger JM, Sanger JW. Nonmuscle myosin II in cardiac and skeletal muscle cells. Cytoskeleton (Hoboken). 2018;75(8):339-51. doi: 10.1002/cm.21454. PMID: 29781105; PMCID: PMC6249054.
Nicolas JD, Bernhardt M, Schlick SF, Tiburcy M, Zimmermann WH, Khan A, Markus A, Alves F, Toischer K, Salditt T. X-ray diffraction imaging of cardiac cells and tissue. Prog Biophys Mol Biol. 2019;144:151-65. doi: 10.1016/j.pbiomolbio.2018.05.012. Epub 2018 Jun 18. PMID: 29914693.
Usukura E, Narita A, Yagi A, Sakai N, Uekusa Y, Imaoka Y, Ito S, Usukura J. A Cryosectioning Technique for the Observation of Intracellular Structures and Immunocytochemistry of Tissues in Atomic Force Microscopy (AFM). Sci Rep. 2017;7(1):6462. doi: 10.1038/s41598-017-06942-1. PMID: 28743939; PMCID: PMC5526917.
Camors EM, Roth AH, Alef JR, Sullivan RD, Johnson JN, Purevjav E, Towbin JA. Progressive Reduction in Right Ventricular Contractile Function Attributable to Altered Actin Expression in an Aging Mouse Model of Arrhythmogenic Cardiomyopathy. Circulation. 2022;145(21):1609-24. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.120.049261. Epub 2022 Apr 19. PMID: 35437032; PMCID: PMC9133220.
Bradshaw M, Paul DM. After the revolution: how is Cryo-EM contributing to muscle research? J Muscle Res Cell Motil. 2019;40(2):93-98. doi: 10.1007/s10974-019-09537-7. Epub 2019 Jul 13. PMID: 31302812; PMCID: PMC6726666.
Dadson K, Hauck L, Billia F. Molecular mechanisms in cardiomyopathy. Clin Sci (Lond). 2017;131(13):1375-92. doi: 10.1042/CS20160170. PMID: 28645928.
Mouton J, Loos B, Moolman-Smook JC, Kinnear CJ. Ascribing novel functions to the sarcomeric protein, myosin binding protein H (MyBPH) in cardiac sarcomere contraction. Exp Cell Res. 2015;331(2):338-51. doi: 10.1016/j.yexcr.2014.11.006. Epub 2014 Nov 18. PMID: 25449695.
Poole DC, Batra S, Mathieu-Costello O, Rakusan K. Capillary geometrical changes with fiber shortening in rat myocardium. Circ Res. 1992;70(4):697-706. doi: 10.1161/01.res.70.4.697. PMID: 1551196.
Cury DP, Dias FJ, Sosthenes MC, Dos Santos Haemmerle CA, Ogawa K, Da Silva MC, Mardegan Issa JP, Iyomasa MM, Watanabe IS. Morphometric, quantitative, and three-dimensional analysis of the heart muscle fibers of old rats: transmission electron microscopy and high-resolution scanning electron microscopy methods. Microsc Res Tech. 2013;76(2):184-95. doi: 10.1002/jemt.22151. Epub 2012 Nov 24. PMID: 23180425.
Telley IA, Denoth J. Sarcomere dynamics during muscular contraction and their implications to muscle function. J Muscle Res Cell Motil. 2007;28(1):89-104. doi: 10.1007/s10974-007-9107-8. Epub 2007 May 26. PMID: 17530424.
Burbaum L, Schneider J, Scholze S, Böttcher RT, Baumeister W, Schwille P, Plitzko JM, Jasnin M. Molecular-scale visualization of sarcomere contraction within native cardiomyocytes. Nat Commun. 2021;12(1):4086. doi: 10.1038/s41467-021-24049-0. PMID: 34215727; PMCID: PMC8253822.
Lange S, Pinotsis N, Agarkova I, Ehler E. The M-band: The underestimated part of the sarcomere. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res. 2020;1867(3):118440. doi: 10.1016/j.bbamcr.2019.02.003. Epub 2019 Feb 7. PMID: 30738787; PMCID: PMC7023976.
De Souza Leite F, Rassier DE. Sarcomere Length Nonuniformity and Force Regulation in Myofibrils and Sarcomeres. Biophys J. 2020;119(12):2372-7. doi: 10.1016/j.bpj.2020.11.005. Epub 2020 Nov 18. PMID: 33217382; PMCID: PMC7822744.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно поширювати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис до редакції журналу «Morphologia», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції матеріалу, в тому числі таких об'єктів, що охороняються авторським правом, як фотографії автора, малюнки, схеми, таблиці і т.п.), в тому числі на відтворення в пресі і в мережі Інтернет; на поширення; на переклад рукопису на будь-які мови; експорту та імпорту примірників журналу зі статтею Авторів з метою поширення, доведення до загального відома. Зазначені вище права Автори передають Редакції без обмеження терміну їх дії і на території всіх країн світу без обмеження.
Автори гарантують, що вони мають виняткові права на використання матеріалів, переданих до редакції. Редактори не несуть відповідальності перед третіми особами за порушення гарантії, надані авторами. Розглянуті права передаються до редакції з моменту підписання поточної публікації для публікації. Відтворення матеріалів, опублікованих в журналі іншими особами та юридичними особами, можливе лише за згодою редакції, з обов'язковим зазначенням повної бібліографічного посилання первинної публікації. Автори залишають за собою право використовувати опублікований матеріал, його фрагменти і частини для навчальних матеріалів, усні презентації, підготовку дисертації дисертації з обов'язковою бібліографічною посиланням на оригінальну роботу. Електронна копія опублікованій статті, що завантажується з офіційного веб-сайту журналу в форматі .pdf, може бути розміщена авторами на офіційному веб-сайті їх установ, будь-яких інших офіційних ресурсах з відкритим доступом.
