Cellula muscolare scheletrica

Cellula muscolare

Tipi di cellule muscolari

La cellula muscolare origina a livello embrionale. Le cellule muscolari del nostro corpo sono di quattro tipi:

• Striata scheletrica: Costituisce i muscoli scheletrici associati allo scheletro, e assieme costituiscono l'apparato locomotore.
• Striate cardiache: Costituiscono il cuore e precisamente si chiamano cardiomiociti.
• Lisce: Sono cellule che costituiscono i muscoli lisci (involontari), che permettono i movimenti peristaltici degli organi interni.
• Mio-epiteliale: Non costituisce i muscoli, infatti è una cellula epiteliale (sia della cute che degli organi interni) che in particolari momenti della vita di un individuo si trasforma in una cellula con caratteristiche molto simili alle cellule muscolari, acquistando la capacità di fare contrazione. Una volta cessata la necessità di esplicare questa determinata funzione ritorna nelle condizioni iniziali.

Origine embrionale

La cellula muscolare prende origine durante la vita embrionale, che comincia nel momento in cui si forma lo zigote. Lo zigote è un gamete femminile fecondato da un gamete maschile, che unisce dentro di sé il DNA di entrambi gli individui. Lo zigote è la cellula più indifferenziata di un organismo vivente ("altamente" non specializzata) e porta con sé la potenzialità di diventare un qualsiasi tipo di cellula del nostro organismo (totipotente).

Lo zigote non si può definire però una cellula staminale, questo perché per essere definita tale deve: dividersi per mitosi, originare due cellule e soprattutto deve avere una delle due figlie, uguale alla cellula madre. Dallo zigote invece si formano due cellule figlie diverse. Lo zigote si divide con la prima mitosi e dà origine a due cellule, e questa divisione avviene in 30 minuti dalla formazione dello zigote. Le due cellule figlie dopo mezz'ora si dividono ancora. Queste divisioni sono riduzionali perché il volume dello zigote si divide sempre.

Quando poi si arriva allo stadio di otto cellule, queste non sono più totipotenti, se pur in grado di creare un nuovo individuo. Queste otto cellule sono cellule staminali embrionali, le quali si divideranno ulteriormente dando origine a 16 cellule. Questo stadio prende il nome di morula. Da sedici si divideranno ancora diventando 32. Una volta ottenute queste 32 cellule prende il nome di blastocisti. Le cellule continuano a dividersi per mitosi.

La blastocisti acquista una struttura molto particolare, questo perché è delimitata da alcune cellule che la compongono, le quali formano un tessuto esterno chiamato trofectoderma al cui interno c'è uno spazio chiamato blastocele, al cui interno ci sono la maggior parte delle cellule della blastocisti. Le cellule interne alla blastocisti non sono più totipotenti, ma pluripotenti, ossia che sono più specializzate (darebbero origine al nostro individuo, ma non darebbero origine agli annessi embrionali come la placenta). Le cellule interne formano tutto l'individuo, ma non lo corredano di tutti quei tessuti per il suo sostentamento.

A partire dallo zigote arrivando alla blastocisti si ha un processo di specializzazione cellulare. Le cellule della blastocisti si specializzano ulteriormente attraverso un processo chiamato gastrulazione, in cui le cellule iniziano a staccarsi e a muoversi all'interno del blastocele, andando a formare tre strati diversi. Questi tre strati sono fondamentali, e si chiamano foglietti embrionali:

• Quello più esterno è chiamato ectoderma.
• Quello di mezzo è chiamato mesoderma.
• Quello più interno è chiamato endoderma.

Foglietti embrionali

I tre foglietti sono formati da cellule che hanno perso parte della loro potenzialità, e quindi non sono più cellule pluripotenti, bensì multipotenti, ossia che potranno dare origine solo a:

• Ectoderma: Epiteli di rivestimento (pelle) e neuroni. La cellula è detta "committed" ossia che ormai non si può più cambiare il suo destino.
• Mesoderma: Cellule del sangue, cellule dei muscoli scheletrici, cellule dei muscoli lisci, cellule del muscolo cardiaco, cellule renali, cellule dell'osso e cellule del derma sottostante all'epitelio. Questi tessuti sono tutti definiti come connettivi. Anche queste cellule sono committed.
• Endoderma: Dà origine a tutti gli organi interni del corpo (pancreas, tiroide, polmoni ecc).

Le cellule dei tre foglietti embrionali sono committed. Tutto questo avviene fino alla terza settimana di vita uterina.

Fattori di crescita e formazione dei muscoli

Fuori dalle cellule del mesoderma ci sono dei fattori di crescita che le spingeranno a diventare muscolo scheletrico, liscio, cardiaco o derma. Il fattore di crescita del muscolo liscio sarà diverso da quello del muscolo scheletrico. Le cellule del mesoderma si devono organizzare per far sì che un gruppo di cellule sia soggetto a un fattore di crescita, mentre un altro gruppo sarà soggetto a un altro fattore di crescita. La formazione di queste strutture/gruppi dà vita ai somiti, ossia dei gruppi di cellule sferiche che si mettono a destra o a sinistra di una struttura centrale chiamata tubo neurale e successivamente notocorda, da cui si formerà la spina dorsale.

Le cellule somitiche cominciano a dividersi per mitosi, e per farlo hanno bisogno di fattori di crescita (EGF, FGF) che hanno il compito di indurre le cellule somitiche a proliferare. Lo fanno attivando un meccanismo chiamato trasduzione di segnale.

La trasduzione di segnale: La cellula mette sulla membrana una proteina che è in grado di legare il fattore di crescita che sta fuori. Il fattore di crescita viene legato ma non può entrare dato che è una proteina, ossia una molecola idrofilica, che non può passare attraverso il doppio strato fosfolipidico della membrana. Il fattore di crescita si lega al recettore, dopodiché il recettore, che ha una coda interna al citoplasma, cambia la sua struttura. La coda si attiva legando dei gruppi fosfato recuperandoli da una molecola di ATP (fosforilazione del recettore). La fosforilazione dà proprio il via alla trasduzione del segnale, ossia lo spostamento dei gruppi fosfato dal recettore ad altre proteine che ci sono nel citoplasma. Il gruppo fosfato fa proprio da messaggero, il quale passa da una molecola a un'altra e invia alla cellula il segnale di dividersi. Alla fine di questa staffetta c'è un'ultima molecola, la quale una volta preso l'ultimo gruppo fosfato, passa dal citoplasma della cellula somitica al nucleo.

Una volta nel nucleo questa molecola funziona come se fosse un fattore di trascrizione, ossia una proteina che lega il DNA in una regione specifica di un promotore o di un enhancer, da dove poi regola la trascrizione.

Fattori di trascrizione

I fattori di trascrizione hanno tre nomi particolari:

• Jun
• Myc
• Fos

Questi tre fattori di trascrizione si producono da tre geni, e sono i così detti geni della proliferazione. Questi fattori attivano i geni tardivi della proliferazione, i quali danno origine a delle proteine utili alla cellula per passare dalla fase G1 alla fase S. Ci saranno altri geni tardivi che faranno entrare la cellula dalla fase S alla G2 e successivamente dalla G2 alla fase M (mitotica). Questo processo dice che il fattore di crescita è un fattore mitogenico, ossia che spinge le cellule ad andare in divisione mitotica.

Dopo queste divisioni le cellule somitiche iniziano a produrre due proteine particolari:

• Mio-D
• Mif-5

Stanno prendendo una strada che le porterà ad essere cellule muscolari, e questo si capisce dalla produzione di Mio-D e Mif-5. Questi sono dei fattori di trascrizione, che andranno a legarsi a una cassetta di sequenza (CAACTGAC) che è presente solo sui geni che dovranno essere espressi nelle cellule muscolari. Le cellule che producono Mio-D e Mif-5 prendono il nome di mioblasti. Questi due fattori di trascrizione attivano il gene della miogenina, una proteina che dice ai mioblasti che si possono unire tra di loro. Tanti mioblasti formano una struttura completamente diversa chiamata miotubo, ossia un sincizio cellulare, ossia una struttura plurinucleata formata dall'unione di più mioblasti.

Il miotubo è la cellula muscolare scheletrica primitiva. Per far sì che questa inizi a esplicare le proprie funzioni, c'è bisogno che la miogenina (fattore di trascrizione) vada a legarsi a un gene chiamato MRF4, il quale produce la proteina MRF4, che è un fattore di trascrizione che stimola un centinaio di geni bersaglio, i quali codificano un centinaio di proteine muscolari specifiche. Tra cui:

• Actina
• Miosina
• Troponina
• Desmina
• Tropomiosina

Queste proteine costituiscono il sarcomero.

Sarcomero e contrazione muscolare

Il sarcomero è un particolare citoscheletro che ha lo scopo primario di permettere a questa cellula la contrazione. Nel momento in cui la cellula acquista la capacità di contrarsi non sarà più un miotubo, ma una miofibra scheletrica. Nel momento in cui si forma il sarcomero, la cellula muscolare acquista la proprietà di essere innervata. L'innervazione avviene grazie a un motoneurone. L'innervazione della miofibra da parte del motoneurone prende il nome di giunzione neuromuscolare. Il motoneurone è un neurone secondario che prende ordini da un neurone posto nel cervello. Questo rende i muscoli scheletrici dei muscoli volontari. La contrazione volontaria distingue la cellula muscolare scheletrica rispetto alla cellula muscolare cardiaca e la cellula muscolare liscia.

La miofibra scheletrica ha un'altra proprietà, ossia quella di non sapersi più dividere per mitosi. Questo accade a causa del gene MFR4, che oltre alla funzione già spiegata, permette la sintesi della proteina P21, la quale permette di bloccare nella cellula il ciclo cellulare (citostatica). La cellula non è più in grado di passare dalla fase G1 alla fase S. Una cellula scheletrica adulta è una cellula post mitotica o terminalmente differenziata, ossia che può compiere solo la sua funzione specialistica.

La cellula muscolare scheletrica terminalmente differenziata deve ricevere dei segnali che le indichino di produrre proteine contrattili. Questo avviene tramite dei fattori di crescita esterni alla cellula. Un fattore di crescita può suggerire la divisione mitotica, ma se la cellula è terminalmente differenziata, il fattore di crescita diventa un fattore differenziante, ossia che innesca la produzione di proteine specifiche.

Iperplasia e ipertrofia

Iperplasia: Crescita di un tessuto per aumento del numero di cellule che lo compongono, e ciò implica la divisione mitotica. Tuttavia, il tessuto può crescere, ma aumentando il proprio volume e non tramite l’aumento del numero di cellule. Questa modalità di crescita si chiama ipertrofia. L’ipertrofia è data dal fatto che il citoplasma si riempie di proteine specialistiche. L’ipertrofia è suggerita da fattori esterni alla cellula, precisamente da dei fattori specialistici che permettono la produzione di proteine specifiche della contrazione. Questo processo è guidato dal testosterone e dall’ormone della crescita (GH), i quali suggeriscono la specializzazione delle cellule muscolari scheletriche.