Miogénesis

7.1 Introducción

Myogenesis is the creation of  muscle tissue from stem cells in the embryo. Muscle becomes meat, and we are interested in its early origin. Some animals produce high-quality meat, others produce it very rapidly. Can one animal do both?

Bulk meat, such as a steak or roast, is composed of countless microscopic muscle fibres (myofibres). Each myofibre is multinucleate (has numerous nuclei) because the myofibres are very long (usually many centimetres). Thus, one nucleus could not possibly produce enough RNA for  protein synthesis in the whole myofibre.  How does this multinucleate condition arise?

Los componentes implicados son los siguientes.

Premyoblasts - células capaces de la mitosis pero aún no producen proteínas musculares. Mioblastos - células ya no capaces de la mitosis pero empezando a producir proteínas musculares.  Myotube - un myofibre multinuclear producida por la fusión de mioblastos. Fibra secundaria - un myofibre multinuclear producida por la fusión de mioblastos en las superficies de un myotube.  Myofibre - una fibra de músculo madurada de una myotube o una fibra secundaria.

7.2 Mitosis

Mitosises la división celular. Primero el núcleo duplica su ADN y luego divide. Luego el resto de la célula se divide para producir dos células hijas idénticas. Las células mesodérmicas de somitas y brotes de extremidad sufren mitosis frecuente, con una variedad de factores tales como IGF-1 (insulin-like growth factor) y PDGF (factor de crecimiento derivado de plaquetas - las plaquetas son fragmentos de células en el torrente sanguíneo) siendo mitogénica (causando la mitosis). El pico de actividad mitótica en los brotes de la extremidad del embrión de pollito es en unos 5 días de incubación - nos encantaría tener información similar en bovinos, ovinos y cerdos.

Premyoblasts divisorias se redondean en forma (pero comprimidos juntos) y se encierran en un ciclo mitótico.

G1, (brecha uno) o descanso después de la última mitosis (hr 2.0) S, síntesis de nuevo ADN (hr 4.3) G2, (dos de gap) o descanso después de la síntesis de ADN (2,4 hr) M, mitosis (0,8 hr) volver a G1 o convertirse en un mioblastos (5-7 horas)

Los tiempos indicados son aproximados para premyoblasts en el laboratorio. Nos dan una conjetura de cuánto podrían tomar estos eventos en animales de granja. El escape de este ciclo - cuando un premyoblast se convierte en un postmitotic mioblastos - se cree que irreversible. El ciclo anterior a escapar de un premyoblasts se ha denominado la división cuántico. El número de veces que un clon de premyoblasts permanece bloqueado en el ciclo mitótico podría tener una importancia profunda en números de mioblastos. Un ciclo adicional por todos premyoblasts podría duplicar el número de mioblastos y dar lugar a myofibres adicional (hiperplasia). La población de premyoblasts capaz de la mitosis no puede ser totalmente homogénea, ya que puede contener células verdaderas y precursores comprometidos. Un precursor comprometido es una célula dando lugar a una cohorte de 16 terminal distinguido mioblastos. Obviamente, factores que regulan la proliferación de premyoblast, como triyodotironina (una hormona producida por la glándula tiroides y asociado con regulación de calor en el cuerpo), son extremadamente importantes para la industria cárnica.

Otra manera de mirar este sistema de la proliferación celular es considerar premyoblasts en el punto de fuga en su ciclo mitótico. Las células hijas producidas por mitosis puede permanecer en el ciclo, ambos pueden escapar para convertirse en mioblastos, o uno puede permanecer en tanto uno puede escapar. Con una población de células, el porcentaje de células que empieza en 0% en embriones muy jóvenes, antes de la aparición de cualquier mioblastos y luego aumenta hacia, pero nunca llega a 100% (algunas células permanecen como células satélite, una fuente de núcleos muscular durante el crecimiento y la regeneración).

Poblaciones celulares que contienen mezclas de células premyoblast, mioblastos mononucleadas y mioblastos fundida pueden ordenarse con arabinocytidine. Esto previene la formación de nuevos mioblastos pero permiten la fusión de la célula. En cultivos de embriones de pollo de 11 días, alrededor del 20% de las células son mioblastos, pero el porcentaje es menor en embriones jóvenes. Otra manera de clasificar las células es determinar qué porcentaje puede ser clonado para dar lugar a mioblastos capaces de fusión. Mesodermo de brote de pierna de pollo en incubación de 72 horas contiene 0%, en 80 horas contiene 10%, y a los 6 días se alcanza el 60%. En brotes de extremidades humanas, valores comparables son el 14% en 36 días, con una meseta de 90% de 100 a 172 días.

Otro factor que controla la proliferación celular podría ser la duración del ciclo mitótico, posiblemente por una variación de la duración de G1 . Premyoblasts escapó del ciclo mitótico para convertirse en mioblastos eventualmente fusible junto, pero la fusión de células finalmente se hace menos frecuente, como si inhibida. Alternativamente, puede escapar de los ciclos mitóticos finales G1. Las células G1 pueden responder a prostaglandina E1 , con un aumento transitorio en intracelular de AMP cíclico. Esto puede activar kinase de proteína y la aparición de la fusión de mioblastos.

El sistema nervioso ejerce algún Reglamento sobre desarrollo del músculo, y el control de la proliferación de los mioblastos probablemente se consigue variando la duración de G1 en lugar de G2. Debido a la importancia de G1 en la regulación del número de células, es interesante tener en cuenta que el límite de G1 -S es el punto en que la célula sintetiza calmodulina. Calmodulina es una proteína capaz de enlazar los iones del calcio y se cree que participan junto con AMP cíclico en la regulación de muchos aspectos del metabolismo celular, el crecimiento y la división de.

7.3 Mioblastos

Las características morfológicas de la premyoblasts son similares a los de otros tipos de células precursoras en el embrión. Síntesis de ARN domina la actividad de las células y resultados en un gran núcleo oval-shaped, nucleolos prominentes (que varían en número entre especies), difundir la cromatina (ADN nuclear) y muchos ribosomas (gránulos en el citoplasma de la responsable de la síntesis de proteínas). La gran cantidad de RNA (un ácido) en el citoplasma se une a los tintes básicos (alcalinos), y el citoplasma se describe como basophilic (amantes de la base). Mioblastos son células bipolares, spindle-shaped, mientras que los fibroblastos tienden a ser de forma triangular. Mioblastos pueden formar a uniones estrechas donde están en contacto entre sí, generalmente en las puntas de sus extensiones citoplásmicas alargadas. Aquí vemos la fusión de mioblastos y ser alineados.

El proceso de alineación es muy importante. Sólo puede ocurrir si el extremo libre de los mioblastos en un extremo de la línea se une a un punto apropiado en un extremo del músculo futuro y si el extremo libre de los mioblastos en el otro extremo de la línea se une al otro extremo del músculo del futuro. Esto lleva a la línea de mioblastos en línea con el eje longitudinal del músculo. El mecanismo puede ser mioblastos siguiendo las líneas de fibras de tejido conectivo en el músculo en desarrollo (Dirección de contacto). Si malas conexiones están hechas (decir ambos

extremos de la línea de mioblastos) en el mismo extremo del músculo - entonces la línea de mioblastos degenera. Así, un desarrollo muscular contiene muchos mioblastos degeneración que no han podido desarrollar conexiones apropiadas. Sólo si la línea de mioblastos está conectada correctamente en ambos extremos pueden los mioblastos contrato, estirar sus membranas y toman los aminoácidos para la síntesis de proteína más.

La fusión es precedida por un período de reconocimiento de la célula a célula en el cual los mioblastos pueden todavía ser dispersa químicamente con EDTA (que elimina los iones de calcio y afloja el contacto de la célula). Reconocimiento es seguido por un período de adhesión en que tripsina (un ezyme capaz de atacar las proteínas) debe añadirse experimentalmente para dispersar las células. Finalmente, después de la fusión de la membrana, las células fusionadas no se dispersaron. Mioblastos cultivadas fusionan cuando su número alcanza una cierta densidad, tal vez en respuesta a una señal química. Dentro de los mioblastos, un aumento en el nivel de AMP cíclico inicia los acontecimientos que condujeron a la fusión. Mioblastos tienen antígenos de superficie para el reconocimiento de la célula. Fusión de mioblastos se dispara por los iones del calcio pero es inhibida por los iones de magnesio y potasio.

7.4 Miotubos

Esta simple explicación sólo es válida para los músculos con una estructura simple - myofibres paralelo corriendo de un extremo del músculo al otro. La mayoría de los músculos en los animales de carne tienen una estructura compleja con un angular arrangment de myofibres en un tendón en uno de los músculos. Así, en la mayoría de los músculos, el desarrollo ocurre en subunidades (en paquetes de myofibres llamado fasciculos - el singular es Unión).

Por lo tanto, dentro de cada fascículo, líneas de mioblastos desarrollan correr de un extremo al otro.

A continuación, los miotubos comiencen a desarrollarse las miofibrillas. Mucho más se dirá sobre las miofibrillas más adelante - aquí sólo necesitamos saber son responsables de la contracción muscular y corren longitudinalmente con sus estrías en línea a través de la myofibre futuro. Las miofibrillas se agregan alrededor de los núcleos y los núcleos permanecen en el eje largo. En los primeros días de la microscopía, los núcleos

eran difíciles de ver (porque sólo son fácilmente visibles si se mancharon, y manchas apropiadas aún no habían sido inventadas). Así, primeros microscopistas vieron sólo estructuras tubulares (formadas por las miofibrillas) y nombró miotubos.

7.5 Fibras secundarias de

Miotubos correctamente alineados en el futuro los músculos lleva mucho tiempo - y el tiempo para el parto (nacimiento) se acerca rápidamente. Los músculos tienen sólo un 20% de sus futuras myofibres formado por estos miotubos. ¿Y después? Un proceso muy rápido de formar fibras secundarias de una nueva generación de mioblastos.

Mioblastos nuevos aprovechan los miotubos alinearon correctamente el patrón apropiado para el futuro del músculo. Los nuevos mioblastos se adhieren a la superficie de la myotube y, cuando se contrae el myotube, trae los mioblastos en la alineación correcta para la fusión. Los mioblastos fundidos convertido ahora en una fibra secundaria como comienzan a producir las miofibrillas. Pero no es la fibra secundaria aún inervados - no contrato la próxima vez los myotube contratos. Así que la fibra secundaria tijeras de la superficie de la myotube una vez lo suficientemente se refuerza mediante sus nuevas miofibrillas. En este notable proceso de producción en masa vemos el 80% de la myofibres futura de nuestros animales de carne a formarse muy rápidamente justo antes del nacimiento.

7.6 Implicaciones

80% de nuestra carne proviene de fibras secundarias. Cualquier cosa que inhibe la contracción myotube reducirá el número de futuros myofibres (por ejemplo, pérdida de líquido amniótico

prevenir movimientos por el feto o toxinas ambientales que afectan a la excitación neuromuscular). Aunque tanto miotubos y fibras secundarias pasar a convertirse en myofibres, a menudo se convertirá en diferentes tipos de myofibres. A

menudo los miotubos será lento-contratación myofibres utilizada para resistencia a la fatiga contracción mientras que fibras secundarias se convertirá en myofibres contratantes rápido utilizado para arranques de la contracción muscular fuerte (que son fácilmente fatigados). Myofibres contratantes lento dar carne mucho de su sabor y jugosidad. Myofibres contratantes rápido son responsables de gran parte del crecimiento muscular rápida en animales de carne. Obviamente, hay muchas complejidades para agregar a esta generalización simple pero cierto - éstos se explicará más adelante.

Un ejemplo de la importancia de la inervación del músculo en la producción de carne!

7.7 Compromiso de, diferenciación y maduración

La secuencia general de eventos en miogénesis puede dividirse en compromiso, diferenciación y maduración.

Compromiso ocurre cuando una madre celll tiene su futuro restringido a miogénesis. Dfferentiation está marcada por la transcripción de genes que codifican para las características típicas de la myofibre. Diferenciación terminal o maduración ocurre después de inervación.

Myogenin y MyoD son genes en una familia activa cuando se produce el compromiso de un linaje miógeno. Estos genes podrían ser muy útiles en la exploración de los factores que determinan el tamaño de los músculos en los animales de carne. Myogenin y MyoD son sensibles a las hormonas tiroideas, así como ser regulada por la actividad eléctrica del músculo, posiblemente a través de un mecanismo dependiente de AMP cíclico. Inervación controla la abundancia de factores miogénicos como MyoD1 y myogenin, y músculo denervado vuelve a un Estado neonatal (es decir, cortar el nervio a un músculo y el músculo puede volver al estado que tenía antes de que fuera primer inervados). Conforme a la regulación neural, MyoD prevalece en músculos rápidos y myogenin en los músculos lentos.

Crecimiento factor transformante beta 1 (TGF-SS1) es un péptido pequeño el desarrollo conjunto de myofibres y tejidos conectivos. Tras la inducción local de TGF-SS1, puede producir gradientes locales mejorar el desarrollo de los tejidos conectivos por los fibroblastos, pero disuaden miogénesis. Así, una reducción de gradientes de TGF-SS1 podría producir una condición similar a la encontrada en ganado de doble-musculosa.

7.8 Arreglo de Myofibre

Los troncos principales del nervio crecer en un esbozo de la extremidad siguiendo el marco del tejido conectivo de la yema, pero desarrollar músculos con más de unos 10 miotubos puede ser necesario invocar la formación de ramas laterales de nervios a los músculos.

Los músculos pueden acoplarse a la perilla (epífisis) de un hueso o el eje (diáfisis). Pero el crecimiento longitudinal de los huesos se produce en las placas epifisarias cartilagenous, y una de estas placas se encuentra entre cada epífisis y la diáfisis. Así, para conservar sus posiciones en relación a uno al otro durante el crecimiento de la placa epifisaria, algunos accesorios de músculo deben migrar sobre la

superficie del hueso. Las migraciones de músculo están reguladas por el hueso y tracción por el periostio (la membrana alrededor del hueso) es responsable de la migración de las inserciones del tendón.

Desarrollo muscular en las extremidades de los animales de carne fetal podría estar influenciada por una interacción dinámica entre crecimiento lineal del esqueleto y la resistencia de los músculos a estirar.

Si el crecimiento del músculo formas de estiramiento muscular, la determinación de myofibre arrangment puede ser explicada por la teoría de la dirección de contacto tratando de explicar cómo las células nerviosas invadir tejidos en desarrollo. Miotubos y mioblastos podrían inspirarse en una matriz de fibras muy finas de tejido conectivo. Células migratorias miógenas en rama de embriones de pollo en filopodios en sus bordes de ataque y las células madre siguen la alineación de las fibras del tejido fino conectivo. Los extremos de miotubos activamente crecen a través del tejido del músculo del futuro y tienen un citoesqueleto bien desarrollado, dominado por los microtúbulos.

Moléculas de fibronectina tienen sitios de Unión para varios de los componentes que rodean las células (por ejemplo para el colágeno y glicosaminoglicanos) pero también puede enlazar a las superficies de las células. Así, matrices de fibronectina pueden implicar en la guía de las migraciones de la célula y la determinación de la arquitectura del músculo.

El arreglo inicial de las fibras de tejido conectivo probablemente se determina por los fibroblastos que se extiende a la matriz extracelular. Mioblastos cultivadas sólo desarrollan una alineación paralela si son cultivadas en un tipo de colágeno capaces de fibras de colágeno

distinta forma. Miotubos pueden ser tirados en la alineación por sus extremos ya anclados a seguir las indicaciones dominantes de una matriz se

extendía. El arreglo angular de myofibres es difícil de explicar. Tal vez las fuerzas de resistencia que configuran la matriz del tejido conectivo de

un músculo del pennate se transmiten mediante tendones intramusculares. Otra posibilidad es mioblastos arreglo puede estar influenciada por la orientación de los campos eléctricos. Mioblastos cultivadas se arreglan con sus ejes largos perpendiculares a campos eléctricos de 36 a 170 mV/cm.

Intracelular, depende de la disposición paralela de las miofibrillas el adecuado accesorio del myotube entero o fibra secundaria. Nuevas proteínas filamentosas para su incorporación a las miofibrillas aparecen en primer lugar en la periferia de las células - así, la orientación longitudinal de filamentos puede seguir la dirección de estiramiento de la membrana.

7,9 Degeneración de y supervivencia

Muchos de los primeros histólogos que estudió la miogénesis quedaron impresionados por la extensa evidencia de degeneración celular encontraron en el desarrollo de los músculos. Lisosomas (sacos membranosos llenos de enzimas digestivas mortal - a menudo llamadas bolsas de

suicidio) capaces de causar la degeneración están bien desarrollados incluso en mioblastos. Experimentalmente, si myofibres se estiran lentamente siguen a desarrollar. Pero degeneran si ellos no se estiran. El estiramiento pasivo de miotubos activa la bomba de iones de sodio de sus membranas, y esto es seguido por el aumento en la síntesis de absorción y de la proteína del aminoácido. La estimulación de la síntesis de transporte y proteína de aminoácidos inducida por el estiramiento de miotubos puede actuar a través de la liberación de mensajero de sustancias como el ácido araquidónico, diacilglicerol y prostaglandinas.

Esto es un punto muy importante sobre el crecimiento muscular - no sólo en animales de carne, sino en nosotros mismos también. Todos sabemos el ejercicio fomenta el desarrollo de músculo mientras que inactividad permite músculos se desgastan. El mecanismo consiste en las membranas celulares. Cuando miotubos o fibras secundarias Haz correctamente colocadas en sus extremos, puede contratar. Cuando puede contratar, pueden estirar sus membranas celulares. Cuando se estiran sus membranas de la célula, la absorción de los aminoácidos se acrecienta.