Sinh học tái tạo cơ xương 2012

Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

MỤC LỤC
I.

Giới thiệu .......................................................................................................2

1.1.

Cấu trúc cơ xương ..........................................................................................2

1.2.

Đặc tính của tế bào cơ xương trưởng thành ………………………………...3

II.

Các tế bào satellite cơ xương trưởng thành …………………………......4

2.1.

Nguồn gốc các tế bào satellite ………………………………………..…....4

2.2.

Những phân tử marker của các tế bào satellite ……………………………..8

2.3.

Các tế bào satellite là cần thiết và đủ cho quá trình tái tạo cơ ...………………....12

2.4.

Tự đổi mới của các tế bào satellite …………………………………..……..13

2.5.

Tính đa năng của tế bào satellite cơ ……………………………………….15

III.

Cơ chế tế bào và phân tử của sự tái tạo cơ……………………………...18

3.1.

Phá hủy sợi cơ và gây viêm ………………………………..……………..19

3.2.

Pha phát triển ...…………………………………………………………....21

3.3.

Sự dung hợp của các tế bào tiền thân cơ …………………………………..24

IV.

Các phân tử tín hiệu điều hòa sự kích hoạt và phát triển của SCs ……25

4.1.

Tổng quan phát triển cơ xương ……………………………………………25

4.2.

Vị trí của satellite cell (SC) và các phân tử tín hiệu kích hoạt …………….25

V.

Sức căng và sự phân bố thần kinh trong tái tạo cơ …………………….33

5.1.

Sức căng …………………………………………………………………...33

5.2.

Sự phân bố thần kinh ..…………………………………………………....35

VI.

Các tế bào gốc khác trong việc tái tạo cơ xương ……………………….38

6.1.

Các tế bào từ ngoại bì: Các tế bào gốc thần kinh ………………………….39

6.2.

Các tế bào tạo máu ( HSC ) ………………………………………………..39

6.3.

Các tế bào có nguồn gốc từ trung mô ……………………………………...40

Tài liệu tham khảo ………………………………………………………………...42
Danh sách các hình trong bài……………………………………………………….43
Trang 1


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

I. Giới thiệu
1.1. Cấu trúc cơ xương
Cơ xương được cấu tạo của các sợi cơ đa nhân tạo thành các bó được nhóm lại với
nhau để hình thành các cơ bắp riêng biệt (Hình 1.1). Các sợi cơ riêng biệt phát triển bởi
sự hợp nhất hai đầu mút của nguyên bào cơ đơn nhân tạo thành một hợp bào đa nhân
(Hình 1.2). Mỗi tế bào đơn nhân là một đơn vị co rút được gọi là một đốt cơ giới hạn bởi
các đường Z, cấu trúc neo sợi actin vào mỗi đầu của các đốt cơ. Đốt cơ co ngắn khi các
sợi actin trượt dọc theo các sợi cơ myosin dày về phía giữa của đốt cơ. Các sợi cơ được
sắp xếp vào bó bao quanh bởi các bao cơ, và các bó hợp chung tạo thành cơ bắp, được
bao quanh bởi một epimysium (David, 2006). Các quá trình của sợi cơ dung hợp tạo các
tế bào đa nhân để biệt hóa các đơn vị co rút actin-myosin được điểu khiển bởi các yếu tố
điều hòa phiên mã như Myf5, MRF4, MyoD và mysogenin, yếu tố chọn lọc thời điểm
tạo cơ (MRFs), trong đáp ứng các tính hiệu đang phủ lên ngoại bị (Wnt a), ống thần

kinh (Wnt 1a, 3a), dây sóng (Shh), và Fgf-8 và BMP4 (trung bị mỏng bên). Tiền biệt
hóa và di chuyển các nguyên bào cơ biểu hiện Myf 5/Myo D, và sau đó là myogenin, và
MRF4 như quá trình các nguyên bào cơ dung hợp và biệt hóa (David, 2012).
Các nguyên bào sợi của endomysium tổng hợp một ECM bao gồm một màng
nền đặc thù của Fn, Ln, và collagen IV bao quanh mỗi sợi cơ, cũng như collagen I và
các PG axit hóa bên ngoài màng đáy, bao gồm một cơ PG đã axit đặc biệt . Ngoài ra,
endomysium tổng hợp tetranectin, một loại protein đóng vai trò như một tác nhân
tương tác với protein ECM khác, các thụ thể bề mặt tế bào, các cytokine, và protease.
Tetranectin liên kết các polysaccharide sunfat, cho thấy rằng nó có thể tương tác với
các chuỗi GAG của các PG. Nó thì dễ thấy ở các nút gân sợi cơ nối liền nhau , được
coi là tương đương với các vị trí kết dính trọng tâm trong cơ. Khung xương actin của
sợi cơ được liên kết với ECM bởi một phức hợp dystrophin-glycoprotein (DGC), phức
hợp nhiều đơn vị phụ bao gồm các dystrophin trong tế bào và syntrophin và ba loại
protein thuộc màng bao cơ: dystroglycans, sarcoglycans, và sarcospan. Sự phá vỡ các
mối liên kết này bằng cách gây đột biến trong dystrophin hoặc kết quả sarco-polisacarit
đang bị phá hủy màng bao cơ trong lúc co thắt, làm cho các sợi cơ dễ bị hoại tử là một
đặc điểm của của chứng loạn dưỡng cơ bắp (David, 2006).

Trang 2


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

1.2. Đặc tính của tế bào cơ xương trưởng thành
Các sợi cơ là các đơn vị co rút cơ bản của xương cơ bắp. Các cơ xương có mạch
máu để cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động của bắp thịt (Hình 1.3A,
đầu mũi tên). Khi sợi cơ trưởng thành, nó được tiếp xúc với một nơron vận động và

thể hiện các phân tử đặc trưng chức năng co rút, chủ yếu khác nhau MHC (chuỗi nặng
myosin) đồng dạng và các enzym chuyển hóa (Hình 1.3B). Cả nơron vận động và
nguồn nguyên bào cơ đã được cho là đóng một vai trò trong việc xác định đặc tính sợi
cơ co rút, mặc dù cơ chế chính xác vẫn chưa được xác định (Sophie và Michael, 2004).
Tuy nhiên, các nhân sợi xương trưởng thành đặc biệt được cấu tạo từ một hỗn
hợp của sợi cơ với các đặc tính sinh lý khác nhau, dao động từ một kiểu co rút chậm/
kháng mệt mỏi tới một kiểu co rút nhanh/ không kháng mệt mỏi. Tỷ lệ từng loại sợi
trong một cơ xác định tổng co rút của nó (Hình 1.3B). Mặc dù có khác nhau đặc tính
sinh lý, cơ chế co rút cơ bản trong tất cả các loại sợi cơ là tương tự nhau và là kết quả
của một "cơ chế trượt" sợi dày giàu myosin trên sợi mỏng giàu actin sau khi kích hoạt
tế bào thần kinh. Khung liên kết đan xen trong cơ xương kết hợp các sợi cơ co rút
thành một đơn vị chức năng, trong đó sự co của sợi cơ được chuyển đổi thành chuyển
động qua mối nối gân cơ ở đầu cuối của chúng, nơi sợi cơ dính bào bộ xương bằng các
gân. Do đó, đặc điểm về chức năng cơ xương phụ thuộc vào việc duy trì một phức hợp
khung sợi cơ, các nơron vận động, mạch máu, và các chất mô liên kết ngoại. Mặc dù
đánh giá này tập trung vào quá trình tái sinh của các sợi cơ, nó được hiểu rằng phân bố
lại mạch máu, làm kín khích lại, và khôi phục lại của ma trận ngoại bào cũng điều rất
cần thiết trong khía cạnh của quá trình tái tạo cơ (Sophie và Michael, 2004).

Hình 1.1 Biểu đò cắt ngang của tế bào cơ xương (A) Phân chia thành nhiều bó (F) được bao
quanh bởi perimysium (P), (B) bên trong bó cơ chứa các sợi cơ (M) được bao quanh bởi
endomysium (En). (C) Cấu trúc của một sợi cơ. MF = Các sợi cơ tiểu, BM = màng đáy, N =
nhân. Cơ đầy đủ được bao quanh bởi một epimysium (Ep).
Trang 3


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

Hình 1.2 (A) Phần cắt ngang của
cơ xương cho thấy các sợi cơ
riêng biệt. P = perimysium bao
quanh một bó. C = mao mạch.
Lưu ý vị trí ngoại vi của các nhân
sợi cơ (chấm đen). (B) phần cắt
theo chiều dọc của cơ xương (đổi
màu ở H và E). Đường kẻ sọc
ngang của phức hợp protein co
rút actin-myosin là có thể nhìn
thấy rõ ràng trong từng sợi cơ.

II. Các tế bào satellite cơ xương trưởng thành
2.1. Nguồn gốc các tế bào satellite
Cơ xương của xương sống con non cũng như con trưởng thành hầu hết tất cả các
loài được nghiên cứu có chứa một mật độ của các tế bào gốc được gọi là " satellite
cells - các tế bào satellite (SCs)” nằm giữa màng bao cơ và phủ lên màng đáy (Hình
2.1). Tế bào satellite được xác định lần đầu tiên bằng kính hiển vi điện tử trong cơ
xương ếch. Nghiên cứu đánh dấu DNA sau đó cho thấy chúng là nguồn gốc của cơ tái
sinh sau khi bị thương ở một số loài. Các nhân tế bào satellite chiếm khoảng 30% các
nhân sợi cơ động vật còn non. Tỷ lệ này giảm dần theo tuổi, các nhân tế bào satellite
chiếm từ 1% -5% của tổng số các nhân trong cơ bắp động vật có vú trưởng thành. Các
tế bào satellite tách ra từ cơ ngực gà bằng cách ly tâm mật độ Percoll và nuôi cấy trong
ống nghiệm tạo ra được cá các tế bào khuẩn lạc lớn hình thành các sợi cơ. Thí nghiệm
cấy các tế bào satellite vào các cơ bắp bị loạn dưỡng cho thấy rằng không chỉ làm các
tế bào cấy ghép đóng góp cho sự tái sinh của các sợi cơ, nhưng chúng cũng có thể
cung cấp cho tăng các tế bào satellite hơn, điều đó cho thấy chúng đang tự đổi mới
(David, 2006).

Trang 4


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

Hình. 1.3. Đặc điểm hình thái cơ xương động vật có vú trưởng thành. A: Xương cơ bắp được
phân bố cao mạch máu để cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho các chức năng cơ bắp
(Đầu mũi tên). B: Các sợi cơ là không đồng nhất về đặc tính co rút của chúng, vùng từ chậm /
ôxy hóa đến kiểu nhanh / thủy phân glycogen. Tỷ lệ mỗi loại sợi trong một cơ xác định tổng
đặc tính co rút tổng của nó. Cơ soleus co rút chậm giàu sợi myosin biểu hiện đồng phân chuỗi
nặng đã nhuộm miễn dịch với một kháng thể đặc hiệu chuỗi nặng myosin chậm (mũi tên),
trong khi cơ plantaris không có kiểu trên. C và D: cơ xương trưởng thành có chứa một quần
thể các tế bào satellite cơ không hoạt động. Các tế bào satellite cơ được liên kết chặt chẽ với
sợi cơ, nằm trong cùng một lớp mỏng cơ bản được nhìn thấy bằng kính hiển vi điện tử (C).
Các nhân tế bào satellie cơ (mũi tên màu trắng) có thể được phân biệt với các nhân sợi cơ
(mũi tên đen) bởi nhiều chất dị nhiễm sắc trong trạng thái ngừng nguyên phân của chúng. Các
tế bào satellite cơ có mặt trên sợi cơ được phân cắt bằng enzyme cắt (D) và đặc trưng bởi mức
độ cao của chúng về phân tử Pax7 thể hiện trong phản ứng hóa miễn dịch (mũi tên màu
trắng) so với nhân sợi cơi (mũi tên đen).

Hình 2.1 (A) Ảnh phóng xạ tự ghi của một sợi cơ gà đã đánh dấu với 3 H-thymidine trong thí
nghiệm in vitro. Mũi tên trỏ chỉ ra các nhân tế bào satellite đã đánh dấu. (B) ảnh chụp hiển vi
điện tử của một tế bào satellite nằm dưới màng đáy (bm) của một sợi cơ gà nuôi. (C) hình chụp
dưới kính hiển vi điện tử của một nhân tế bào satellite (SCN) của một sợi cơ chi sa giông đã
nuôi cấy(M). Trong cơ xương sa giông, tế bào satellite được bọc trong một lớp màng đáy (đầu
mũi tên) cái được phân tách từ màng đáy của sợi cơ (mũi tên). N = hạt nhân của sợi cơ liền kề.
Trang 5

Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

Tế bào satellite được cho là tạo thành một dòng tế bào thuộc cơ khác biệt từ
nguyên bào cơ phôi và thai (Hình 2.2). Tuy nhiên, mặc dù nguồn gốc của phôi thai và
nguyên bào cơ bào thai đã được nghiên cứu và các nhà nghiên cứu đã thống nhất kết
luận rằng những tế bào tiền thân thuộc cơ có nguồn gốc từ các tế bào trung mô đa năng
của các somites. Nguồn gốc của các tế bào satellite đã là chủ đề của ít nghiên cứu và
vẫn chưa rõ ràng, cho đến nay có hai giả thuyết: từ somitic đối nghịch với nguồn gốc
nội mô (Sophie và Michael,2004).
Giả thuyết nguồn gốc somitic xuất phát từ nghiên cứu truyền thống cấy ghép thực
hiện trong các mô hình gia cầm. Trong phân tích này, lập bản đồ số phận, phôi somites
từ phôi chim cút cho đã được đưa vào ttes bào chủ phôi gà. Sau khi phát triển phôi thai,
sự đóng góp của các tế bào chim cút cho các tế bào satellite máy chủ được xác định
bằng cách sử dụng đặc tính cấu trúc đặc hiệu nhân chim cút để xác định các tế bào cho.
Trong nghiên cứu, tế bào somitic được tìm thấy để di chuyển từ somite vào chi gà đang
phát triển góp phần vào xác định các sợi cơ và quần thể tế bào satellite. Mặc dù việc xác
định các nhân chim cút là không bao giờ rõ và domain somatic tạo ra tế bào satellite
không bao giờ được mô tả, nghiên cứu cho thấy somitic là nguồn gốc chung cho tất cả
những dòng tế bào thuộc cơ, bao gồm các tế bào satellite cơ (Sophie và Michael,2004).
Một số quan sát gần đây đã thách thức quan điểm có nguồn gốc somitic cho các
tế bào satellite. Ví dụ, các tế bào thuộc cơ có nguồn gốc tủy xương có thể tham gia tái
tạo cơ xương, mặc dù ở tần số thấp, khi tiêm tĩnh mạch, cho thấy rằng một số tế bào
thuộc cơ với các đặc tính chức năng tương tự như các tế bào satellite có nguồn gốc từ
tế bào tạo từ tủy xương. Sau đó, thêm nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng của
các tế bào không thường trú ở cơ đi theo dòng tế bào tạo cơ. Tuy nhiên, nhiều kết luận

cuối cùng đến từ những phân tích dòng vô tính chi tiết của các mô chuột khác nhau ở
các giai đoạn khác nhau phát triển bởi De Angelis và cộng sự (1999). Trong trường
hợp của các cơ xương, các tế bào tiền thân có khả năng là một số tế bào có chức phận
tạo cơ. Tuy nhiên, mặc dù điều rõ ràng rằng các tế bào nội mô có thể đóng góp sợi cơ
mới hình thành trong quá trình phát triển cơ và tái sinh, nó vẫn được xác định liệu
những tế bào này có thể góp phần xác định lịch sử của một tiểu quần thể tế bào
laminar như là một quần thể tế bào satellite. Thật vậy, các tế bào tế bào tiền thân mô
có thể đại diện cho một quần thể tế bào thay thế cho tế bào satellite có khả năng tăng
Trang 6


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

trưởng cơ bắp và sửa chữa các tế bào. Đáng chú ý, các tế bào satellite trưởng thành trái
ngược với phôi và nguyên bào cơ thai, thể hiện cả hai nội mô và đánh dấu các tế bào
thuộc cơ chẳng hạn như CD34 và MRFs (Sophie và Michael,2004).

Hình 2.2 Nguồn gốc của các tế bào satellite. Biểu hiện Pax3 trong các tiền tế bào góp phần vào
tế bào tạo cơ nhân lên. Sau khi cảm ứng bằng Myf5 và / hoặc MyoD, các tế bào thể trung mô
được tập trung tạo dòng tế bào tạo cơ (các nguyên bào cơ). Sau đó, Sự điều hòa thứ hài của tính
hiệu hóa MRFs (myogenin và MRF4) của nguyên bào cơ tạo ra tế bào cơ. Cuối cùng, các tế bào
cơ dung hợp tạo sợi cơ đa nhân. Trong giai đoạn phát triển muộn của hình thành cơ phôi thai,
một quần thể nguyên các bào cơ, có nguồn gốc từ tế bào satellite, sự dung hợp của các sợi cơ
cho phép sợi cơ tăng trưởng. Một số tế bào satellite vẫn còn liên kết chặt chẽ với các sợi cơ ở
trạng thái không biệt hóa. Nguồn gốc phôi thai của tế bào satellite vẫn còn được xác định, tuy
nhiên, Pax7 biểu là điều cần thiết cho các đặc hiệu / nhân lên của quần thể tế bào satellite.

Quan điểm gần đây về nguồn gốc nội mô cho các tế bào satellite không phải là
loại trừ lẫn nhau với các bằng chứng truyền thống nguồn gốc từ somitic. Trong thực tế,
trong quá trình tạo phôi sớm lớp nội mạc động mạch chủ và các somite lân cận, cho
thấy một sự gần gũi về nguồn gốc của hai dòng tế bào này. Vì vậy, sự hiện diện của tế
bào thuộc cơ trong động mạch chủ ở lưng phôi không loại trừ khả năng của một nguồn
gốc somitic gián tiếp của satellite các tế bào. Hơn nữa, bằng chứng mới nổi là trong tế
bào satellite có thể xuất diện cho một quần thể không đồng nhất có thể là một sự phản
ánh này nguồn gốc kép . Hơn nữa, trong quá trình sinh lý khác nhau hoặc tình trạng
bệnh lý, tế bào thuộc cơ có nguồn gốc khác nhau có thể đóng góp khác nhau sửa chữa
nguồn cơ. Vì vậy việc sửa chữa cơ có thể liên quan đến sự kích hoạt của tế bào thuộc
cơ khác nhau tùy vào mức độ của chấn thương hoặc môi trường nơi tác động, và đặc
biệt, để đáp ứng cho sự hư hỏng mạch máu. Tóm lại, những nghiên cứu này làm nổi
Trang 7


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

bật sự cần thiết cho các thí nghiệm tiếp theo được thiết kế để xác định dứt khoát nguồn
gốc phôi của các tế bào satellite cơ. Nghiên cứu như vậy sẽ đòi hỏi việc sử dụng quy
trình nghiên cứu cổ điển kết hợp với dòng phân tích bằng cách sử dụng retrovirus hoặc
ghi nhãn di truyền (Sophie và Michael, 2004).
2.2. Những phân tử marker của các tế bào satellite
Kể từ khi mô tả đầu tiên của Mauro (1961), tế bào satellite cơ chủ yếu đã được
xác định tại chỗ bằng cách đặc điểm hình thái của chúng. Thật vậy, các tế bào có thể
được xác định một cách rõ ràng bằng kính hiển vi điện tử do vị trí riêng biệt của chúng
trong lớp mỏng cơ bản xung quanh các sợi cơ riêng biệt, cạnh nhau giữa các màng tế
bào của sợi cơ và màng đáy (Hình 1.3C, mũi tên màu trắng). Dựa vào đặc tính hình

thái quan trọng này các tính năng của tỷ lệ nhân các tế bào satellite tăng, nên giảm
thành phần tế bào, và do đó có kich thước nhân nhỏ hơn nhân so với các nhân sợi cơ
(Hình 1.3C, mũi tên màu trắng). Xác định các tế bào satellite bằng kính hiển vi ánh
sáng là mơ hồ, mặc dù việc sử dụng các marker như vậy như laminin và dystrophin để
tương ứng xác định lớp mỏng cơ bản và màng bao cơ tạo để thuận lợi nhận dạng của
chúng. Hơn nữa, sự phát triển của kỹ thuật phân lập và nghiên cứu các sợi cơ duy nhất
các tế bào satellite trong ống nghiệm đã cho phép những tiến bộ trong sự hiểu biết
quần thể tế bào này (Hình 1.3D) . Tuy nhiên, khó khăn trong xác định in vivo của các
tế bào satellite đã cản trở việc nghiên cứu quần thể tế bào này và có tác động đến sự
hiểu biết của tái sinh xương cơ. Để phá vỡ những khó khăn như vậy, các nhà khoa
đang tập trung vào việc xác định phân tử marker đặc hiệu quần thể tế bào này được
tóm tắt trong bảng 2.1 (Sophie và Michael, 2004).
Các tế bào satellite chưa hoạt động được các định bởi sự biểu hiện tập một số các
marker: (1) yếu tố nhân tế bào cơ, cái này có thể ngăn chặn sự tổng hợp của các yếu tố
phiên mã cơ thúc đẩy sự biệt hóa cơ, (2) thụ thể c-met , đóng vai trò quan trọng trong
sự hoạt hóa của các tế bào satellite , (3) p130, một loại protein ngăn chặn sự tiến triển
chu kỳ tế bào bằng cách liên kết với các yếu tố phiên mã E2F và cũng ức chế sự biệt
hóa của nguyên bào cơ chuột nuôi C2 đã nuôi cấy ức chế biểu hiện của cơ; và (4)
syndecans 3 và 4, chúng là heparan sulfate proteoglycan xuyên màng (HSPGs). Ngoài
ra, Các tế bào satellite có các kiểu hình kháng nguyên bề mặt CD34 + Sca1- và thể hiện
các yếu tố phiên mã Pax 7, cái mà được cũng biểu hiện trong các nguyên bào cơ đầu.
Pax 7 là cần thiết cho sự hình thành của các tế bào satellite trong quá trình phát triển,
như thể hiện bởi thực tế rằng những con chuột vô hiệu Pax-7 thể hiện cơ bắp phát triển
Trang 8


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

bình thường, nhưng các tế bào satellite thiếu. Một loại tế bào liên kết khác với các vi
ống trong các endomysium là CD34 + Sca1 +, nhưng các tế bào này không phải là tế
bào gốc. Có thể, chúng là các tế bào quanh mao mạch. Các nghiên cứu về động học
của biệt hóa tế bào satellite đã chỉ ra rằng các tế bào satellite tại chỗ hoàn toàn có khả
năng cơ tái tạo xương . Tuy nhiên, có các báo cáo rằng cơ xương chứa tủy xương – đã
nhận CD45 + Sca1+ từ quần thể các tế bào gốc cơ có cả tiềm năng tạo máu và phát triển
cơ, góp phần tái tạo cơ bắp, và có lẽ tiếp tục bổ sung các nguồn cung cấp của các tế
bào satellite tại chỗ (David, 2006) .
Các marker phân tử gần đây đã cho phép việc xác định đáng tin cậy các tế bào
satellite dưới mức độ kính hiển vi ánh sáng (Hình 2.3 và Hình 2.4). Kelly và cộng sự
đã chuyển gen 3F-nlacZ-E (1995) đánh dấu tất cả nhân sợi cơ nhanh với βgalactosidase. Phát hiện hoạt động các gene trình diện thiếu nhân với 4,6 diamidino-2phenylindole là một cách hiệu quả trong xác định mật độ của các tế bào trên satellie
trên sợi cơ được phân lập. Cơ trưởng thành bình thường, tế bào satellite thì ngừng
nguyên phân và thể hiện Pax7, phân tử bám dính M-cadherin và saliomucin CD34
(Zammit, Partridge, Yablonka-Reuveni, 2006).
Bảng 1. Các marker tế bào satllite

MSTN, myostatin; VCAM-1, phân tử tế bào bám dính mạch máu-1; NCAM, phân tử bám
dính tế bào thân kinh; MNF, yếu tô nhân thuộc cơ; IRF-2, yếu tố điều hòa interferon -2.
Trang 9


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

Pax7 có lẽ là dấu hiệu hữu ích nhất hiện nay xác định các tế bào satellite chưa hoạt
động do luôn có sẵn một kháng thể tốt (Hình 2.3 và Hình 2.4). Cần lưu ý rằng các marker
như CD34 là không đặc hiệu cho các tế bào satellite, nhưng rất hữu ích đánh dấu trên sợi

cơ bị phân lập bới vì phân biệt các tế bào satellite từ tế bào dương tính khác (ví dụ, các tế
bào nội mô) trên các phần cơ là khó khăn hơn. Phân tích như vậy thường đòi hỏi không
chỉ đánh dấu tế bào satellite, nhưng còn đồng miễn dịch để xác định các lớp mỏng cơ bản
được thể hiện ở hình 2.4 (Zammit, Partridge, Yablonka-Reuveni,2006).

Hình 2.3 Phân bố của các tế bào satellite cơ trên các sợi cơ đã phân lập. Các sợi cơ được phân
lập từ cơ extensor digitorum longus (EDL), soleus, và tibialis anterior (TA) của một con chuột
trưởng thành và đã nhuộm miễn dịch cho M-cadherin để xác định vị trí các tế bào satellite
(A). Tế bào satellite xuất hiện phân bố ngẫu nhiên dọc theo toàn bộ chiều dài của sợi cơ TA
và EDL, nhưng các sợi cơ soleus thường có sự tích tụ các tế bào satellite xung quanh bản gới
hạn cơ vận động nơi mà các nơron vận động liên lạc với các sợi cơ (mũi tên trong A). Một
sợi cơ soleus bị phân lập, đã đồng nhuộm miễn dịch với Pax7 (xanh lá cây, B) để nhận dạng
tế bào satellite (mũi tên trong B, C) α-bungarotoxin (màu đỏ, B) để xác định vị trí các khớp
thần kinh cơ (đầu mũi tên trong B) điều này cho thấy rõ rang tích tụ của các tế bào satellite
xung quanh xung quanh bản gới hạn cơ vận động. Sự hiện diện của tất cả nhân đã được xác
định bằng cách sử dụng sự kháng lại 4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) (C).

Để thực hiện vai trò của chúng trong phì đại cơ, bảo trì,và sửa chữa, tế bào
satellite đầu tiên phải được kích hoạt từ trạng thái này chưa hoạt động để sản xuất con
cháu nguyên bào cơ. Tế bào satellite có nguồn gốc từ các nguyên bào cơ nói chung đặc
trưng bởi một tập hợp tương tự của các marker thuộc cơ như các nguyên bào cơ bắt
nguồn từ hầu như bất kỳ giai đoạn phát triển (Hình 3). Khi được kích hoạt, tế bào
satellite nhanh chóng bắt đầu biểu hiện MyoD (Hình 2E) và trải qua chuyển đổi một
đồng vị CD34, tiếp tục đổng biểu hiện Pax7, M-cadherin, và Myf5. Sau đó, chúng bắt
Trang 10


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21

GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

đầu phân chia, thể hiện thêm gen đặc trưng của chu trình tế bào như PCNA. Myogenin
sau đó đánh dấu sự khởi đầu của sự biệt hóa thuộc cơ cùng với một loạt các kiểm soát
khác nhau và kiểu gen cấu trúc điển hình các tế bào cơ xương. Các mô hình của Mrf4
biểu hiện trong hình thánh tế bào satellite là chưa rõ ràng vì nó có thể được biểu hiện
sau khi hoặc trước khi bắt đầu biểu hiện myogenin. Một biểu đồ của động chúngc của
các marker chuyển đổi từ trạng thái tế bào satellite chưa hoạt động đến khi biệt hóa thể
hiện trong hình 2.5 (Zammit, Partridge, Yablonka-Reuveni,2006).

Hình 2.4 Xác định các tế bào satellite cơ bằng cách sử dụng marker phân tử. Có một số lượng
ngày càng tăng của marker phân tử xác định các tế bào satellite chưa hoạt động, nhưng Pax7
có lẽ là hữu ích nhất hiện nay. Một sợi cơ EDL phân lập đã đồng nhuộm miễn dịch với Pax7
(màu xanh lá cây, A) và CD34 (màu đỏ, B) cho thấy một tế bào satellite chưa hoạt động trên
bề mặt của một sợi cơ (mũi tên trong A-C). Gen chuyển 3F-nlacZ-E đánh dấu tất cả các nhân
cơ trong cơ nhanh và do đó cung cấp một phương pháp dễ dàng để xác định quần thể các tế
bào satellite trên một sợi cơ, không phụ thuộc biểu hiện kháng nguyên (Beauchamp et al
2000). Chuột Myf5nlacZ / + thể hiện protein dung hợp Myf5/b-gal trong các tế bào satellite chưa
hoạt động và như vậy làm cho sự phân biệt của chúng đơn giản (Beauchamp et al 2000). Phát
hiện các nhân sợi cơ sử dụng X-gal từ gen chuyển 3F-nlacZ-E (màu xanh, D) và một tế bào
satellite sử dụng salmon-ga từ locus đích Myf5 (mũi tên D) trên một sợi cơ EDL bị cô lập từ
một chuột có Myf5 nlacZ / +/ 3F-nlacZ-E (D). Khi được kích hoạt tế bào satellite (mũi tên E),
chúng nhanh chóng đồng biểu hiện MyoD (màu xanh lá cây, E) với CD34 (đỏ, E). Pax7 cũng
có thể được sử dụng xác định các tế bào satellite trên các phần cơ, mặc dù điều này có thể là
vấn đề trên mô chuột. Các tế bào satellite (mũi tên trong F, G) trong một cơ ngực gà 49 ngày
tuổi đã nhuộm miễn dịch cho Pax7 (màu xanh lá cây, F) với laminin (đỏ, F) được sử dụng để
đánh dấu lớp mỏng cơ bản của các sợi cơ. Sự hiện diện của tất cả nhân được xác định bởi sự
kháng lại với DAPI (màu xanh, G).
Trang 11

Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

2.3. Các tế bào satellite là cần thiết và đủ cho quá trình tái tạo cơ
Trạng thái của kiểu tế bào satellite có Pax7 - có thể được ghép và tham gia vào quá trình
tái tạo cơ sau khi cấy ghép. Các tế bào này bao gồm các mesangioblast, loại tế bào mà liên kết
với mạch máu, tế bào quanh mao mạch và tế bào kẽ. Tuy nhiên, chúng không tham gia vào
trong tái tạo cơ khi các tế bào satellite không loại bỏ về di truyền, cho thấy rằng nó là các tế
bào satllite có Pax7 + thì không thể hiện cho tái tạo cơ. Điiều quan trọng, việc cắt bỏ nguyên
bào sợi cơ dẫn đến sự thiếu hụt trong tái tạo cơ, bao gồm sự biệt hóa và suy yếu các tế bào
satellite sớm và các sợi co đa tái tạo nhỏ hơn, điều đó chỉ ra rằng các nguyên bào sợi cơ cung
cấp các yếu tố ác tính niche cho tái tạo cơ bình thường (David, 2012).
Các cơ đã bị trải qua sự phì đại quá mức với việc tăng số lượng các nhân sợi cơ, đưa đến
sự phì đại liên quan đến việc thêm vào các tế bào satellite để các sợi tồn tại. Thật thú vị, cơ bị
suy kệt tế bào satellite đã bị trải qua hai tuần sự phì đại khi không có thêm các nhân sợi cơ.
Mặc dù các sợi cơ có khả năng lớn cho sự tăng lên một đáp ứng phì đại mạnh sự quá mức về
mặt cơ học cái mà không phụ thuộc vào sự đóng góp các tế bào satellite, mặc dù các đống góp
nàu là quan trọng (David, 2012).

Hình 2.5 Sơ đồ của sự phát triển tế bào satellite và các marker điển hình của từng giai đoạn.
Tế bào satellite chưa hoạt động trong cơ trưởng thành bình thường và có thể được kích hoạt,
ví dụ tổn thương cơ. Sau khi kích hoạt, tế bào satellite phân chia để sản xuất các nguyên bào
cơ có nguồn từ tế bào satllite đã được nhân lên, trước khi tập trung vào sự biệt hóa và dung
hợp tạo ống cơ, cái mà sau đó trưởng thành trong các sợi cơ (rõ ràng, tế bào satellite tự làm
mới không đáng kể). CD34, Pax7, và Myf5/b-gal được thể hiện trong các tế bào satellite chưa
hoạt động. Sự hoạt động của tế bào satellite được đánh dấu nhanh chóng bằng biểu hiện
MyoD, trong khi myogenin đánh dấu sau đó tập trung ở sự biệt hóa. Các mô hình biểu hiện

thời gian điển hình về MLC3F-tg của các gen cấu trúc cơ như actin cơ xương và MyHC,
đánh dấu sarcomeric ró rằng trong các giai đoạn sau của sự biệt hóa. Myf5/b-gal biểu thị các
sản phẩm protein dung hợp tổng hợp của các allele đích của chuột Myf5nlacZ /+ (Tajbakhsh et
al 1997.), Trong khi MLC3F-tg là sản phẩm của gen chuyển 3F-nlacZ-E.
Trang 12


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

2.4. Tự đổi mới của các tế bào satellite
Sự tự làm mới của tế bào satellite là một quá trình cần thiết diễn ra cùng với quá
trình cơ tái sinh sẽ nhanh chóng dẫn đến sự suy giảm của các nhóm tế bào satellite. Thí
nghiệm đánh dấu với đồng vị phóng xạ cơ chuột đang phát triển đã chứng minh rằng tế
bào satellite đóng góp vào việc tạo các nhân sợi cơ mới và tế bào satellite sau khi cơ
tổn thương. Hơn nữa, các marker thí nghiệm ở chuột đang nuôi đã chứng minh sự hiện
diện của hai quần thể tế bào satellite. Một quần thể, chiếm 80% của satellite tế bào
phân chia nhanh chóng và chịu trách nhiệm cung cấp các nhân sợi cơ trong chuột đang
nuôi. Một quần thể khác, được gọi là "các tế bào dự trữ” phân chia chậm hơn và đã
được đề xuất để cung cấp cho nhóm tế bào satellite. Những quan sát này phù hợp với ý
tưởng rằng một tỷ lệ nhỏ tế bào satellite đã trải qua sự tăng sinh để quay lại trạng thái
không hoạt động, do đó cung cấp thêm nhóm tế bào satellite. Sự làm mới tế bào satellite
có thể là kết quả của một sự phân chia không đối xứng hai tế bào con, một tập trung vào
sự biệt hóa cơ và một tế bào gốc "cùng loại". Ngoài ra, tế bào satellite có thể trải qua
phân chia đối xứng với một tế bào con có thể rút khỏi chương trình biệt hóa và quay trở
lại yên lặng. Không có giả thuyết nào trên đã được chứng minh là sai. Xác định phân tử
quá trình tham gia vào cơ chế này vẫn còn là một thách thức (Sophie và Michael, 2004).
Sự ưa thích của tế các tế bào satellite trong phân chia tế bào không đối xứng là

quan sát gần đây bởi Conboy và Rando cho rằng Numb (một protein tế bào chất liên kết
với màng huyết tương) gây ra phân tách không đối xứng trong phân chia tế bào satellite
trong in vitro. Sự phân tách của protein Numb đã được cho quyết định số phận của tế
bào trong quá trình phát triển cả hai loài động vật không xương sống và có xương sống
kể cả trải qua quá trình phát triển Drosophila. Numb có thể ảnh hưởng số phận của tế
bào bởi sự ức chế tín hiệu Notch, một con đường được biết đến để điều chỉnh sự sự biệt
hóa của các tế bào trong các hệ thống khác nhau và các loài khác nhau. Trong các
satellite đã nuôi cấy, sự kích hoạt Notch-1 xuất hiện để thúc đẩy sự tăng sinhcủa tế bào
các tế bào satellite "nguyên thủy" (Numb-/Pax3- / Desmin-/Myf5-/MyoD-), trong khi sự
ức chế của nó dẫn đến sự tập trung các tế bào tiền thân để cho nó có số phận nguyên bào
cơ (Numb-/Pax3-/Desmin-/Myf5-) và sự biệt hóa cơ của chúng. Nhìn chung, dữ liệu cho
thấy phân chia tế bào không đối xứng mà satellite như đánh dấu bằng về không đối xứng
do Numb có thể dẫn đến tế bào satellite tự làm mới bằng cách gây ra các mô hình khác
Trang 13


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

nhau của biểu hiện gen. Tuy nhiên, vai trò cụ thể cho gen Pax và Myf5 trong quá trình
này vẫn còn được chứng minh (Sophie và Michael, 2004).
Trong đáp ứng tổn thương cơ, các tế bào satellite được hoạt hóa và bắt đầu tăng
sinh, ở thời kỳ này, chúng luôn nhờ vào các các tế bào tiền thân thuộc cơ (mpc) lẫn các
nguyên bào cơ. Nhiều tín hiệu khác nhau, nhận từ các sợi đã tổn hại lẫn các tế bào rỉ
qua, liên quan đến sự hoạt hóa của các tế bào satellite, bao gồm : HGF, FGF, IGF, và
NO. Tiến trình của các tế bào satellite đã hoạt hóa theo hướng biệt hóa tạo cơ thì điều
điều khiển chủ yếu bởi Myf5 và biệt hóa tạo cơ 1 (MyoD) và sau đó là sự dung hợp
trong các sợi đang tái tạo. Cái quá trình này mắt xắp sỉ 7 ngày ở chuột trong thời điểm

mà các tế bòa satellite trải qua chức phận biệt hóa, làm tăng một số tế bào có
Pax7+MyoD–, một số khác quay lại trạng thái yên lặng (để duy trì một nhóm gốc) và
nhiều tế bào có Pax7+MyoD+ được tập trung vào quá trình biệt hóa (Hình2.6)
(Francesco và cộng sự, 2010).
Bất chấp phần lớn các sợi co thắt biệt hóa cao, cơ xương chuột trưởng thành sở
hữu khả năng đặc biệt để tái sinh sau chấn thương. Các tế bào chịu trách nhiệm cho
khả năng này là những tế bào satellite, một quần thể nhỏ của các tế bào gốc trưởng
thành đặt dưới phiến mỏng cơ bản của các sợi cơ và có thể biệt hóa thành các tế bào tế
bào thuộc cơ trong khi vẫn duy trì một nhóm tế bào gốc bằng một cơ chế tự làm mới.
Christophe và cộng sự chứng minh và thảo luận về nguồn gốc phát triển của các tế bào
gốc cơ, trên con đường tín hiệu ảnh hưởng đến sự tăng sinh và sự biệt hóa của chúng,
với xem xét đến các công trình về hình thành cơ xương ở phôi thai cũng như động vật
trưởng thành, sử dụng chuột và gà là mô hình tham khảo. Tác giả đã đưa ra hai mô
hình phổ biến để giải thích cho khả năng tái sinh cũng như biệt hóa của các tế bào
satellite các cơ được trình bày qua hình 2.7 (Christophe và cộng sự, 2009).

Trang 14


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

Hình 2.6 Sự phân chia tế bào không đối xứng trải qua quá trình hoạt hóa của các tế bào
satellite. Ở đây đang có sự thể hiện về giải phẫu của các sợi cơ với các mạch nhỏ kề bên. Các
tế bào satellite và các tế bào thuộc cơ khác (tế bào quanh mao mạch, tế bào tạo máu và tế bào
trung mô và kẽ) thì được mô tả. Sự hóa hóa của các tế bào satellite trong in vivo được đi theo
con đường phân chia bất đối xứng với Pax7, MyoD, và Myf5 đang biểu hiện trong các tế bào
biệt hóa và Pax 7 trong các tế bào quay lại trang thái yên lặng để duy trì một nhóm gốc.

2.5. Tính đa năng của tế bào satellite cơ
Đã có nhiều xác nhân trong nhiều năm nay sự tập trung của tế bào xương có thể
đảo ngược theo thích hợp trong nhiều điều kiện nuôi cấy. Chính các nguyên bào cơ từ
chuột sơ sinh và C2C12 có thể biệt hóa thành quá trình tạo xương hoặc tế bào tạo mỡ
sau trong thử nghiệm vitro với protein tạo xương (BMP2) hoặc gây ứng chế sự tạo
mỡ (Thiazollidinedione hoặc axit béo), tương ứng. Tuy nhiên, các đặc tính đa năng đã
được chứng minh cho tế bào satellite cơ trưởng thành. Cho đến các báo cáo này, tế
bào satellite cơ trưởng thành được coi là các tế bào gốc tập trung vào dòng tạo cơ. Các
công trình của chúng tôi và của những người khác đã chứng minh BMP gây ra việc tạo
xương và chuyển đổi mỡ của tế bào satellite cơ chuột trưởng thành đã phân lập. Sự
biệt hóa tạo xương của các nguyên bào cơ sơ cấp được đặc trưng bởi một sự đồng biểu
hiện các marker như thuộc cơ (chẳng hạn như MyoD, Myf5, và Pax7) và marker tạo
xương (như phosphatase kiềm), cho thấy một sự chuyển đổi biệt hóa trực tiếp từ các
dòng cơ đến dòng tạo xương, chứ không phải là việc thông qua thông qua một tổ tiên
không tập chung. Trong nuôi cấy in vitro của các sợi cơ đơn cho thấy sự chuyển đổi
của các tế bào satellite để tạo xương và dòng tạo mỡ là một hiện tượng hiếm. Sự hiện
diện các tế bào satellite trên các sợi cơ mới được phân lập không thể hiện marker
Trang 15


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

thuộc cơ như Myf5 và MyoD, đề nghị rằng các tế bào satellite chưa hoạt động thì dễ
tạo hình hơn và có thể đi vào con đường không tạo cơ dễ dàng hơn . Hỗ trợ quan điểm
này là việc phát hiện các Msx1, một loại protein homeobox tham gia trong sự biệt hóa
C2C12, được thể hiện trong tế bào satellite chưa hoạt nhưng được điều hòa ngược khi

hoạt hóa tế bào satellite (Sophie và Michael, 2004).

Hình 2.7 Hai mô hình phổ biến giải thích sự tự làm mới và biệt hóa của các tế bào satellite
trong các cơ. A. Mô hình thứ nhất, các tế bào “gốc” satellite có Pax7+/Myf5− đồng tồn tại với
các tế bào satellite “tận tụy” có Pax7+/Myf5+. Các tế bào chỉ biểu hiện Pax7 trải qua sự phân
chia tế bào đông đều hoặc đầu bazơ (baso-apical) để khuếch đại hoặc duy trì tương ứng một
nhớm tế bào gốc. Wnt7a và Frizzled7 (Fz7), suốt con đường phân cực tế bào hai chiều (PCP)
Wnt, kích thích sự phân chia tế bào satellite cân đối, do đó sự úc tiến mở rông (nhân lên)
nhóm quần thể tế bào gốc satellite. Tính hiệu Notch đã ủng hộ cho sự tự làm mới của nhóm tế
bào gốc satellite. Các tế bào satellite đã tập trung Pax7+/Myf5+, hầu như chắc chắn sẽ trải qua
quá trình phân chia cân bằng, trải qua sự ưu đãi cuối về sự biệt hóa. B. Trong mô hình thứ hai,
khi các cơ đã tổn thương, các tế bào satellite chưa hoạt động (Pax7), đi đến thời kỳ hoạt hóa,
tăng sinh (Pax7+/MyoD+). Từ quần thể tạm thời này, đa số tế bào sẽ trải qua quá trình biệt
hóa trong khi thời kỳ có Pax7+/Myf5− sẽ quay lại làm mới nhóm quần thể tế bào satllite.

Trang 16


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

Một số trong các quan sát in vivo đã cho thấy sự tồn tại của các tế bào tiền thân tế
bào trung mô trong cơ xương. Ví dụ, sự hình thành xương lệch vị trí trong cơ xương
đã được mô tả trong một số bệnh của con người. Hơn nữa, sự tích tụ của mô mỡ đã
được hiện diện rộng rãi trong cơ xương trải qua sự thoái hóa như ở những bệnh nhân
mắc bệnh DMD hay chuột hình liên quan đến mdx mô và trong các mô hình khác của
cơ tái sinh. Nhìn chung, các dữ liệu hỗ trợ giả thuyết cho rằng các tế bào cơ satellite có
thể được tham gia vào sự hình thành của mô mỡ và tạo xương dưới trường hợp in vivo

nhất định. Sự kích thích khác thường của tế bào satellite trong quá trình tái tạo cơ bắp
có thể dẫn đến như vậy đảo ngược của tập trung các dòng ảnh hưởng đến hiệu quả của
cơ tái sinh. Tuy nhiên, giả thuyết này vẫn còn được chứng minh trong in vivo (Sophie
và Michael, 2004).
Mặc dù các tế bào gốc trung mô và tế bào thần kinh biểu hiện tính đa năng, đặc
tính này cũng được xây dựng cho các tế bào gốc cơ. Các tế bào satellite của cơ chuột
trưởng thành có khả năng biệt hóa thành nguyên bào xương, tế bào mỡ và ống xương
(Hình 2.8). Các tế bào tế bào tiền thân cơ chưa biệt hóa có nguồn gốc từ một tế bào
satellite đồng biểu hiện nhiều gen xác định như MyoD và Runx, các phân tử này thì
đặc hiệu cho sự biệt hóa thuộc cơ và nguyên bào xương, tương ứng. Các gen xác định
không gây ra con đường biệt hóa được điều hòa ngược đặc biệt trong các tế bào này.
Các tế bào tế bào tiền thân đa năng tương tự đã phân lâp từ cơ trưởng thành từ người
(Wada, 2002).

Trang 17


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

Hình 2.8 Tính đa năng của các tế bào cơ chuột (MMCs) có nguồn gốc từ các tế bào satelite.
Biểu hiện các marker thuộc cơ trong các dòng đã nuôi cấy trong môi trương sơ cấp được xác
định bằng phân tích huỳnh quang miễn dịch với các kháng thể cho MyoD (A), cho Pax7 (B),
cho desmin (C) hoặc cho nestin (D), cũng như kháng thể cộng hợp thứ hai Cy3. (E) MMCs
chưa biệt hóa có sự giống các nguyên bào cơ khi nuôi cấy trong tăng trưởng (pmGM) . (F)
MMCs đã biệt hóa thành các ống cơ biểu hiện chuột nặng myosin sau 4 ngày trong môi
trường biệt hóa (pmDM). (G) MMCs đã biệt hóa thành nguyên bào xương chưa trưởng thành
biểu hiện ALP (khi nuôi cấy trong môi trường biệt hóa pmDM đã bổ xung protein tạo xương

2 (BMP2) trong 4 ngày. (H) MMCs đã biệt hóa thành tế bào mỡ chưa các giọi lipid trong tế
bào chất của chúng khi nuôi cấy 6 ngày trong môi trường DMEM đã bổ sung FBS 10% và
100 µM γ-linolenic acid.

III. Cơ chế tế bào và phân tử của sự tái tạo cơ (David, 2006)
Sự tái tạo cơ được kích hoạt khi mang vật nặng, luyện tập và do chấn thương.
Sự tái tạo cơ cũng xảy ra ở phi hành gia sau chuyến bay trong không gian do từ trạng
thái không trọng lực trở về điều kiện có trọng lực. Cơ không tái tạo dọc theo khoảng
trống và những đoạn bị cắt bỏ của cơ không được tái tạo. Những vết rạch được thực
hiện trên sợi cơ bởi những vết cắt ngang nhỏ hay laser không loại bỏ mô và để lại đầu
cuối của sợi cơ dẫn đến sự tái tạo bằng nảy chồi tế bào chất và nối các sợi cơ bị cắt lại.
Tuy nhiên, hầu hết chấn thương cơ rất nặng và dẫn đến chết mô. Đã có một số mô hình
động vật thí nghiệm về loại chấn thương này, mỗi loại có ưu điểm riêng. Chữa trị các
bệnh di truyền về cơ như loạn dưỡng cơ hay các độc tố cơ chỉ hủy hoại sợi cơ mà
không ảnh hưởng tới mạch và sợi thần kinh. Các chấn thương thiếu máu cục bộ có thể
Trang 18


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

do nát, cắt, đông lạnh và nghẽn tắc mạch. Có thể chống thiếu máu cục bộ nặng bằng
cách lấy cơ ra và ghép nó trở lại vào nền cơ (ghép tự do) hay cắt nhỏ cơ và ghép miếng
cắt lại vào đáy cơ. Trong sự tái tạo của một mảnh cơ ghép tự do có 2 pha chồng lấp
nhau là pha phá hủy sợi cơ và viêm và pha phát triển trong đó tế bào SC là một phần
của sự phát triển cơ trong phôi. Các pha này đã được mô tả rõ trong sự tái tạo cơ ở loài
lưỡng cư và động vật có vú.
3.1.

Phá hủy sợi cơ và gây viêm
Sự kiện đầu tiên xảy ra sau khi ghép mảnh cơ chuột là một làn sóng hoại tử qua

các mô từ ngoại vi mảnh ghép đến trung tâm qua 1 giai đoạn 7 ngày. Sợi cơ bị phân
hủy bởi sự hoạt hóa bổ thể và dòng calcium hoạt hóa các protease trung tính phụ thuộc
calcium. Khi làn sóng hoại tử đi qua cơ, theo sau đó là một phản ứng viêm điển hình
trong đó các chất hấp dẫn hóa học tan thu hút bạch cầu trung tính và đại thực bào đi
vào cơ đang phân hủy. Đại thực bào và bạch cầu trung tính tiêu diệt vi khuẩn và loại
bỏ các mảnh vỡ tế bào do sự phá hủy sợi cơ.
Các nghiên cứu enzyme học cho thấy MMP-9 và MMP-2 được điều hòa tăng
trong suốt pha viêm. Lai in situ cho thấy mRNA của MMP-9 nằm ở tế bào satellite.
MMP-9 phá vỡ các thành phần ECM của sợi cơ đang phân hủy để đại thực bào tiêu
hóa. Sự phân hủy này cũng giải phóng các yếu tố tăng trưởng gắn trên ECM có vai trò
quan trọng trong sự tăng sinh SC. Sự tăng sinh và dung hợp SC vào sợi cơ mới diễn ra
bên trong các lớp đáy và màng bao bên trong của sợi cơ bị phân hủy giống như sự tái
tạo sợi axon diễn ra bên trong các ống nội thần kinh. Các lớp đáy của sợi cơ bị xé vụn
do sự phá hủy một phần cho phép tách SC ra khỏi màng. MMP-2 phân hủy các thành
phần của màng đáy là Fn, Ln, heparin sulfate proteoglycan (HSPG) và ccollagen IV có
thể có liên quan đến sự phá hủy này. Nguyên bào cơ C2C12 được nuôi cấy và cơ bình
thường tổng hợp MMP-2, sự điều hòa của MMP-2 tăng lên trong suốt quá trình tăng
sinh SC tối đa và dung hợp vào ống cơ. Khi sợi cơ mới biệt hóa, tính liên tục của các
lớp màng đáy được phục hồi bởi nguyên bào sợi của các bao nội cơ.
Carlson (1978) đã tổng kết các dữ liệu mô học và sinh hóa của sự tái tạo cơ. Hoạt
tính của 1 số enzyme liên quan đến sự sản sinh ATP qua đường phân
(phosphofructosekinase, α-glycerophosphate) và sự biến dưỡng glycogen
(phosphorylase) giảm xuống rất thấp ngay sau khi cấy ghép cơ và vẫn thấp hơn so với
bình thường trong suốt quá trình tái tạo cơ. Hoạt tính của các enzyme đường phân khác
Trang 19

Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

như pyruvate kinase và lactate dehydrogenase và hoạt tính của adenylate kinase và
creatine kinase cũng giảm nhưng ít hơn, sau đó tăng lên và đạt đến mức bình thường khi
sự tái tạo diễn ra. Enzyme đường phân hexokinase và glucose-6-phosphate
dehydrogenase, enzyme đầu tiên trong con đường pentose phosphate có hoạt tính cao
hơn nhiều so với bình thường trong những ngày đầu tiên sau khi cấy ghép cơ. Trong con
đường pentose phosphate, glucose-6-phosphate bị oxi hóa thành ribose-5-phosphate sinh
ra NADPH cung cấp năng lượng cho phản ứng sinh tổng hợp khử. Ribose-5-phosphate
là điểm đầu để tổng hợp ATP, CoA, FAD và các đơn vị trong chuỗi đường phosphate
của RNA và DNA. Tóm lại, những dữ kiện này cho thấy có sự chuyển từ việc sinh ATP
hiếu khí sang kị khí và hoạt động sinh tổng hợp trong suốt pha sớm của sự tái tạo và
điều này thống nhất với sự phân hủy lúc đầu của cơ được cấy ghép sau đó là sự tăng
sinh, tái mạch hóa và biệt hóa của SC.

Hình 3.1 Sơ đồ các pha chồng lấp trong sự tái tạo của cơ bắp chân ở chuột ghép tự do. Các
sợi cơ ở ngoại vi của mảnh cơ ghép (vùng A) sống sót qua thiếu máu cục bộ. Đa số các sợi cơ
ở bên trong bị phân hủy (vùng B) nhưng các tế bào satellite vẫn sống (hình oval nhỏ, sậm).
Sau 3 ngày, đại thực bào bắt đầu tiêu hóa các mảnh vỡ từ sợi cơ bị hoại tử (vùng C) chỉ để lại
các tế bào satellite đang tăng sinh bên trong các màng đáy. Sang ngày thứ năm, tế bào satellite
bắt đầu dung hợp tạo sợi cơ mới với lớp màng đáy cũ.(vùng D). Những thay đổi này xảy ra
theo hướng hướng tâm. Sau 7 ngày có thể quan sát được các giai đoạn khác nhau trong sự biệt
hóa của sợi cơ mới theo 1 khuynh độ hướng tâm (vùng E).

Trang 20

Sinh học tái tạo cơ xương
3.2.

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

Pha phát triển
Sự xác định, tăng sinh và biệt hóa nguyên bào sợi trong quá trình phát triển

được điều hoà bởi các yếu tố điều hoà cơ bHLH (MRFs) là Myf5, myogenin và
MyoD. Các yếu tố này được hoạt hoá đầu tiên trong đốt thân để quyết định khả năng
sinh cơ của các tế bào myotome. Myotome (đốt cơ) có một thành phần dưới trục bên
sản sinh ra cơ thành cơ thể và cơ đùi và một thành phần trên trục giữa sản sinh ra cơ
lưng. Ở đốt cơ dưới trục, Wnt 7a từ ngoại bì lưng hoạt hoá sự biểu hiện của Pax3
tương ứng với Pax7 của SC ở người trưởng thành và MyoD. Wnt 1, 3a và Shh được
biểu hiện trong ống thần kinh và hoạt hoá Myf5 trong đốt cơ trên trục. MyoD không
được hoạt hoá trong chuột đột biến kép Pax3/Myf5, điều đó cho thấy Pax3 hoạt động
để chuyển thành MyoD trong đốt cơ dưới trục. BMP 4 từ trung bì đĩa bên thúc đẩy sự
biểu hiện Pax3. Nói chung tế bào thiếu Myf5 hay MyoD có thể trở thành tế bào cơ cho
thấy chức năng dư thừa nhưng nếu thiếu cả hai thì tế bào không thể trở thành cơ.
Các yếu tố phiên mã tiếp tục được biểu hiện trong suốt quá trình tăng sinh và di
chuyển của nguyên bào sợi vào vị trí xác định trong hệ cơ xương. Sự dung hợp nguyên
bào sợi vào các ống cơ đa nhân đòi hỏi sự biểu hiện của myogenin. Ngoài ra, có rất
nhiều yếu tố tăng trưởng liên quan đến sự tăng sinh và biệt hoá của cơ giai đoạn phôi,
trong đó yếu tố quan trọng nhất là FGF8 gắn với FGFR4.
Có sự giống nhau và khác nhau trong chương trình phát triển của sự sinh cơ
trong quá trình phát triển và quá trình tái tạo ở cơ trưởng thành. Pax7 được điều hoà
mạnh sau khi SC bị tổn thương, điều này thống nhất với sự kiện SC đã được quyết
định là tế bào sinh cơ. Myf5 có thể được biểu hiện ở tế bào SC im lặng của chuột

trưởng thành ở mức rất thấp nhưng SC không biểu hiện các yếu tố cơ bHLH hoạt động
để quyết định tế bào đốt cơ. Sự biểu hiện của tất cả các yếu tố điều hoà cơ MRFs được
điều hoà tăng bởi SC in vitro hay sau khi chấn thương in vivo đồng nhất với vai trò
của chúng trong tăng sinh và biệt hoá. Tuy nhiên, chuỗi biểu hiện của yếu tố bHLH
khác với chuỗi biểu hiện trong quá trình phát triển phôi, ít nhất là ở in vitro. MyoD
được biểu hiện trước, sau 12h nuôi trên đĩa. Sự biểu hiện của Myf5 và MRF4 tăng bắt
đầu ở 48 giờ và tương ứng với chu kỳ phân chia đầu tiên. Sự biểu hiện của myogenin
được phát hiện không thường xuyên ở 48 giờ và ở tất cả các tế bào nuôi cấy ở 72 giờ,
trùng khớp với khả năng bắt màu miễn dịch của chuỗi nặng myosin của sarcomere và
Trang 21


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

24 giờ trước khi dung hợp nguyên bào sợi, đồng nhất với vai trò của myogenin trong
sự biệt hoá sinh cơ. Sự tái tạo bị giảm ở chuột không có MyoD.
Có một sự khác biệt nhỏ trong hình thức biểu hiện của MRF khi mRNA của
chúng được định lượng trong SC được hoạt hóa riêng lẻ bằng phản ứng PCR. MyoD
hay myf5 được biểu hiện trước. Đa số tế bào biểu hiện đồng thời cả myf5 và MyoD,
sau đó là biểu hiện myogenin. Cuối cùng, nhiều tế bào biểu hiện myf5, MyoD và
myogenin đồng thời. Do đó có sự khác nhau rất lớn về sự biểu hiện các MRF giữa các
tế bào satellite đã hoạt hóa, có thể được xem là kiểu “trung bình”.
Tốc độ tăng trưởng và các đặc điểm dung hợp của nguyên bào cơ phôi và SC
tương tự nhau. Cả 2 đều tăng hoạt tính creatine kinase và thay đổi thành phần isozyme
của creatine kinase khi sự hình thành sợi cơ diễn ra. Giống như nguyên bào cơ ở cơ
phôi, SC ở cơ đang tái sinh của chuột biểu hiện M-cadherin. Cơ của gà trưởng thành
bình thường chi tổng hợp 1 lượng nhỏ heparan sulfate và dermatan sulfate

proteoglycans trong khi cơ đang tái sinh trở lại kiểu phôi là tổng hợp nhiều chondroitin
sulfate proteoglycan.
Sợi cơ ở phôi và đang tái sinh của cơ gà đều tổng hợp chuỗi nặng myosin ở
phôi, chuỗi nhẹ alpha myosin và beta-tropomyosin. Điều này đúng với sợi cơ có nguồn
gốc từ SC của cơ nhanh hay chậm. Tế bào cơ chứa protein S1 – một biến thể của EF1α có ở tất cả tế bào. Tỉ lệ EF-1α: S1 rất cao ở cơ phôi nhưng thấp ở cơ trưởng thành.
Cơ tái sinh trở lại tỉ lệ ở cơ phôi. Tuy nhiên, các tế bào đang bị apoptosis cũng biểu
hiện EF-1α cao, vì vậy, EF-1α tăng trong cơ tái sinh cũng phản ánh sợi cơ bị chết.
Tetranectin được biểu hiện bởi SC, ống cơ và phần còn lại của sợi cơ bị tổn thương.
Sự tổng hợp chuỗi nhẹ myosin trong phôi của cơ nhanh khác với sợi cơ đang tái
sinh. Trong quá trình phát triển phôi, sợi cơ nhanh và chậm tổng hợp chuỗi nhẹ
myosin nhanh và chậm. Trong quá trình tái tạo, SC của sợi cơ chậm lặp lại kiểu này
nhưng SC của sợi nhanh chỉ tổng hợp chuỗi nhẹ nhanh. Sự biểu hiện của đồng hình
mRNA chuỗi nhẹ myosin chậm phụ thuộc vào não trong khi sự biểu hiện của đồng
hình nhanh thì không. Sự khác nhau trong tổng hợp chuỗi nhẹ myosin bởi các sợi
nhanh và chậm đang tái sinh cho thấy sự khác nhau trong hoạt động của SC trong quá
trình phát triển.

Trang 22


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

Những điểm khác biệt khác giữa cơ phôi và cơ tái sinh là sự hiện diện của các
marker glycoprotein bề mặt tế bào OX-2 ở sợi cơ tái sinh nhưng lại không có trong sự
sinh cơ bào thai và sau khi sinh và sự chiếm ưu thế của con đường pentose phosphate
ở cơ đang tái sinh. Việc sử dụng con đường pentose phosphate rõ ràng có liên quan
đến điều kiện kị khí mà ở đó cơ được cấy ghép bắt đầu tái sinh.

Hình 3.2 Các con đường tín hiệu của quá trình sinh cơ trong phôi và quá trình tái tạo cơ.
(A) Quá trình sinh cơ trong phôi. Đốt thân gồm 4 phần: đốt bì (D), . Các tín hiệu Wnt-1 và
Wnt-3a từ ống thần kinh làm biểu hiện myf5 hoạt hóa MyoD để quyết định các
nguyên bào cơ trên trục. Wnt-7a từ ngoại bì (ectoderm – E) cùng với BMP-4 và FGF8 từ trung bì đĩa bên (lateral plate mesoderm – LPM) làm biểu hiện Pax3 hoạt hóa
MyoD để quyết định các nguyên bào cơ dưới trục. Sau khi tăng sinh, các nguyên bào
cơ ở cả 2 trường hợp đều biểu hiện myogenin dẫn đến sự nối và biểu hiện các protein
sợi cơ. Một số nguyên bào cơ vẫn còn chưa biệt hóa là các tế bào satellite (SC).

(B) Sự tái tạo cơ. Tế bào satellite không hoạt động (SC) biểu hiện Pax 7, Notch 1, yếu tố
nhân tế bào cơ (MNF), c-met receptor, protein p130, syndecan 3 và 4. Chấn thương
làm phóng thich HGF từ ECM. HGF gắn vào c-met receptor và hoạt hóa sự biểu hiện
Pax 7 dẫn đến sự bểu hiện MyoD và myf5. Sự tăng sinh của tế bào satellite chịu sự
ảnh hưởng của nhiều yếu tố tăng trưởng khác. Giống như trong sự sinh cơ ở phôi, sự
kết nối và biệt hóa nguyên bào cơ biểu hiện myogenin.
Trang 23


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

3.3. Sự dung hợp của các tế bào tiền thân cơ
Trong quá trình tái tạo cơ, các tế bào cơ cần dung hợp với nhau để hình thành sợi
cơ mới. Các cấu trúc nối liên bào bán ổn định liên kết sự kết dính trung gian tế bào –
tế bào và điều khiển cấu trúc bộ xương tế bào nội bào rất quan trọng. Các cadherin là
các protein xuyên màng điều khiển tương tác tế bào – tế bào phụ thuộc calcium đóng
vai trò quan trọng trong quá trình này. Cụ thể là M-cadherin là phân tử dung hợp đặc
hiệu nguyên bào cơ trong sự tạo cơ ở phôi và sự tái tạo cơ. Đầu tiên, sự ưu tiên biểu

hiện M-cadherin ở cơ xương đang phát triển và đang tái tạo cũng như ở các dòng tế
bào cơ xương cho thấy vai trò của phân tử này trong dung hợp nguyên bào cơ. Mặc dù
mRNA của M-cadherin chỉ được phát hiện ở một lượng nhỏ tế bào satellite yên lặng
nhưng protein của nó tồn tại ổn định trong hầu hết tế bào satellite. Ngoài ra, sự biểu
hiện M-cadherin trong tế bào satellite được cảm ứng khi cơ bị chấn thương cho thấy
vai trò của protein này trong quá trình sửa chữa cơ. Các thí nghiệm in vitro sử dụng
các peptide đối kháng và kĩ thuật RNA antisense đã chứng minh vai trò cần thiết của
M-cadherin trong quá trình dung hợp nguyên bào cơ mà không ảnh hưởng đến sự biệt
hóa sinh hóa của nguyên bào cơ như đã thấy ở sự tăng điều hòa bình thường của các
gene đặc hiệu cơ. Cuối cùng, các tế bào satellite kiểu hình MyoD-/- không thể dung
hợp khi được cảm ứng bởi chấn thương cho thấy có sự biểu hiện M-cadherin giảm
đáng kể. Tuy nhiên vai trò quan trọng của M-cadherin gần đây bị nghi ngờ khi phân
tích chuột có kiểu hình M-cadherin-/-. Trong phân tích này, chuột khiếm khuyết Mcadherin không có sự giảm phát triển nào. Cụ thể là chuột đột biến vẫn phát triển hệ cơ
xương bình thường và cho thấy động học tái tạo cơ bình thường sau khi tiêm CTX.
Các tác giả đã suy luận quan sát này có thể là kết quả của một cơ chế bù trừ với các
cadherin khác như N-cadherin và R-cadherin hiện diện trong cơ xương và có thể thay
thế chức năng của M-cadherin. Sự biểu hiện của N-cadherin tăng lên ở tế bào satellite
được hoạt hóa do chấn thương nhưng chức năng của nó trong dung hợp nguyên bào cơ
cần được xác định. Vì vậy, mặc dù M-cadherin có thể đóng vai trò quan trọng trong
dung hợp tế bào cơ ở sự tái tạo cơ nhưng nó không cần thiết và các cadherin khác có
thể thay thế vai trò của nó trong quá trình tái tạo. Vai trò của m-calpain cũng được đề
cập trong sự tái tổ chức bộ xương tế bào suốt quá trình dung hợp nguyên bào cơ. Mcalpain thuộc họ protease cysteine nội bào hoạt động phụ thuộc calcium và có chức
Trang 24


Sinh học tái tạo cơ xương

Cao Học Di Truyền khóa 21
GVHD: TS Trần Lê Bảo Hà

năng chưa được biết rõ. Hoạt tính của M-calpain tăng lên đáng kể trong quá trình dung
hợp nguyên bào cơ sơ cấp ở phôi. Sự dung hợp in vitro của nguyên bào cơ bị ngăn cản
bởi calpastatin (một chất ức chế đặc hiệu của m- và μ-calpain) hay bởi sự giảm lượng
m-calpain sử dụng kĩ thuật antisense. Ngược lại, sự dung hợp nguyên bào cơ sớm và
nhanh hơn sau khi tiêm m-calpain hay làm giảm nhân tạo lượng calpastatin nội sinh sử
dụng RNA antisense. Vai trò sinh học của m-calpain trong dung hợp nguyên bào cơ
chưa rõ vì cơ chất của proteinase này trong quá trình vẫn chưa được biết rõ. Một mục
tiêu tiềm năng của m-calpain là desmin sợi trung gian. Thú vị là các protein sợi trung
gian của tế bào chất như vimentin, desmin và nestin được nói đến trong sự dung hợp
cơ của quá trình tái tạo. Hơn nữa, mặc dù sự hình thành cơ trong chuột có kiểu hình
Desmin-/- có vẻ bình thường nhưng sự tái tạo không hoàn chỉnh do sự dung hợp
nguyên bào cơ bị trì hoãn. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để xác định vai trò của mcalpain và/hay desmin trong dung hợp tế bào satellite của quá trình tái tạo. Các tiến bộ
gần đây đã khám phá các phân tử tương tác ngoại bào và các chất tác động nội bào
thúc đẩy sự dung hợp tế bào cơ ở loài Drosophila sẽ mang lại những hiểu biết về quá
trình dung hợp nguyên bào cơ ở động vật có vú (Sophie và Michael, 2004).
IV. Các phân tử tín hiệu điều hòa sự kích hoạt và phát triển của SCs
4.1. Tổng quan phát triển cơ xương.
Tất cả các cơ bắp xương động vật có xương sống (ngoài cơ đầu) có nguồn gốc
từ các tế bào tiền thân mesodermal nguồn gốc từ somites (biểu mô hình cầu của bên
trục trung bì). Trong quá trình phôi thai phát triển, đặc điểm của các tiền tế bào
mesodermal đến dòng myogenic được quy định bởi các tìn hiệu hoạt hóa và ức chế từ
các mô xung quanh. Trong quá trình phát triển cơ bắp, một quần thể riêng biệt của
myoblasts không biệt hóa, nhưng vẫn liên kết với bề mặt của myofiber phát triển như
tế bào vệ tin him lặng Sau khi thành thục sinh dục, cơ xương là một mô ổn định đặc
trưng bởi đa nhân postmitotic sợi cơ.
4.2. Vị trí của tế bào satellite (SC) và các phân tử tín hiệu kích hoạt.
Các SC đóng vai trò quan trọng trong tái tạo cơ xương, vị trí SC và các tín hiệu
tác động lên SC đóng vai trò then chốt trong hoạt động tái tạo.

Trang 25