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Quels types de vaisseaux sanguins peuvent se régénérer chez l'homme/les mammifères ?


Quels types de vaisseaux sanguins peuvent se régénérer chez l'homme/les mammifères ? D'après ce que j'ai compris, les artères et les artérioles peuvent se créer plus tard dans la vie, alors que ce n'est pas nécessairement le cas des veines. Cependant, je ne comprends pas pourquoi les vaisseaux sanguins endommagés d'un œil se rétablissent, alors que ce n'est pas le cas pour d'autres parties du corps. De plus, je ne comprends pas comment fonctionnent les agents angiogéniques.

Les types de vaisseaux sanguins auxquels j'ai pensé incluent:

  • Artères
  • Artérioles
  • Capillaires
  • Venules
  • Veines

De plus, la capacité varie-t-elle selon les organes (par exemple, les vaisseaux sanguins d'une main par rapport aux vaisseaux sanguins d'un œil) ?


Les types de vaisseaux sanguins dans votre corps

Les vaisseaux sanguins sont des réseaux complexes de tubes creux qui transportent le sang dans tout le corps afin qu'il puisse fournir des nutriments précieux et éliminer les déchets des cellules. Ces tubes sont constitués de couches de tissu conjonctif et de muscle avec une couche interne formée de cellules endothéliales.

Dans les capillaires et les sinusoïdes, l'endothélium constitue la majorité du vaisseau. L'endothélium des vaisseaux sanguins est en continuité avec la paroi interne des tissus d'organes tels que le cerveau, les poumons, la peau et le cœur. Dans le cœur, cette couche interne s'appelle l'endocarde.


Réparation et régénération d'organes : un aperçu

Un certain nombre d'organes ont la capacité intrinsèque de se régénérer, une caractéristique distinctive qui varie selon les organismes. La régénération des organes est un processus qui n'est pas encore entièrement compris. Cependant, lorsque ses mécanismes sous-jacents sont démêlés, il détient un potentiel thérapeutique énorme pour l'homme. Dans cette revue, nous avons choisi de résumer le potentiel de réparation et de régénération des organes et systèmes organiques suivants : thymus, glande surrénale, glande thyroïde, intestin, poumons, cœur, foie, vaisseaux sanguins, cellules germinales, système nerveux, tissus oculaires, cheveux cellules, les reins et la vessie, la peau, les follicules pileux, le pancréas, les os et le cartilage. Pour chaque organe, une revue des éléments suivants est présentée : (a) les facteurs, les voies et les cellules qui sont impliqués dans la capacité de régénération intrinsèque de l'organe, (b) la contribution des cellules exogènes - telles que les cellules progénitrices, les cellules souches embryonnaires, les cellules pluripotentes induites les cellules souches et les cellules souches dérivées du sang de la moelle osseuse, du sang adipeux et du cordon ombilical - dans la réparation et la régénération d'organes en l'absence d'une capacité de régénération intrinsèque innée, (c) et les progrès réalisés dans l'ingénierie des échafaudages bio-artificiels, des tissus, et organes. La régénération des organes est une thérapie prometteuse qui peut soulager les humains de maladies qui n'ont pas encore été guéries. Il est également supérieur aux traitements déjà existants qui utilisent des sources exogènes pour remplacer la structure et/ou la/les fonction(s) perdue(s) de l'organe.


Quatre types de tissus de base trouvés chez l'homme et les animaux

L'épithélium est un tissu composé de couches de cellules qui tapissent les cavités et les surfaces des structures à travers le corps. C'est aussi le type de tissu à partir duquel de nombreuses glandes sont formées. L'épithélium tapisse à la fois l'extérieur (peau) et l'intérieur des cavités et de la lumière des corps.

La couche la plus externe de notre peau est composée de cellules épithéliales squameuses et kératinisées mortes stratifiées. Le tissu épithélial est constitué de cellules étroitement entassées disposées en feuilles plates. Les épithéliums forment la surface de la peau, tapissent les diverses cavités et tubes du corps et recouvrent les organes internes.

Sous-ensembles de tissu épithélial :

Les muqueuses qui tapissent l'intérieur de la bouche, l'œsophage et une partie du rectum sont tapissées d'un épithélium pavimenteux stratifié non kératinisé. D'autres cavités corporelles ouvertes vers l'extérieur sont tapissées de simples cellules épithéliales squameuses ou cylindriques.

D'autres cellules épithéliales tapissent l'intérieur des poumons, le tractus gastro-intestinal, les voies génitale et urinaire, et constituent les glandes exocrines et endocrines. La surface externe de la cornée est recouverte de cellules épithéliales à croissance rapide et facilement régénérées. Les fonctions des cellules épithéliales comprennent la sécrétion, l'absorption, la protection, le transport cellulaire trans, la détection des sensations et la perméabilité sélective. L'endothélium (la paroi interne des vaisseaux sanguins, du cœur et des vaisseaux lymphatiques) est une forme spécialisée d'épithélium. Un autre type de mésothélium forme les parois du péricarde, de la plèvre et du péritoine.

Fonction:

La fonction des épithéliums reflète toujours le fait qu'ils sont des frontières entre des masses de cellules et une cavité ou un espace.

L'épithélium de la peau protège les tissus sous-jacents de :

L'épithélium cylindrique de l'intestin :

je. Sécrète des enzymes digestives dans l'intestin

ii. Absorbe les produits de la digestion de l'intestin.

Classification:

Chez l'homme, l'épithélium est classé comme un tissu corporel primaire, les autres étant le tissu conjonctif, le tissu musculaire et le tissu nerveux. L'épithélium est souvent défini par l'expression de la molécule d'adhésion e-cadhérine, par opposition à la n-cadhérine, qui est utilisée par les cellules du tissu conjonctif.

Les cellules épithéliales sont classées selon les trois facteurs suivants :

Forme (de la plupart des cellules superficielles) :

Toutes les cellules squameuses sont des cellules de forme irrégulière aplatie. Une couche unicellulaire d'épithélium pavimenteux simple forme les alvéoles de la membrane respiratoire et l'endothélium des capillaires et constitue une barrière minimale à la diffusion. Les cellules squameuses peuvent être trouvées incluses dans les tubules de filtration des reins et les principales cavités du corps. Ces cellules sont relativement inactives métaboliquement et sont associées à la diffusion d'eau, d'électrolytes et d'autres substances.

Comme son nom l'indique, ces cellules ont une forme similaire à un cube, ce qui signifie que sa largeur est de la même taille que sa hauteur. Les noyaux de ces cellules sont généralement situés au centre. L'épithélium cubique forme les plus petites glandes canalaires et de nombreux tubules rénaux.

Ces cellules sont plus hautes que larges. L'épithélium cylindrique simple est constitué d'une seule couche de telles cellules. Le noyau est également plus proche de la base de la cellule. L'intestin grêle est un organe tubulaire tapissé de ce type de tissu. Des glandes unicellulaires appelées cellules caliciformes sont dispersées à travers les cellules épithéliales cylindriques simples et sécrètent du mucus. La surface libre des cellules cylindriques présente de minuscules projections ressemblant à des cheveux appelées microvillosités. Ils augmentent la surface d'absorption.

Il s'agit d'un type spécialisé d'épithélium qui tapisse les organes qui peuvent s'étirer, tels que l'urothélium qui tapisse la vessie et l'uretère des mammifères. Les cellules pouvant glisser les unes sur les autres, l'aspect de cet épithélium dépend de la distension ou de la contraction de l'organe : s'il est distendu, il apparaît comme s'il n'y a que quelques couches lorsqu'il est contracté, il apparaît comme s'il y a plusieurs couches.

Il y a une seule couche de cellules.

Plus d'une couche de cellules. La couche superficielle est utilisée pour classer la couche. Une seule couche touche la lame basale. Les cellules stratifiées peuvent généralement résister à de grandes quantités de stress.

3. Pseudo stratifié avec cils :

Il n'y a qu'une seule couche de cellules, mais la position des noyaux donne l'impression qu'elle est stratifiée.

1. Cellules kératinisées :

Contient de la kératine (une protéine du cytosquelette). Alors que l'épithélium kératinisé se trouve principalement dans la peau, il se trouve également dans la bouche et le nez, fournissant une barrière résistante et imperméable.

2. Cellules ciliées :

Avoir des extensions apicales de la membrane plasmique composées de microtubules capables de battre rythmiquement pour déplacer le mucus ou d'autres substances à travers un conduit. Les cils sont communs dans le système respiratoire et la muqueuse de l'oviducte.

Ceux-ci sont dérivés du mésoderme :

L'enveloppe externe des poumons et la paroi interne de la cavité thoracique.

Le revêtement extérieur de tous les organes abdominaux et le revêtement intérieur de la cavité abdominale.

La doublure extérieure du cœur.

La paroi interne du cœur, tous les vaisseaux sanguins et lymphatiques sont dérivés du mésoderme. La surface basolatérale de tous les épithéliums est exposée à l'environnement interne (ECF). L'ensemble du feuillet de cellules épithéliales est attaché à une couche de matrice extracellulaire que l'on appelle la membrane basale ou, mieux (car ce n'est pas une membrane au sens biologique), la lame basale.

Un épithélium tapisse également nos voies respiratoires et les alvéoles des poumons. Il sécrète du mucus qui l'empêche de se dessécher et retient les particules de poussière inhalées. La plupart de ses cellules ont des cils sur leur surface apicale qui propulsent le mucus avec sa charge de matières étrangères jusqu'à la gorge.

Tissu Type # 2. Tissu conjonctif :

Comme son nom l'indique, le tissu conjonctif maintient tout ensemble. Elle se caractérise par la séparation des cellules par du matériel non vivant, appelé matrice extracellulaire. Le tissu conjonctif est dérivé du mésoderme et est impliqué dans la structure et le support.

Les cellules du tissu conjonctif sont noyées dans une grande quantité de matériel extracellulaire. Cette matrice est sécrétée par les cellules. Il se compose de fibres de protéines intégrées dans un mélange amorphe de molécules de protéines et de polysaccharides (‘protéoglycane’). Le collagène est la principale protéine du tissu conjonctif chez les animaux et la protéine la plus abondante chez les mammifères, représentant environ 25 % de la teneur totale en protéines.

Le sang, le cartilage et les os sont généralement considérés comme du tissu conjonctif, mais parce qu'ils diffèrent considérablement des autres tissus de cette classe, l'expression « tissu conjonctif proprement dit » est couramment utilisée pour exclure ces trois tissus. Il existe également des variations dans la classification des tissus conjonctifs embryonnaires.

Tissu conjonctif proprement dit :

Tissu conjonctif de soutien :

Donne force, soutien et protection aux parties molles du corps.

Ceci comprend:

Le corps humain contient 206 os de différentes formes et tailles. C'est une matrice extracellulaire très dure et un tissu dynamique.

Les fonctions de l'os comprennent :

je. Maintien de la forme externe

ii. Support de poids

iii. Site de fixation des muscles

iv. Protection des organes internes

v. Stocke le calcium et le phosphore

vi. Site du système hématopoïétique (dans la moelle osseuse)

vii. Facilite les mouvements

L'os est un tissu conjonctif minéralisé. Sa matrice contient à la fois des matières organiques (35 %) et inorganiques (65 %). La matière organique est principalement constituée de protéines. Le composant inorganique ou minéral est principalement de l'hydroxyapatite cristalline, Ca10 (bon de commande4)6(OH)2 ainsi que les ions sodium, magnésium, carbonate et fluorure. 99% du calcium corporel est dans l'os, ce qui donne de la force à l'os.

Les principales protéines présentes dans l'os sont le collagène de type I et V. Les protéines non collagènes comprennent le CS-PG I, II et III (chondroïtine sulfate - protéoglycane), l'ostéonectine, l'ostéocalcine, l'ostéopontine, la sialoprotéine osseuse et les protéines morphogénétiques osseuses. Les composants de l'os sont la moelle, le périoste, l'endoste et les cellules osseuses à divers stades de développement. Les cellules du tissu osseux sont des cellules ostéoprogénitrices, des ostéoblastes, des ostéocytes et des ostéoclastes.

Ce sont des cellules mononucléées qui synthétisent la plupart des protéines (la vitamine D est essentielle). Ils sont responsables du dépôt d'une nouvelle matrice osseuse (ostéoïde) et de la minéralisation subséquente. Ils contrôlent la minéralisation par le passage des ions calcium et phosphate. Les membranes contiennent l'enzyme phosphatase alcaline, qui hydrolyse les phosphates organiques pour libérer des ions phosphate.

Lors de la formation osseuse, les ostéoblastes sécrètent du collagène et des protéines non collagènes pour former la matrice organique. Les protéines de la matrice deviennent insolubles et des dépôts de calcium et de phosphate se produisent (minéralisation) et deviennent de l'hydroxyapatite. Au fur et à mesure de la minéralisation, les ostéoblastes sont entourés de tissu osseux et se différencient en ostéocytes.

Ce sont des cellules en forme d'étoile (les plus abondantes dans l'os). Ces cellules sont reliées les unes aux autres par de longs processus qui occupent de minuscules canaux appelés canalicules. Ces canalicules échangent des nutriments et des déchets et maintiennent le tissu osseux. L'hydroxyapatite, le carbonate de calcium et le phosphate de calcium se déposent autour de ces cellules.

Ce sont des cellules multinucléées. Les ostéoclastes jouent un rôle clé dans la résorption osseuse (dissolution de l'os). Les enzymes lysosomales digèrent les protéines de la matrice osseuse à pH 4 et entraînent la dissolution de la matrice osseuse. Les ions hydrogène sont produits par l'action de l'anhydrase carbonique II.

Les produits de la résorption osseuse, principalement les ions calcium et phosphore, sont transférés vers les capillaires sanguins. La formation osseuse (ostéoblastes) est stimulée par l'hormone parathyroïdienne (PTH), la vitamine D, les androgènes, l'hormone de croissance, l'insuline et inhibée par le cortisol. La résorption osseuse (ostéoclastes) est également stimulée par l'hormone parathyroïdienne, les hormones thyroïdiennes (T3), le cortisol, la vitamine D et inhibée par la calcitonine et les œstrogènes.

Troubles osseux :

Il y a une réduction progressive du tissu osseux par unité de volume (densité osseuse) provoquant une faiblesse du squelette et des fractures de divers os. Certains facteurs comme les œstrogènes et les interleukines 1 et 6 sont impliqués dans la stimulation des ostéoclastes. Des facteurs génétiques et environnementaux sont impliqués dans la résorption osseuse, notamment une mauvaise alimentation (calcium et vitamine D), le tabagisme, la consommation d'alcool et le manque d'exercice.

Ostéopétrose (maladie des os de marbre) :

Augmentation de la densité osseuse due à l'incapacité de résorber l'os. Elle est due à la mutation du gène codant pour l'anhydrase carbonique II (CA II). Ainsi, si CA II est déficient en activité dans les ostéoclastes, une résorption osseuse normale ne se produit pas.

Le rachitisme est un trouble de l'enfance caractérisé par des déformations osseuses dues à une minéralisation défectueuse de l'os. Le plus souvent due à une carence en vitamine D qui stimule l'absorption intestinale du calcium et du phosphate.

Se voit chez l'adulte qui résulte d'une déminéralisation osseuse surtout chez les femmes qui ont peu d'exposition au soleil souvent après plusieurs grossesses. Une supplémentation alimentaire avec œuf, huile de foie de morue, foie peut aider à récupérer ce problème.

Liaison du tissu conjonctif :

Il lie les parties du corps entre elles. Ceci comprend:

Connectez le muscle à l'os. La matrice est principalement constituée de collagène et les fibres sont toutes orientées parallèlement les unes aux autres. Les tendons sont solides mais pas élastiques.

Attachez un os à un autre. Ils contiennent à la fois du collagène et de la protéine élastine. L'élastine permet d'étirer les ligaments.

Tissu conjonctif fibreux :

Il est distribué dans tout le corps. Il sert de matériau d'emballage et de liaison pour la plupart de nos organes. Le collagène, l'élastine et d'autres protéines se trouvent dans la matrice. Le fascia est un tissu conjonctif fibreux qui lie les muscles et lie la peau aux structures sous-jacentes.

Le tissu adipeux est un tissu conjonctif fibreux dans lequel les cellules sont presque remplies d'huile. L'huile est confinée dans des gouttelettes liées à la membrane. Les cellules du tissu adipeux, appelées adipocytes, sécrètent plusieurs hormones, dont la leptine et l'adiponectine. Toutes les formes de tissu conjonctif sont dérivées de cellules appelées fibroblastes, qui sécrètent la matrice extracellulaire.

Tissus conjonctifs embryonnaires :

Il existe deux types de tissus conjonctifs embryonnaires à savoir. Tissu conjonctif mésenchymateux et tissu conjonctif muqueux.

Troubles du tissu conjonctif :

Les différents troubles du tissu conjonctif qui peuvent être à la fois héréditaires et environnementaux sont :

je. Syndrome de Marfan : Une maladie génétique provoquant une fibrilline anormale.

ii. Syndrome de Loeys-Dietz : Une maladie génétique liée au syndrome de Marfan, avec un accent sur la détérioration vasculaire.

iii. Pseudoxanthome élastique : Une maladie héréditaire autosomique récessive, causée par la calcification et la fragmentation des fibres élastiques, affectant la peau, les yeux et le système cardiovasculaire.

iv. Lupus érythémateux disséminé : trouble inflammatoire chronique, multisystémique, d'étiologie au­to-immune probable, survenant principalement chez les jeunes femmes.

v. Fibrodysplasia ossificans progressiva : maladie du tissu conjonctif, causée par un gène défectueux qui transforme le tissu conjonctif en os.

vi. Pneumothorax spontané : poumon effondré, vraisemblablement lié à des anomalies subtiles du tissu conjonctif.

vii. Sarcome : Processus néoplasique provenant du tissu conjonctif.

Matrice extra-cellulaire (ECM) :

Les cellules du tissu conjonctif sont noyées dans une grande quantité de matériel extracellulaire (MEC). Cette matrice est sécrétée par les cellules.

Les principaux composants de l'ECM sont :

Ceci comprend:

(a) Protéines fibreuses structurelles (collagène et élastine)

(b) Protéines spécialisées pour l'adhésion cellulaire (fibrilline, fibronectine & laminine)

Cela comprend les chaînes de polysaccharides, appelées glycosaminoglycanes (GAG), souvent liées de manière covalente aux protéines.

Ce sont le composant majeur de la MEC, constituant 25% de toutes les protéines chez les mammifères. Ils sont distribués dans divers tissus tels que la peau, les os, les tendons, les vaisseaux sanguins, la cornée, le cartilage, les disques intervertébraux et le corps vitré sous forme de fibrilles. En formation de réseau, il est présent dans les membranes basales et sous l'équithélium pavimenteux.

La plupart des collagènes sont en triple hélice (trois chaînes a) qui sont enroulées les unes dans les autres pour former une structure filiforme (fibrille). Chaque chaîne est composée de 1000 acides aminés, riches en glycine et proline. La glycine, le plus petit acide aminé se trouve dans chaque troisième position de la chaîne polypeptidique qui permet de former la triple hélice. La séquence répétitive de l'hélice est -Gly-X-Y où X est souvent la proline Y est souvent l'hydroxy proline ou l'hydroxy lysine (environ 100 de chaque).

La proline et l'hydroxy proline confèrent la rigidité (force) à la molécule de collagène. L'hydroxy proline et l'hydroxy lysine sont formées par hydroxylation post-traductionnelle catalysée respectivement par la prolyl hydroxylase et la lysyl hydroxylase. L'acide ascorbique et un cétoglutarate sont des cofacteurs des enzymes. Certains des résidus hydroxy lysyle sont modifiés par l'ajout de galactose ou de galactosyl-glucose par liaison O-glycosidique. Les collagènes sont synthétisés sous forme de pré-collagènes, puis en pro-collagène et enfin convertis en collagènes.

Certaines des maladies courantes liées au collagène de la MEC sont :

Syndrome d'Ehlers-Danlos (SED) :

C'est une maladie génétique dans la molécule de collagène dans laquelle le collagène de type III est déficient. Cela peut résulter d'un déficit de l'enzyme hydroxylase ou de mutations dans les séquences d'acides aminés dans la synthèse du collagène. Il en résulte une détérioration progressive des collagènes, avec différents types d'EDS affectant différents sites du corps, tels que les articulations, les valves cardiaques, les parois des organes, les parois artérielles, etc. Les problèmes cutanés et vasculaires sont les principaux symptômes exprimés.

Ostéogenèse imparfaite (maladie des os fragiles) :

C'est également un groupe de troubles héréditaires, causés par une production insuffisante de collagène de bonne qualité pour produire des os sains et solides. Il se caractérise par des os qui se plient ou se fracturent facilement. La maladie de type I se présente dans la petite enfance avec des fractures et de type II, est plus grave et les patients meurent in utero. La plupart des patients ont des mutations dans le gène qui remplace la glycine par des acides aminés volumineux à chaîne latérale.

C'est une protéine du tissu conjonctif avec des propriétés caoutchouteuses présentes dans les poumons, les parois des grosses artères, la vessie et les ligaments élastiques. Ils peuvent être étirés à plusieurs fois leur longueur normale, mais retrouvent leur forme d'origine lorsque la force d'étirement est relâchée.

L'élastine est une protéine insoluble synthétisée à partir du précurseur, la tropo élastine, qui est un gène unique. Le polypeptide forme une conformation de bobine aléatoire. La pro élastine contient 700 acides aminés, principalement de la glycine, de l'alanine et de la valine, qui sont petits et non polaires.

Il est également riche en proline et en lysine mais contient peu d'hydroxy proline mais pas d'hydroxy lysine. Certains des résidus lysyle sont désaminés par oxydation pour former des résidus allysine contenant un aldéhyde. Trois résidus allysyle et un lysyle non altéré forment le réseau appelé réticulation desmosine et cela produit l'élasticité du caoutchouc.

Emphysème et1 antitrypsine :

Dans le poumon normal, les alvéoles sont exposées à de faibles niveaux de neutrophiles élastase, libérées par les neutrophiles activés et dégénérés. Cette activité protéolytique peut détruire l'élastine dans les parois des alvéoles des poumons. L'inhibiteur le plus important de cette élastase est l'antitrypsine dont la carence entraîne la destruction de l'élastine, provoquée par l'action de l'élastase et se traduit par une maladie appelée emphysème.

Fibrilline, fibronectine et laminine :

La fibrilline est une grande glycoprotéine qui est un composant structurel des microfibrilles. Le syndrome de Marfan est dû à une mutation du gène de la fibrilline, qui affecte le cristallin, le système squelettique et le système cardiovasculaire. La fibronectine est une glycoprotéine importante impliquée dans l'adhésion cellulaire et la migration cellulaire. La laminine est un composant protéique majeur des lames glomérulaires rénales et autres lames basales.

Protéoglycanes et glycosaminoglycanes (GAG) :

Les glycosaminoglycanes sont généralement liés aux protéines des protéoglycanes. Les GAG occupent de grandes quantités d'espace et forment des gels hydratés et résistent à la compression.

Leurs principales fonctions sont :

je. Agir en tant que composants structurels de l'ECM

ii. Interaction spécifique avec le collagène, l'élastine, la fibronectine, la laminine et les facteurs de croissance

iii. Comme les polyanions se lient aux polycations

iv. Contribuer à la turgescence caractéristique de divers tissus

v. Agir comme des tamis dans l'ECM Faciliter la migration cellulaire

vi. Avoir un rôle dans la compressibilité du cartilage en charge (acide hyalyronique et sulfate de chondroïtine)

vii. Jouer un rôle dans la transparence cornéenne (Keratin sulfate I et Dermatan sulfate)

viii. Avoir un rôle structurel dans la sclérotique (Dermatan sulfate)

ix. Agir comme anticoagulant (Héparine)

X. Sont des composants de la membrane plasmique et agissent comme des récepteurs et participent à l'adhésion cellulaire et aux interactions de cellule à cellule (sulfate d'héparine)

xi. Déterminer la sélectivité de charge du glomérule rénal (sulfate d'héparine)

xii. Sont des composants des vésicules synaptiques et autres

Mucopolysaccharidoses :

Ce sont des troubles héréditaires caractérisés par l'accumulation de GAG ​​dans divers tissus, provoquant des déformations squelettiques et extracellulaires de la matrice et un retard mental. Ils sont dus à la déficience de l'une des enzymes de la dégradation lysosomale du sulfate d'héparine et du sulfate de Dermatan. Les exemples sont le syndrome de Hunter, le syndrome de Hurler et le syndrome de Sanfilippo.

Tissu Tapez # 3. Tissu musculaire:

Le muscle (du latin musculus, diminutif de mus ‘mouse’) est un tissu contractile du corps et est dérivé de la couche mésodermique des cellules germinales embryonnaires. Les cellules musculaires contiennent des filaments contractiles qui se croisent et modifient la taille de la cellule. Ils sont classés en muscles squelettiques, cardiaques ou lisses. Sa fonction est de produire de la force et de provoquer un mouvement, qu'il s'agisse de locomotion ou de mouvement dans les organes internes. La contraction cardiaque et musculaire lisse se produit sans pensée consciente et est nécessaire à la survie.

Les exemples sont la contraction du cœur et le péristaltisme qui pousse les aliments à travers le système digestif. La contraction volontaire des muscles squelettiques est utilisée pour déplacer le corps et peut être finement contrôlée. Les exemples sont les mouvements de l'œil, ou les mouvements bruts comme le muscle quadriceps de la cuisse. Il existe deux grands types de fibres musculaires volontaires : les contractions lentes et les contractions rapides. Les fibres à contraction lente se contractent pendant de longues périodes mais avec peu de force tandis que les fibres à contraction rapide se contractent rapidement et puissamment mais se fatiguent très rapidement.

Types de muscles :

Il existe trois types de muscles :

1. Muscle lisse ou muscle involontaire :

Se trouve dans les parois des organes et des structures telles que l'œsophage, l'estomac, les intestins, les bronches, l'utérus, l'urètre, la vessie, les vaisseaux sanguins et même la peau (dans laquelle il contrôle l'érection des poils). Contrairement au muscle squelettique, le muscle lisse n'est pas sous contrôle conscient.

2. Muscle cardiaque ou muscle involontaire :

Sa structure est plus proche du muscle squelettique et ne se trouve que dans le cœur. Les muscles cardiaques et squelettiques sont "striés" c'est-à-dire qu'ils contiennent des sarcomères et sont emballés dans des arrangements très réguliers de faisceaux que le muscle lisse n'a ni l'un ni l'autre. Alors que les muscles squelettiques sont disposés en faisceaux réguliers et parallèles, le muscle cardiaque se connecte en se ramifiant, formant des angles irréguliers (appelés disques intercalés). Les muscles striés se contractent et se détendent par impulsions brèves et intenses, tandis que les muscles lisses subissent des contractions plus longues ou même quasi permanentes.

3. Muscle squelettique ou muscle volontaire :

Il est ancré par les tendons aux os et est utilisé pour affecter les mouvements squelettiques tels que la locomotion et le maintien de la posture. Bien que ce contrôle postural soit généralement maintenu comme un réflexe subconscient, les muscles responsables réagissent au contrôle conscient comme les muscles non posturaux. Le corps d'un homme adulte moyen est composé de 40 à 50 % de muscles squelettiques et celui d'une femme adulte moyenne est composé de 30 à 40 % (en pourcentage de la masse corporelle).

Le muscle squelettique est en outre divisé en plusieurs sous-types :

Le muscle à oxydation lente, à contraction lente ou « rouge » est dense de capillaires et riche en mitochondries et en myoglobine, donnant au tissu musculaire sa couleur rouge caractéristique. Il peut transporter plus d'oxygène et soutenir l'activité aérobie.

Le muscle à contraction rapide a trois types principaux qui sont, par ordre croissant de vitesse contractile :

Comme le muscle lent, il est aérobie, riche en mitochondries et en capillaires et apparaît en rouge.

(b) Type-IIx : (également connu sous le nom de type IId) :

Ceci est moins dense dans les mitochondries et la myoglobine. C'est le type de muscle le plus rapide chez l'homme. Il peut se contracter plus rapidement et avec une plus grande force que le muscle oxydatif, mais ne peut supporter que de courtes périodes d'activité anaérobie avant que la contraction musculaire ne devienne douloureuse (souvent attribuée à tort à une accumulation d'acide lactique).

Il s'agit d'un muscle anaérobie glycolytique, "blanc" qui est encore moins dense en mito-shychondries et en myoglobine. Chez les petits animaux comme les rongeurs, c'est le principal type de muscle rapide, ce qui explique la couleur pâle de leur chair.

Structure musculaire :

Le muscle est principalement composé de cellules musculaires. À l'intérieur des cellules se trouvent des myofibrilles. Les myofibrilles contiennent des sarcomères, qui sont composés d'actine et de myosine. Les fibres musculaires individuelles sont entourées d'endomysium. Les fibres musculaires sont liées entre elles par le périmysium en faisceaux appelés fascicules. Les faisceaux sont ensuite regroupés pour former le muscle, qui est enfermé dans une gaine d'épimysium.

Les fuseaux musculaires sont répartis dans tous les muscles et fournissent des informations de rétroaction sensorielle au système nerveux central. Le muscle squelettique est organisé en muscles discrets, dont un exemple est le biceps brachial. Il est relié par des tendons aux processus du squelette.

Le muscle cardiaque est similaire au muscle squelettique dans sa composition et son action, étant composé de myofibrilles de sarcomères, mais anatomiquement différent en ce que les fibres musculaires sont généralement ramifiées comme un arbre et se connectent à d'autres fibres musculaires cardiaques par des disques intercalés, et forment l'apparence de un syncydum.

Les trois types de muscles (squelettiques, cardiaques et lisses) présentent des différences significatives. Cependant, tous les trois utilisent le mouvement de l'actine contre la myosine pour créer une contraction. Dans le muscle squelettique, la contraction est stimulée par des impulsions électriques transmises par les nerfs, les nerfs moteurs et les motoneurones en particulier.

Les contractions cardiaques et des muscles lisses sont stimulées par les cellules du stimulateur cardiaque interne qui se contractent régulièrement et propagent les contractions aux autres cellules musculaires avec lesquelles elles sont en contact. Tous les muscles squelettiques et de nombreuses contractions des muscles lisses sont facilités par le neurotransmetteur acétyl-shycholine.

Maladies du muscle :

Maladie neuromusculaire :

Les symptômes des maladies musculaires peuvent inclure une faiblesse, une spasticité, des myoclonies et des myalgies. Les procédures de diagnostic qui peuvent révéler des troubles musculaires comprennent le test des niveaux de créatine kinase dans le sang et l'électromyographie (mesure de l'activité électrique dans les muscles).

Dans certains cas, une biopsie musculaire peut être effectuée pour identifier une myopathie, ainsi que des tests génétiques pour identifier des anomalies de l'ADN associées à des myopathies et des dystrophies spécifiques. Les maladies neuromusculaires sont celles qui affectent les muscles et/ou leur contrôle nerveux.

En général, les problèmes de contrôle nerveux peuvent provoquer une spasticité ou une paralysie, selon l'emplacement et la nature du problème. Une grande partie des troubles neurologiques entraînent des problèmes de mouvement, allant de l'accident vasculaire cérébral (AVC) et de la maladie de Parkinson à la maladie de Creutzfeldt-Jakob.

Une technique d'élastographie non invasive qui mesure le bruit musculaire est en cours d'expérimentation pour fournir un moyen de surveiller les maladies neuromusculaires. Le son produit par un muscle provient du raccourcissement des filaments d'actomyosine le long de l'axe du muscle. Pendant la contraction, le muscle se raccourcit le long de son axe longitudinal et se dilate sur l'axe transversal, produisant des vibrations à la surface.

Il existe de nombreuses maladies et affections qui provoquent une diminution de la masse musculaire, connue sous le nom d'atrophie musculaire, ex. Le cancer et le sida, qui induisent un syndrome d'atrophie corporelle appelé cachexie. D'autres syndromes ou affections pouvant induire une atrophie des muscles squelettiques sont les cardiopathies congestives et certaines maladies du foie.

Il y a une diminution progressive de la capacité à maintenir la fonction et la masse des muscles squelettiques, connue sous le nom de sarcopénie. La cause exacte de la sarcopénie est inconnue, mais elle peut être due à une combinaison de la défaillance progressive des «cellules satellites» qui aident à régénérer les fibres musculaires squelettiques, et d'une diminution de la sensibilité ou de la disponibilité des facteurs de croissance sécrétés critiques qui sont nécessaires pour maintenir la masse musculaire et la survie des cellules satellites. La sarcopénie est un aspect normal du vieillissement et n'est pas réellement un état pathologique.

Inactivité physique et atrophie :

L'inactivité et la famine chez les rongeurs et les mammifères entraînent une atrophie du muscle squelettique, accompagnée d'un nombre et d'une taille plus petits des cellules musculaires ainsi que d'une teneur en protéines plus faible. Chez l'homme, des périodes prolongées d'immobilisation, comme dans les cas d'alitement ou de vol des astronautes dans l'espace, sont connues pour entraîner un affaiblissement et une atrophie musculaires. De telles conséquences sont également notées chez les petits mammifères hibernants comme les spermophiles à mante dorée et les chauves-souris brunes.

Tissu Tapez # 4. Tissu nerveux:

La fonction du tissu nerveux est de communiquer entre les parties du corps. Il est composé de neurones, qui transmettent les impulsions, et de cellules de la névroglie, qui aident à la propagation de l'influx nerveux et fournissent des nutriments au neurone. Tous les tissus nerveux constituent le système nerveux, qui comprend le cerveau, la moelle épinière et les nerfs.

Le tissu nerveux est spécialisé pour réagir aux stimuli et pour conduire des impulsions vers divers organes du corps qui provoquent une réponse aux stimuli. Les tissus nerveux (comme dans le cerveau, la moelle épinière et les nerfs périphériques qui se ramifient dans tout le corps) sont tous constitués de cellules nerveuses spécialisées appelées « neurones », liées entre elles par du tissu conjonctif.

Gaine de tissu conjonctif dense, l'épinèvre entoure le nerf. Cette gaine pénètre dans le nerf pour former le périnèvre qui entoure les faisceaux de fibres nerveuses. Des vaisseaux sanguins de différentes tailles peuvent être observés dans l'épinèvre. L'endonèvre, qui consiste en une fine couche de tissu conjonctif lâche, entoure les fibres nerveuses individuelles. Les cellules gliales font également partie du nerf.

Neurones :

Ils fonctionnent pour la conduction de l'influx nerveux.

Un neurone typique se compose de :

Un corps cellulaire qui contient le noyau

A number of short fibers termed dendrites, extending from the cell body

A single long fiber, the axon

Classification of Neurons:

The neurons are classified— Based upon function as:

(1) Sensory (or afferent) neurons:

Those that conduct impulses from the sensory organs to the central nervous system (brain and spinal cord) are called sensory (or afferent) neurons.

(2) Motor (or efferent) neurons:

These conduct impulses from the central nervous system to the effector organs (such as muscles and glands).

Those that connect sensory neurons to motor neurons are called interneurons (also known as connector neurons or association neurons).

Based upon structure as:

Sensory neurons have only a single process or fibre which divides close to the cell body into two main branches (axon and dendrite). Because of their structure they are often referred to as unipolar neurons.

Motor neurons, which have numerous cell processes (an axon and many dendrites), are often referred to as multipolar neurons. Interneurons are also multipolar.

Bipolar neurons are spindle-shaped, with a dendrite at one end and an axon at the other. An example can be found in the light-sensitive retina of the eye.

Structure of a motor neuron:

A motor neuron has many processes (cytoplasmic extensions) called ‘dendrites’, which enter a large, grey cell body at one end. A single process, the ‘axon’, leaves at the other end, extending towards the dendrites of the next neuron or to form a motor endplate in a muscle. Dendrites are usually short and divided while the axons are very long and do not branch freely.

The impulses are transmitted through the motor neuron in one direction, i.e. into the cell body by the dendrites and away from the cell body by the axon. The cell body is enclosed by a cell (plasma) membrane and has a central nucleus. Granules called Nissl bodies are found in the cytoplasm of the cell body.

Within the cell body, extremely fine neurofibrils extend from the dendrites into the axon. The axon is surrounded by the myelin sheath, which forms a whitish non-cellular fatty layer around the axon. Outside the myelin sheath is a cellular layer called the neurilemma or sheath of Schwann cells. The myelin sheath together with the neu­rilemma is also known as the medullary sheath. This medullary sheath is interrupted at intervals by the nodes of Ranvier.

Neuronal Communication:

Nerve cells are functionally connected to each other at a junction known as synapse, where the terminal branches of an axon and the dendrites of another neuron lie in close proximity to each other but normally without direct contact. Information is transmitted across the gap by chemical secretions called neurotransmitters. It causes activation in the post-synaptic cell. The nerve impulse is conducted along the axon. The tips of axons meet other neurons at junctions called synapses, muscles (called neuromuscular junctions) and glands.

Glial cells surround neurons. Once thought to be simply support for neurons (glia = glue), they turn out to serve several important functions.

Il en existe trois types :

These produce the myelin sheaths that surround many axons in the peripheral nervous system.

These produce the myelin sheaths that surround many axons in the central nervous system (brain and spinal cord).

These are often star-shaped and the cells are clustered around synapses and the nodes of Ranvier where they perform a variety of functions viz. stimulating the formation of new synapses, modulating the activity of neurons, repairing damage and supplying neurons with materials secured from the blood. [It is primarily the metabolic activity of astrocytes that is being measured in brain imaging by positron-emission tomography (PET) and functional magnetic resonance imaging (fMRI)].


Builders and Blocks – Engineering Blood Vessels with Stem Cells

Back in 2001, when we first began studying how regenerative cells (stem cells or more mature progenitor cells) enhance blood vessel growth, our group as well as many of our colleagues focused on one specific type of blood vessel: arteries. Arteries are responsible for supplying oxygen to all organs and tissues of the body and arteries are more likely to develop gradual plaque build-up (atherosclerosis) than veins or networks of smaller blood vessels (capillaries). Once the amount of plaque in an artery reaches a critical threshold, the oxygenation of the supplied tissues and organs becomes compromised. In addition to this build-up of plaque and gradual decline of organ function, arterial plaques can rupture and cause severe sudden damage such as a heart attack. The conventional approach to treating arterial blockages in the heart was to either perform an open-heart bypass surgery in which blocked arteries were manually bypassed or to place a tube-like “stent” in the blocked artery to restore the oxygen supply. The hope was that injections of regenerative cells would ultimately replace the invasive procedures because the stem cells would convert into blood vessel cells, form healthy new arteries and naturally bypass the blockages in the existing arteries.

Image of mouse red blood cells flowing through an engineered human blood vessel implanted in a mouse- Image from Paul and colleagues (2013), Creative Commons license.

As is often the case in biomedical research, this initial approach turned out to be fraught with difficulties. The early animal studies were quite promising and the injected cells appeared to stimulate the growth of blood vessels, but the first clinical trials were less successful. It was very difficult to retain the injected cells in the desired arteries or tissues, and even harder to track the fate of the cells. Which stem cells should be injected? Where should they be injected? Combien de? Can one obtain enough stem cells from an individual patient so that one could use his or her own cells for the cell therapy? How does one guide the injected cells to the correct location, and then guide the cells to form functional blood vessel structures? Would the stem cells of a patient with chronic diseases such as diabetes or high blood pressure be suitable for therapies, or would such a patient have to rely on stem cells from healthier individuals and thus risk the complication of immune rejection?

The complexity of blood-vessel generation became increasingly apparent, both when studying the biology of stem cells as well as when designing and conducting clinical trials. A large clinical study published in 2013 studied the impact of bone marrow cell injections in heart attack patients and concluded that these injections did not result in any sustained benefit for heart function. Other studies using injections of patients’ own stem cells into their hearts had led to mild improvements in heart function, but none of these clinical studies came close to fulfilling the expectations of cardiovascular patients, physicians and researchers. The upside to these failed expectations was that it forced the researchers in the field of cardiovascular regeneration to rethink their goals and approaches.

One major shift in my own field of interest – the generation of new blood vessels – was to reevaluate the validity of relying on injections of cells. How likely was it that millions of injected cells could organize themselves into functional blood vessels? Injections of cells were convenient for patients because they would not require the surgical implantation of blood vessels, but was this attempt to achieve a convenient therapy undermining its success? An increasing number of laboratories began studying the engineering of blood vessels in the lab by investigating the molecular cues which regulate the assembly of blood vessel networks, identifying molecular scaffolds which would retain stem cells and blood vessel cells and combining various regenerative cell types to build functional blood vessels. This second wave of regenerative vascular medicine is engineering blood vessels which will have to be surgically implanted into patients. This means that it will be much harder to get approval to conduct such invasive implantations in patients than the straightforward injections which were conducted in the first wave of studies, but most of us who have now moved towards a blood vessel engineering approach feel that there is a greater likelihood of long-term success even if it may take a decade or longer till we obtain our first definitive clinical results.

The second conceptual shift which has occurred in this field is the realization that blood vessel engineering is not only important for treating patients with blockages in their arteries. In fact, blood vessel engineering is critical for all forms of tissue and organ engineering. In the US, more than 120,000 people are awaiting an organ transplant but only a quarter of them will receive an organ in any given year. The number of people in need of a transplant will continue to grow but the supply of organs is limited and many patients will unfortunately die while waiting for an organ which they desperately need. The advances in stem cell biology have made it possible to envision creating organs or organoids (functional smaller parts of an organ) which could help alleviate the need for organs. One thing that most organs and tissues need is a network of tiny blood vessels that permeate the whole tissue: small capillary networks. For example, a liver built out of liver cells could never function without a network of tiny blood vessels which supply the liver cells with metabolites and oxygen. From an organ engineering point of view, microvessel engineering is just as important as the building of functional arteries.

In one of our recent projects, we engineered functional human blood vessels by combining bone marrow derived stem cells with endothelial cells (the cells which coat the inside of all blood vessels). It turns out that stem cells do not become endothelial cells but instead release a molecular signal – the protein SLIT3- which instructs the endothelial cells to assemble into networks. Using a high resolution microscope, we watched this process in real-time over a course of 72 hours in the laboratory and could observe how the endothelial cells began lining up into tube-like structures in the presence of the bone marrow stem cells. The human endothelial cells were like building blocks, the human bone marrow stem cells were the builders “overseeing” the construction. When we implanted the assembled blood vessel structures into mice, we could see that they were fully functional, allowing mouse blood to travel through them without leaking or causing any other major problems (see image, taken from reference 3).

I am sure that SLIT3 is just one of many molecular cues released by the stem cells to assemble functional networks and there are many additional mechanisms which still need to be discovered. We still need to learn much more about which “builders” and which “building blocks” are best suited for each type of blood vessel that we want to construct. The fact that human fat tissue can serve as an important resource for obtaining adult stem cells(“builders”) is quite encouraging, but we still know very little about the overall longevity of the engineered vessels, the best way to implant them into patients, and the key molecular and biomechanical mechanisms which will be required to engineer organs with functional blood vessels. It will be quite some time until the first fully engineered organs will be implanted in humans, but the dizzying rate of progress suggests that we can be quite optimistic.

(An earlier version of this article was first published on 3Quarksdaily.com).

References and links (all of them are open access, so you can read them for free, including the original paper we published):

1. A recent longform overview article I wrote for “Le scientifique” in which I describe the importance of blood vessel engineering for organ engineering:

2. An unusual and abundant source of adult stem cells which promote the formation of blood vessels: Fat tissue obtained from individuals who undergo a liposuction!

J Rehman “The Power of FatAeon Magazine (2014)

3. The study which describes how adult stem cells release a protein (SLIT3) which organizes blood vessel cells into functional networks (open access – can be read free of charge):

Paul JD, Coulombe KL, Toth PT, Zhang Y, Marsboom G, Bindokas VP, Smith DW, Murry CE, & Rehman J (2013). SLIT3-ROBO4 activation promotes vascular network formation in human engineered tissue and angiogenesis in vivo. Journal of molecular and cellular cardiology, 64 , 124-31 PMID: 24090675


3 ROLE OF TYPE H VESSELS IN BONE REGENERATION

Bone regeneration comprises a series of complex and continuous physiological processes that can be divided into four stages: haematoma formation, fibrous callus formation, bone callus formation and bone shaping plus remodelling. 7 And the process is regulated by complicated interactions between the numerous cell types found in bone, mainly BMSCs, osteoblasts, osteoclasts and osteocytes. BMSCs, located in the bone marrow, are the precursor cells of osteoblasts. They differentiate into osteoblasts and migrate to bone surface to take part in bone regeneration. osteoclasts, as we know, play a crucial role in bone formation and resorption. In recent years, numerous strategies have been detected to accelerate the process of tissue engineering and regenerative medicine fields, such as bone bioactive material, 26, 27 extracellular vesicles (EVs) strategy 28 and stem cell transplantation therapy. 29 Among the promising therapies, vascularization is one of the problems that cannot be ignored. The bioactive scaffold used in bone tissue engineering should be biocompatible and allow blood vessels colonization. In addition, scaffold enriched EVs, that is associated with an enhanced vascularization providing a novel regulatory system in osteo-angiogenesis evolution. 30, 31

During bone development and bone regeneration, the migration of osteogenic precursor cells to the bone defect area is tightly related to the invasion of blood vessels. During defect repair, osteogenic precursor cells and blood vessels invade the bone defect area together to promote the formation of new bone. 32 Blood vessels not only form a local circulation to obtain nutrients and oxygen in the newly formed bone area, but also directly promote bone formation. The endovascular blood sinus is the initial site of osteogenesis, and sufficient nutrients, oxygen and minerals directly promote the formation and mineralization of an osteogenic matrix. 33, 34 Type H vessels have a higher tendency to differentiate into arteries than type L vessels, suggesting a close relationship between type H vessels and newly formed vessels, especially new formed arteries. 18 The formation of new arteries is the basis of local vascular network formation in bone tissue, which is crucial for bone regeneration in a bone defect area.

The osteogenic progenitor cells surrounding type H vessels express the transcription factors Osterix and Runx2, which promote bone formation. Kusumbe et al 13 found that although type H ECs comprise less than 2% of ECs, more than 82% of Runx2 + and 70% of Osterix + osteoprogenitors are selectively positioned around the type H endothelium. Furthermore, type H ECs secrete many factors that stimulate the proliferation and differentiation of osteoprogenitors to regulate osteogenesis. Ramasamy et al demonstrated that Notch signalling in type H vascular ECs plays a key role in mediating vascular formation and osteogenic coupling. Cell proliferation and high expression of Noggin protein occur in type H vascular ECs under the action of Notch signalling. Noggin protein can promote proliferation and differentiation of osteoblastic progenitor cells as well as maturation and hypertrophy of chondrocytes. Mature and hypertrophic chondrocytes can guide vascular budding through high secretion of VEGF and promote the generation of new blood vessels. Through the combination of Notch signalling by ECs, Noggin and VEGF, the processes of osteogenesis and angiogenesis are linked together. 35 After blockade of Notch signalling in ECs, vessel disorganization, cartilage defects, reduced bone trabeculae and many other low osteogenesis manifestations were found in bone marrow. These results indicate that type H vessels play important roles in mediating growth of blood vessels, maintaining number of perivascular bone progenitor cells and coupling of osteogenesis and angiogenesis (Table 1).

Stimulating factor Mécanisme Les références
Dense arrangement of osteoprogenitors Osterix + , Runx2 + and collagen type 1α + osteoblast cells are densely arranged around type H vessel, which give rise to osteoblasts and osteocytes 13, 17, 20
Growth factors secreted by type H vessel ECs Type H vessels can promote bone formation by secreting various factors that stimulate proliferation and differentiation of osteoprogenitors in the bone marrow 13, 35
New arteries formation Type H vessels show a closer relationship to newly formed vessels and have a higher tendency to differentiate into arteries than type L vessels 18
Initiation condition for osteogenesis The newly formed artery network is the basis of local vascular network formation and provides necessary nutrients to meet the metabolic demands of osteogenesis in a bone defect area 18
Matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) MMP-9 released from type H ECs, not osteoclasts, are essential for resorbing cartilage to lead longitudinal bone growth 87

Principles of Regenerative Biology

With the explosion of knowledge from molecular biology and the burgeoning interest in generating or regenerating tissues or organs through various bioengineering or stem cell approaches, many scientists and students have shown a renewed interest in the phenomenon of regeneration. Because relatively few have had the luxury of being able to approach the phenomenon of regeneration from a broad biological perspective, Dr. Carlson has produced a book that outlines the fundamental principles of regeneration biology. Subject matters focus principally on regeneration in vertebrate systems, but also invertebrate regeneration. In order to manipulate regenerative processes, it is important to understand the underlying principles of regeneration. Principles of Regnerative Biology is the key introductory reference for all developmental biologists, geneticists, and tissue and stem cell researchers.

With the explosion of knowledge from molecular biology and the burgeoning interest in generating or regenerating tissues or organs through various bioengineering or stem cell approaches, many scientists and students have shown a renewed interest in the phenomenon of regeneration. Because relatively few have had the luxury of being able to approach the phenomenon of regeneration from a broad biological perspective, Dr. Carlson has produced a book that outlines the fundamental principles of regeneration biology. Subject matters focus principally on regeneration in vertebrate systems, but also invertebrate regeneration. In order to manipulate regenerative processes, it is important to understand the underlying principles of regeneration. Principles of Regnerative Biology is the key introductory reference for all developmental biologists, geneticists, and tissue and stem cell researchers.


Application of the Larval Tissue Model for Functional Analyses

Thus, the juvenile finfold tissue is different from the adult fin in its tissue origin and architecture and cell differentiation status however, it is thought that juvenile tissue regeneration may have several core mechanisms, such as the sensing of a wound, initiation of regeneration, activation of morphogenetic program, etc., in common with mature tissue regeneration. Therefore, it offers a useful analytical system for dissecting the molecular pathways involved in regeneration. Firstly, early-stage larvae are amenable to conventional molecular biology techniques such as gene knockdown using small molecular agonists/antagonists or MOs. Mathew et al. (2006) showed the effect of activation of aryl hydrocarbon receptors on larval regenerative growth, as was earlier done in the adult fin model (Zodrow and Tanguay, 2003). To date, the finfold assay has been successfully used to analyze the involvement of a number of molecules, including Mmp9, ErbB2, and B3, and signaling pathways such as those involving glucocorticoid signaling and retinoic acid signaling (Mathew et al., 2007, 2009 Yoshinari et al., 2009 Rojas-Muñoz et al., 2009 Stewart et al., 2009 Ishida et al., 2010). The small size of the zebrafish larva is convenient for performing a pharmacological test on a small scale. Furthermore, gene knockdown by MOs is easily done by simply injecting MOs into fertilized eggs (Mathew et al., 2007, 2009 Rojas-Muñoz et al., 2009 Stewart et al., 2009 Ishida et al., 2010).Thus, the small size, fast development, and aquatic habitat of fish larvae provide a powerful and quick assay of the regeneration process.

It is particularly noteworthy that the zebrafish larval assay can also be applied for screening drugs that affect regeneration (Mathew et al., 2007). Such phenotypic assays using zebrafish embryos or larvae in microtiter plates are useful for quickly identifying novel compounds that produce defined phenotypic changes or reporter gene expression. Although zebrafish cannot replace mammalian models in the drug development pipeline, they can provide a cost-effective bridge between cell-based assays and mammalian whole-organism models (Brittijn et al., 2009). As zebrafish are cheaper to maintain than rodents and produce large numbers of transparent eggs, such assays could be scaled-up into medium- and high-throughput screenings.

Secondly, like the adult tissue regeneration model, the larval tissue model has also been used for microarray screening for genes that are up- or down-regulated during regeneration (Yoshinari et al., 2009 Mathew et al., 2009). Surprisingly, in addition to the significant overlap of response genes between juvenile and adult models, our analysis has indicated that all genes induced during larval regeneration were also induced in adult regenerates with comparable patterns of gene expression. Considering the distinct tissue origin and structure of larval finfold and adult caudal fin, this provides strong support for the molecular commonality between these two regeneration models.

Using the larval regeneration model, we recently showed that two Junb proteins, Junb and Junb-like (Junbl), and their phosphorylation by JNK play necessary roles in regeneration (Kawakami, 2010 Ishida et al., 2010). Fish species including zebrafish and medaka fish have two junb genes, one expressed in the wound epidermis and the other in the blastema, whereas mammals and most other vertebrates have only one Junb gène. It is known that the phosphorylation sites targeted by JNK are not conserved in mammalian JUNB proteins (Kallunki et al., 1996). We have shown that one of the phosphorylation sites is retained in Junb proteins of many fish species and that the zebrafish Junb and Junbl are indeed phosphorylated in vivo. Moreover, we have revealed that the phosphorylated Junbl and Junb are indispensable for regeneration, as they function in blastema proliferation and epidermal maintenance, respectively. These results suggest that the post-translational regulation of Junb in fish may account for some of their regeneration potential, even though it may not be the sole determinant. Thus, the assay using the juvenile tissue is also a useful model for dissecting the regeneration processes.

In addition to pharmacological and knockdown analyses, a further advantage of the larval tissue model is that the conventional genetic analysis is also applicable. Even homozygously lethal mutations can be used for the assay, but only if they survive up to 5 dpf and maintain a good finfold shape. Most fish mutants actually die at a mid-larval stage due to defective blood circulation or food uptake. Indeed, we have successfully shown that genetic mutations of hspa9 et smarca4, lethal mutations that have been described by their phenotypes in other tissues during development (Gregg et al., 2003 Amsterdam et al., 2004 Craven et al., 2005), display regeneration defects (Yoshinari et al., 2009). These mutants show impaired blastema proliferation, which is consistent with the normal gene expression in the blastema. Significantly, other unrelated mutations that severely affect other developmental processes do not impair regeneration, supporting the specificity of these mutations. Therefore, a conventional genetic screening for mutations that affect juvenile tissue regeneration is possible. Intriguingly, from the zebrafish mutant resources, we have identified a unique mutant whose blastema cells undergo apoptosis during regeneration (Nakajima and Kawakami, unpubl. obs.). Thus, the larval tissue regeneration model has enabled us to utilize conventional molecular and genetic techniques and quickly analyze molecular functions and pathways, though further detailed cell biological studies should also be performed in the adult tissue.


The salamander that eats its siblings’ arms could one day help you grow a new one

Imagine you’re a smiley-faced, feathery-gilled Mexican salamander called an axolotl . You’ve just been born, along with hundreds of brothers and sisters. But salamanders like you live in the wild only in one lake near Mexico City , and that habitat isn’t big enough for all of you. There’s not enough food. Only the strongest can survive. Que fais-tu?

If you’re an axolotl, you have two choices—eat your siblings’ arms, or have your arms eaten.

But even if you are the unfortunate victim of this sibling violence, not all hope is lost. In a few months, you’ll grow a whole new arm—bones, muscle, skin, nerves and all.

“It’s pretty gruesome, but cannibalism is a possible reason why they grow their arms back,” says associate biology professor James Monaghan . His lab studies regeneration in axolotls, a peculiar species that can grow back limbs and other organs to various degrees.

“When an injury occurs, some cues are released in that animal that tells cells near the injury to go from a resting state into a regenerative state,” Monaghan says.

His lab is trying to figure out what those cues are, and how we might induce that response in humans, who have very limited regenerative abilities.

“Humans are notoriously bad at regenerating,” Monaghan says. After we’re done growing, the genes that tell our cells to grow new organs are turned off.

“That’s a good thing because otherwise it’d be chaos,” he says. No one wants to spontaneously grow an extra finger.

“Axolotls can turn back on those genes that we turn off permanently,” Monaghan says.

This researcher's risky idea could mean big things for regenerative medicine

Understanding the specific mechanisms that induce regenerative responses in axolotls is no small task since axolotls have the largest genome ever sequenced .

So far, the lab has identified one molecule, neuregulin-1, which is essential for regeneration of membres , poumons , and possibly hearts.

“When we removed it, regeneration stopped. And when we added it back in, it induced the regenerative response,” Monaghan says. “I’m not saying it’s a golden bullet for inducing regeneration in humans, too, but it could be part of the puzzle.”

A lot of researchers study limb regeneration in axolotls. But Monaghan’s lab is interested in extending this research to other organs, as well.

“When you think of the human condition, most of our issues with disease are with internal organs,” Monaghan says.

Take retina regeneration, for example. Monaghan says we can either learn the process axolotls undergo that allows their specialized cells to return back to developmental cells, and then mimic that process in human eyes. Or, we can learn which elements of the axolotl enable their cells to behave this way, and then add those elements to human stem cell therapy.

To test the latter, Monaghan has teamed up with a Northeastern associate professor of chemical engineering, Rebecca Carrier , and her lab to figure out the best way to transplant mammalian retinal cells using molecules found in the axolotl.

In the experiment, Monaghan and Carrier used pig eyes, which are similar to human eyes. When they transplanted stem cells from the retina of one pig into the retina of another, 99 percent of the transplanted cells died. “Something’s missing,” Monaghan says. “The cells don’t have the right cues.”

But when Carrier and Monaghan injected those same pig stem cells into the axolotl eye, fewer cells died. “They were much happier,” Monaghan says. “There’s something in the axolotl retina that the mammalian cells like.”

This salamander can regenerate limbs like Deadpool. Can it teach us to do the same?

One reason axolotls are so good at receiving transplants is because, unlike humans, they don’t have a learned immune system, meaning they can’t distinguish between themselves and foreign entities.

“It’s really easy to do grafts between animals because the axolotls can’t tell that the new tissue isn’t theirs,” he says. “They don’t reject it like we might.”

An obvious example of this can be seen in axolotls that are genetically modified with a green fluorescent protein found in jellyfish. These naturally white axolotls glow neon green in certain lighting.

“With this we can ask really basic questions, like do cells change their fate when they participate in regeneration?” Monaghan says.

For example, if Monaghan grafts muscle tissue from a green fluorescent animal onto a white axolotl and then that axolotl regenerates, does the axolotl grow green muscle? Do its bones glow green, too? What about its skin?

Researchers have found, however, that cells don’t actually change. Green muscle yields green muscle only.

The axolotl isn’t the only animal that can regrow organs. Starfish, worms, frogs, and other species of salamanders can also regenerate. But axolotls are special because, unlike other animals, they can regrow organs that are just as robust as the originals, no matter how old they get.

For example, tadpoles can regenerate limbs. But once they undergo metamorphosis and become frogs, “they can only regrow a spike,” Monaghan says. “They lose the ability to grow back their digits.”

The axolotl’s ability to fully regrow organs, even as it ages, could be partially due to its perpetual juvenile state. Axolotls, unlike most other amphibians, don’t undergo metamorphosis naturally, which means they never technically reach adulthood, even though they can reproduce. Cette condition est appelée néoténie.

“Axolotls come from a species that used to walk on land,” Monaghan says. They do have legs, after all. “But some mutation occurred that keeps them in the lake and from reaching adulthood.”

To test whether their neotenic state is responsible for their ability to regenerate, Monaghan took a group of axolotl siblings and induced metamorphosis in one half by exposing them to thyroid hormones, a chemical that flips on the maturity switch in these amphibians. The other half was kept in the juvenile state.

In the experiment, the juveniles regenerated normally, but all of their adult siblings regenerated slower than usual, and had deformities in their regrown limbs.

“There is some association with neoteny and the ability to regenerate,” Monaghan says. “But it’s not the main factor.”

That main factor is yet to be discovered. But even though some of this might sound like science fiction, “you already made an arm once,” Monaghan says. “If we could just learn how to turn back on those programs, our bodies might do the rest of the work.”


source : en.wikipedia.org

Pattern formation in the morphogenesis of an animal is regulated by genetic induction factors that put cells to work after damage has occurred. Neural cells, for example, express growth-associated proteins, such as GAP-43, tubulin, actin, an array of novel neuropeptides, and cytokines that induce a cellular physiological response to regenerate from the damage. Many of the genes that are involved in the original development of tissues are reinitialized during the regenerative process. Cells in the primordia of zebrafish fins, for example, express four genes from the homeobox msx family during development and regeneration.


Les références

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