Estudio de la miogénesis en peces teleósteos
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2021
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Resumen
El crecimiento del músculo esquelético está condicionado por 1) el aumento en tamaño de las fibras musculares (hipertrofia) y 2) por el aumento en el número de fibras musculares (hiperplasia). Las células responsables de ambos procesos son las células precursoras miogénicas (MPCs), pero los mecanismos que las llevan a optar por un camino u otro son aún desconocidos.
En este trabajo se estudiaron los mecanismos celulares y moleculares subyacentes a los procesos de hiperplasia e hipertrofia muscular en el pejerrey bonaerense (Odontesthes bonariensis).
Se logró por primera vez en esta especie, realizar cultivos primarios de MPCs a partir de extractos de músculo blanco de juveniles, identificándose 3 poblaciones: 1) células MyoD- pequeñas esférica y con alta relación núcleo/citoplasma; 2) células MyoD+ con las mismas características morfológicas que las células del punto anterior y 3) células MyoD+ de mayor tamaño, baja relación núcleo/citoplasma y forma estrellada. El análisis del estado proliferativo utilizando EdU permitió determinar que las poblaciones identificadas en cultivo primario como MyoD+ son MPCs que se han activado, mientras que las células MyoD- esféricas corresponderían a MPCs quiescentes.
A continuación, se estudió el proceso de diferenciación in vitro en cultivos celulares durante 72 hs. Se determinó que inicialmente las MPCs quiescentes presentan forma esférica pequeña. Posteriormente, se activan y expresan MyoD. La expresión de MyoD se sostiene durante el resto del programa de diferenciación y fusión celular. Seguidamente, estas células aumentan su tamaño y emiten proyecciones citoplasmáticas mediante las cuales pueden migrar, adquiriendo forma estrellada. Al completar su diferenciación a miocitos adquieren forma de huso para posteriormente entrar en contacto entre sí y fusionarse formando miotubos multinucleados.
El desarrollo del cultivo primario de MPCs nos permitió estudiar, a nivel celular, el fenómeno de crecimiento compensatorio en músculo, el cual consiste en el crecimiento acelerado que puede tener lugar luego de un período de ayuno y posterior realimentación. En Odontesthes bonariensis el ayuno inhibe la hipertrofia muscular pero no tiene efectos sobre la hiperplasia. Con el objetivo de evaluar cómo influye la falta de alimento en la proliferación y diferenciación de células musculares, se ayunaron juveniles de pejerrey y luego se aislaron y analizaron las MPCs in vitro utilizando un medio de cultivo rico en nutrientes para emular la condición de realimentación. Si bien se apreció una reducción significativa de la proliferación celular in vivo durante el ayuno, se determinó que las MPCs aisladas de peces ayunados presentaron una mayor velocidad de diferenciación que las aisladas de peces control, sugiriendo que las MPCs adquieren un condicionamiento metabólico como consecuencia de la privación de alimento que determinaría que al encontrarse con una fuente de energía se induzca rápidamente su diferenciación y fusión. Estos datos fundamentan a nivel celular el aumento de la velocidad de hipertrofia observado en peces realimentados.
Adicionalmente, se realizó el análisis transcriptómico por RNAseq del tejido muscular de peces ayunados y peces realimentados, identificándose 2.516 genes expresados diferencialmente. Se determinó que durante el ayuno se reprimen genes asociados a la proliferación celular y a síntesis de matriz extracelular, indicando que el crecimiento muscular se inhibe. Contrariamente, la sobreexpresión de genes que intervienen en el catabolismo de lípidos y proteínas, evidencia la movilización de reservas y componentes celulares hacia la producción de energía en un contexto de carencia de nutrientes externos. En concordancia, se advirtió activada la vía de autofagia, el ciclo de los ácidos tricarboxílicos y la fosforilación oxidativa, lo que aumenta la eficiencia en la utilización de energía. Esto sugiere un cambio de las vías de obtención de ATP, pasando de un metabolismo anaeróbico propio del músculo blanco hacia un metabolismo aeróbico. El hecho de que las células musculares expresen esta maquinaria metabólica altamente eficiente activada al momento de reestablecerse la alimentación, podría justificar el rápido y efectivo aprovechamiento de nutrientes que impulsa la diferenciación de MPCs, permitiendo un súbito crecimiento del tejido muscular por hipertrofia.
Este trabajo de tesis sienta de esta forma por primera vez las bases celulares y moleculares para comenzar a comprender el crecimiento compensatorio en el modelo O. bonariensis.
Descripción
Palabras clave
Miogénesis, Teleósteos, Células precursoras miogéneticas, Odontesthes bonariensis