骨格筋再生の初期段階における接着および細胞外マトリックス分子の遺伝子発現プロファイル

Gene expression profile of adhesion and extracellular matrix molecules during early stages of skeletal muscle regeneration.

• Laura C Ceafalan
• Maria Dobre
• Elena Milanesi
• Andrei M Niculae
• Emilia Manole
• Mihaela Gherghiceanu
• Mihail E Hinescu

抄録

骨格筋の再生は、ミエロイド細胞のリクルートと細胞外マトリックス（ECM）のリモデリングを伴う筋形成の協調を意味する。現在のところ、筋肉病変の重症度や予後を診断するための特異的なバイオマーカーは存在しない。本研究では、骨格筋再生のマイルストーンであり、ホモ・ヘテロ細胞間の協力関係の前提となる細胞外マトリックスや接着分子の遺伝子発現プロファイルを調べることを目的に、急性挫傷モデルマウスを用いて、細胞間協力、遊走、ECMリモデリングに関与する遺伝子の発現解析を行った。受傷後の初期の2つの時点で得られた結果を、他の2つの外傷モデルのGSE5413データセットと比較した。傷害後3日目、炎症性細胞が侵入すると、細胞-マトリックス相互作用と遊走に関連する遺伝子がアップレギュレーションされた。5日目以降、筋芽細胞の遊走と分化が始まると、基底膜構成因子の遺伝子がダウンレギュレーションされるのに対し、ECM分子、マクロファージ、筋芽細胞接着、遊走受容体の遺伝子はアップレギュレーションされることがわかった。しかし、そのプロファイルや誘導時間は実験モデルによって異なり、常にアップレギュレーションされている遺伝子は少数であった。遺伝子のアップレギュレーションは、より重度の外傷を受けると、より高く、より遅延し、より多様になった。さらに、最もアップレギュレーションされた遺伝子の一つはペリオスチンであり、これは重度の筋損傷と好ましくない構造修復を示唆するものであった。

Skeletal muscle regeneration implies the coordination of myogenesis with the recruitment of myeloid cells and extracellular matrix (ECM) remodelling. Currently, there are no specific biomarkers to diagnose the severity and prognosis of muscle lesions. In order to investigate the gene expression profile of extracellular matrix and adhesion molecules, as premises of homo- or heterocellular cooperation and milestones for skeletal muscle regeneration, we performed a gene expression analysis for genes involved in cellular cooperation, migration and ECM remodelling in a mouse model of acute crush injury. The results obtained at two early time-points post-injury were compared to a GSE5413 data set from two other trauma models. Third day post-injury, when inflammatory cells invaded, genes associated with cell-matrix interactions and migration were up-regulated. After day 5, as myoblast migration and differentiation started, genes for basement membrane constituents were found down-regulated, whereas genes for ECM molecules, macrophage, myoblast adhesion, and migration receptors were up-regulated. However, the profile and the induction time varied according to the experimental model, with only few genes being constantly up-regulated. Gene up-regulation was higher, delayed and more diverse following more severe trauma. Moreover, one of the most up-regulated genes was periostin, suggestive for severe muscle damage and unfavourable architecture restoration.

© 2020 The Authors. Journal of Cellular and Molecular Medicine published by Foundation for Cellular and Molecular Medicine and John Wiley & Sons Ltd.