骨格筋幹細胞と筋肉の再生 / Skeletal muscle stem cells and regeneration

目次 / Index

3種類の筋肉 / Three types of muscles

筋肉は動物が動物たる所以ゆえんです。筋肉の働きによって、私たちは動きたいように動くことができます。高等動物には、心筋・平滑筋・骨格筋の3種類の筋肉があります。心筋は心臓の筋肉で、死ぬまで収縮を続け、全身に血液を送り出します。平滑筋は主に内臓を構成する筋肉で、血管のチューブも平滑筋でできています。骨格筋は私たちが自由に動かせる筋肉で、血液中の酸素と栄養を消費して運動を生み出します。動物の運動は、これら3種の筋肉の協調によって実現されます。各筋肉の細胞はよく似ていますが、同時に、大きく異なってもいます。筋肉の多様性を実現するメカニズムの理解も、当研究室の目標の一つです。

Muscle distinguishes animals. We can move as we want by muscle functions. Higher animals have three types of muscles; cardiac, smooth, and skeletal muscles. Cardiac muscle constructs the heart which pumps blood out. Smooth muscle constructs various internal organs including blood vessel. Skeletal muscle generates movement by consuming oxygen and nutrition provided through blood. Our movements can be realized by cooperation of three muscles. These muscle cells are very similar, in the same way, quite different. One of our interests is the mechanism which enables muscle diversity.

3種類の筋肉 / Three types of muscles
Fig 1. 筋肉の種類 / Muscle types

骨格筋幹細胞 / Skeletal muscle stem cells

骨格筋の特徴の一つは、その強靭な再生能力です。骨格筋の組織は、筋線維という多核の巨大細胞から構成されます。筋線維の細胞膜と基底膜の間には、単核の衛星細胞 (サテライト細胞) と呼ばれる幹細胞が存在します。筋線維1本あたり、数個〜数十個の衛星細胞が接着しています。筋線維は細胞分裂をしません。骨格筋の組織は、幹細胞である衛星細胞の働きによって再生します。

Robust regeneration capacity is one of the remarkable characteristics of skeletal muscle. Skeletal muscle tissue is mainly composed of myofibers which are multinuclear giant cells. Skeletal muscle stem cells, named satellite cells, exist between cell membrane of myofibers and basal lamina. One myofiber has multiple satellite cells. Myofibers can not proliferate. Satellite cells as stem cells regenerate skeletal muscle.

骨格筋幹細胞 / Skeletal muscle stem cell
Fig 2. 骨格筋幹細胞 / Skeletal muscle stem cells

骨格筋の再生 / Skeletal muscle regeneration

通常、衛星細胞は静止状態にあり、増殖しません。しかし、骨格筋が損傷するなどの刺激を受けると、衛星細胞は活性化されて筋芽細胞と呼ばれる前駆細胞となります。筋芽細胞は数回の細胞分裂によって増殖した後、筋細胞へと分化します。そして複数の筋細胞が互いに融合して、多核の筋管となります。筋管は新しく筋線維を形成したり、元から存在する筋線維と融合することで、骨格筋を再生します。

私たちは、動物の骨格筋から採取した筋芽細胞を培養し、研究材料として使用しています。

Satellite cells are generally quiescent. However, stimulation such as muscular injury activates satellite cells into myoblasts as progenitor cells. After the several round of cell divisions, myoblasts differentiate into myocytes. Then myocytes fuse with each other to form multinuclear myotubes. Myotubes generate new myofibers or fuse to existent myofibers in order to regenerate skeletal muscle.

We isolate myoblasts from animal skeletal muscle and culture them to use as a research tool.

骨格筋の再生 / Skeletal muscle regeneration
Fig 3. 骨格筋の再生 / Skeletal muscle regeneration

参考文献 / References

Yin H, Price F, Rudnicki MA. Satellite cells and the muscle stem cell niche. Physiol Rev. 2013; 93: 23-67.