Ruolo della Protein Chinasi C epsilon nel differenziamento muscolare cardiaco e scheletrico

Abstract

La famiglia delle Protein Chinasi C è stata ampiamente studiata durante il differenziamento di diversi tipi cellulari. È noto che l'isoforma ε, appartenente al sottogruppo delle nuove PKC, esercita un essenziale ruolo cardioprotettivo e di precondizionamento in seguito a danno da riperfusione. Inoltre, nel muscolo scheletrico adulto, la PKCε fa parte della via segnaletica che regola l'internalizzazione del glucosio in seguito alla contrazione muscolare. L'obiettivo di questa ricerca è stato quello di comprendere il ruolo fisiologico che la PKCε esercita durante il differenziamento muscolare cardiaco e scheletrico e di caratterizzare le vie segnaletiche coinvolte in questi processi. Come modello di differenziamento cardiaco in vitro abbiamo scelto di utilizzare cellule staminali mesenchimali del midollo osseo. I nostri risultati dimostrano che la PKCε regola negativamente l'espressione di due fattori di trascrizione essenziali per il differenziamento cardiaco, Gata4 e Nkx2.5 attraverso l'attivazione delle chinasi ERK1/2. Abbiamo inoltre studiato il coinvolgimento della PKCε nel differenziamento muscolare scheletrico. Esperimenti effettuati in vitro dimostrano che la presenza nel nucleo della forma attiva di questa chinasi, fosforilata a livello della serina 729, inibisce la proteina di legame alla cromatina HMGA1 e promuove l'espressione dei marcatori miogenici Miogenina e MRF4. Questa cascata molecolare promuove la fusione dei mioblasti e induce il differenziamento terminale scheletrico. Infine, abbiamo dimostrato che, in seguito a danno muscolare effettuato in vivo, la PKCε è espressa nelle miofibre rigeneranti centro-nucleate. L'utilizzo di un inibitore specifico della PKCε nel muscolo danneggiato inibisce l'espressione dei fattori di trascrizione miogenici MyoD e Miogenina, modulando negativamente il processo rigenerativo. I nostri risultati dimostrano che la PKCε è un importante regolatore di geni essenziali coinvolti nel differenziamento muscolare scheletrico e cardiaco, suggerendo che l'espressione di questa chinasi deve essere finemente modulata in questi sistemi biologici.

Protein kinase C has been studied in the differentiation process of several cellular types. It is well-known that a novel isoform of this family, PKCε, exerts an essential cardio-protective role and mediates the preconditioning in ischemia-reperfusion injury. Furthermore, in adult skeletal muscle, PKCε is involved in the signaling pathway that regulates glucose uptake after muscle contraction. The goal of this research was to elucidate the physiological role that PKCε plays during cardiac and skeletal muscle differentiation and to determine the molecular pathways involved in these processes. We used rat bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) as a model of in vitro cardiomyogenic differentiation. Our results show the ability of PKCε to negatively regulate the expression of two essential cardiac transcription factors, Gata4 and Nkx2.5, via activation of ERK1/2. We also studied the PKCε involvement in skeletal muscle differentiation. In vitro experiments reveal that the accumulation of phospho Ser729-PKCε in the nucleus inhibits of the chromatin binding protein HMGA1 and promotes the expression of the myogenic markers Myogenin and MRF4. This molecular cascade promotes in vitro myoblast fusion and myogenic terminal differentiation. We also found that, after in vivo muscle injury, PKCε accumulates in regenerating, centrally-nucleated myofibers. In damaged muscle, PKCε specific inhibition dramatically impairs the expression of the myogenic transcription factors, MyoD and Myogenin, affecting the regenerative process. Our findings demonstrate that PKCε is a critical regulator of essential genes involved in cardiac and skeletal muscle differentiation, suggesting that the expression of this kinase has to be finely tuned in these biological systems.