Exploring the DNA Damage Response in skeletal muscle cells

Abstract

One of the most dominant phenotypes of aging and many diseases is the low efficiency for muscle regeneration, so it is crucial to better understand its mechanism. Skeletal muscle cells cannot replicate upon being terminally differentiated. When they get mechanically injured, they are capable of regenerating by activating and recruiting nearby satellite cells. These will differentiate and fuse with the damaged fiber. However, the muscle cells are also prone to DNA damage caused by different sources. How myofibers repair themselves upon DNA damage is still poorly studied. We believe that muscle cells also activate satellite cells upon DNA damage, the same way that it happens upon injury. In this work, not only it was reinforced the hypothesis that muscle cells use a novel mechanism to eliminate DNA damage, but it was also tested if the muscle resorted to satellite cell activation to repair the damaged fibers. We started by analyzing the cytoplasm of DNA-damaged myotubes by Electron Microscopy and identified a higher level of vesicles when compared to wild-type myotubes. We also analyzed the conditioned medium of the same cells by Mass Spectrometry. Finally, we tested if myoblasts would activate upon being in contact with the conditioned medium, by seeing the expression of various differentiation markers and testing several techniques. The results suggest that there might be activation of satellite cells due to DNA damage.

Um dos principais fenótipos característico do envelhecimento e de muitas doenças é a perda de eficácia da regeneração dos músculos, o que faz com que seja indispensável entender mais sobre este mecanismo. As células do músculo esquelético não são capazes de replicar após serem diferenciadas. Por contrapartida, quando estas são danificadas, são capazes de regenerar devido à ativação e recrutamento de células satélite. Estas vão diferenciar e fundir com a fibra muscular danificada. Porém, a maneira com que as fibras musculares são capazes de regenerar devido a dano no ADN ainda não está bem esclarecido. Acreditamos que as células do músculo após sofrerem dano no ADN também ativam células satélite, da mesma forma que acontece com as lesões no músculo. Neste trabalho, não só foi reforçado a hipótese de que as células musculares utilizam um mecanismo ainda não reportado para a eliminação do ADN danificado, como se tentou confirmar que as células satélite são ativadas para reparar as fibras musculares. Começou-se por analisar o citoplasma de miotubos com o ADN danificado por Microscopia Eletrónica e identificou-se um maior número de vesículas quando em comparação com miotubos normais. O meio condicionado destas células também foi analisado por Espectrometria de Massa. Por último, foi testado se os mioblastos são capazes de diferenciar após serem tratados com o meio condicionado de miotubos danificados. Para isso, analisou-se a expressão de diversos biomarcadores de diferenciação usando diversas técnicas. Os resultados sugerem que possa existir ativação de células satélite devido ao dano no ADN.