Il muscolo scheletrico è fortemente influenzato dalle molecole appartenenti alla famiglia del TGFβ, in particolare TGFβ e miostatina, che hanno effetti importanti sia sulla miogenesi che sulla fisiologia del muscolo post-natale, oltre ad essere coinvolte in varie condizioni patologiche associate alla perdita di massa muscolare.
Il ruolo del TGFβ nel muscolo scheletrico in vivo ha iniziato soltanto recentemente ad essere delucidato. I numerosi studi condotti in vitro hanno invece permesso di dimostrare che il TGFβ inibisce la miogenesi: in mioblasti in coltura il trattamento con la citochina inibisce fortemente il programma di espressione genica alla base del differenziamento miogenico, e di conseguenza il differenziamento terminale dei mioblasti e la formazione dei miotubi (Massagué, 1986; Olson, 1986). I meccanismi molecolari attraverso i quali il TGFβ inibisce il differenziamento dei mioblasti non sono stati ancora completamente delucidati. L’effetto di inibizione della miogenesi indotto dal TGFβ è almeno in parte dovuto ad una riduzione sia dei livelli di espressione che dell’attività dei fattori di trascrizione miogenici MRF e dei MEF2 ed è mediato dalla via di segnalazione delle Smad. In particolare, è stato dimostrato che Smad3 interagisce fisicamente con i MRF (Liu, 2001) e con i MEF2 (Liu, 2004), alterandone così la capacità di attivare l’espressione genica e mediando in questo modo l’azione anti-differenziante del TGFβ. Altri esperimenti suggeriscono che non solo Smad3, ma anche Smad2 sia un effettore importante dell’azione anti-miogenica del TGFβ, sebbene non siano ancora noti con precisione i meccanismi molecolari coinvolti (Potthoff, 2007). Sembra inoltre che la citochina possa inibire i MEF2 a livello funzionale inducendone la traslocazione dal
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nucleo al citoplasma ed impedendo quindi al fattore trascrizionale di partecipare alla formazione di complessi trascrizionalmente attivi (De Angelis, 1998). Dal momento che i fattori di trascrizione miogenici, oltre a stimolare l’espressione di geni muscolo-specifici, regolano in modo positivo anche la loro reciproca espressione (Thayer, 1989), la riduzione dei livelli di tali fattori di trascrizione che si osserva in presenza del TGFβ potrebbe essere dovuta alla riduzione della loro capacità di regolare l’espressione genica indotta dalla citochina. Infine, è stato recentemente dimostrato che anche i microRNA, molecole coinvolte nella regolazione di numerosi processi biologici, partecipano all’inibizione della miogenesi indotta dal TGFβ (Sun, 2008).
Durante l’embriogenesi, il TGFβ è espresso a livello dei somiti prima ancora dello sviluppo delle cellule muscolari. Questa osservazione ha portato ad ipotizzare che la citochina, attraverso i meccanismi sopra descritti, possa inibire l’azione dei fattori miogenici a questo stadio dell’embriogenesi, ritardando l’induzione dell’espressione dei geni muscolo-specifici e permettendo alla popolazione di precursori miogenici commissionati di essere amplificata prima di andare incontro a differenziamento terminale (Heine, 1987).
La capacità del TGFβ di inibire la miogenesi ha un ruolo importante, oltre che durante l’embriogenesi, anche nel processo di rigenerazione del muscolo in seguito a danno. È stato inoltre dimostrato che la citochina ha un impatto negativo sulla rigenerazione muscolare non solo per la sua azione anti-differenziante sui mioblasti, ma anche a causa della sua capacità di promuovere la fibrosi, un processo caratterizzato dall’accumulo di tessuto connettivo che ha come conseguenza un’alterazione permanente della struttura e della funzione del muscolo. La formazione di tessuto fibrotico nell’area lesionata compromette dunque il processo di riparazione del danno ed ha come conseguenza un incompleto recupero funzionale del muscolo. In seguito ad un danno nell’area lesionata del muscolo si ha l’infiltrazione di linfociti che rilasciano numerosi mediatori dell’infiammazione, citochine e chemochine, che stimolano l’attivazione delle cellule satelliti e quindi la rigenerazione muscolare (Ciciliot, 2010). Alcuni di questi fattori, tuttavia, sono responsabili dell’innesco del processo di fibrosi (Ciciliot, 2010), ed influenzano quindi negativamente la rigenerazione muscolare. Uno di essi è il TGFβ, le cui proprietà fibrogeniche sono state dimostrate in vari tessuti danneggiati oltre che nel muscolo scheletrico (Branton, 1999). È stato dimostrato che gli elevati livelli di TGFβ presenti nel muscolo lesionato sono attribuibili non solo all’infiltrato linfocitario, ma anche ai mioblasti e alle fibre muscolari in rigenerazione. La citochina, infatti, stimola la propria espressione nei mioblasti mediante un meccanismo le cui basi molecolari non sono ancora note (Li, 2004). È stato pertanto ipotizzato che il TGFβ rilasciato da linfociti infiltranti in seguito a danno muscolare induca la propria espressione in mioblasti e miofibre rigeneranti, innescando un feedback positivo responsabile degli elevati livelli della citochina che inibiscono la rigenerazione del muscolo e promuovono invece la fibrosi nella sede della lesione. L’azione pro-fibrotica del TGFβ è mediata a livello molecolare dall’induzione della
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sintesi di numerose proteine della matrice extracellulare e al tempo stesso dall’inibizione dell’attivazione delle proteasi responsabili della loro degradazione, con conseguente sovraproduzione di matrice extracellulare (Kovacs, 1994). Il TGFβ stimola inoltre la proliferazione dei fibroblasti, contribuendo anche in questo modo alla formazione di tessuto connettivo (Kovacs, 1994). Più recentemente è stato osservato che in risposta ad un danno muscolare il TGFβ promuove la fibrosi anche mediante la sua capacità, dimostrata sia in vitro che in vivo, di indurre il transdifferenziamento delle cellule miogeniche in cellule fibrotiche, i miofibroblasti, che esprimono proteine marker dei fibroblasti (vimentina e fibronectina) e delle cellule muscolari lisce (isoforma α dell’actina del muscolo liscio: α-SMA) (Li, 2004). Oltre a promuoverne il differenziamento, il TGFβ stimola anche la proliferazione dei miofibroblasti (Branton, 1999).
L’importanza del TGFβ nella patogenesi del processo di fibrosi nel muscolo scheletrico lesionato è confermata dal fatto che il trattamento con decorina, una molecola che legandosi alla citochina ne impedisce l’interazione con i suoi recettori e quindi l’attivazione della via di segnalazione, blocca la formazione di tessuto fibrotico e permette una efficiente riparazione del danno muscolare (Fukushima, 2001). È stato recentemente suggerito che il signalling del TGFβ contribuisca alla patogenesi di modelli di miopatie non correlate caratterizzate da incapacità nella rigenerazione muscolare: in modelli murini di sindrome di Marfan, causata da mutazioni della fibrillina-1 extracellulare, o in modelli murini di distrofia muscolare di Douchenne, dovuta a mutazioni della distrofina, si osserva infatti un eccessivo signalling della citochina. Antagonizzando a livello sistemico il signalling del TGFβ mediante l’utilizzo di un anticorpo specifico o del Losartan, inibitore del recettore di tipo 1 dell’angiotensina II che mediante la trombospondina porta a liberazione del TGFβ dal TGFβ latente, si osserva una normalizzazione dell’architettura, dei processi di riparazione e della funzione del muscolo scheletrico (Cohn, 2007). Questi dati suggeriscono dunque che l’inibizione della rigenerazione muscolare e l’induzione della fibrosi mediate da TGFβ siano un tema comune che influenza la progressione di molteplici miopatie.