| dc.date.accessioned |
2022-07-04T04:40:45Z |
|
| dc.date.available |
2022-07-04T04:40:45Z |
|
| dc.date.issued |
2022-07-04 |
|
| dc.identifier.uri |
http://hdl.handle.net/123456789/42316 |
|
| dc.title |
Ultrastructure of mitochondria during satellite cell activation and proliferation |
en |
| ethesis.faculty |
Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta |
fi |
| ethesis.faculty |
Faculty of Biological and Environmental Sciences |
en |
| ethesis.faculty |
Bio- och miljövetenskapliga fakulteten |
sv |
| ethesis.faculty.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/4d959249-d6aa-44fa-93ff-807dbf9ffaae |
|
| ethesis.university.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/50ae46d8-7ba9-4821-877c-c994c78b0d97 |
|
| ethesis.university |
Helsingin yliopisto |
fi |
| ethesis.university |
University of Helsinki |
en |
| ethesis.university |
Helsingfors universitet |
sv |
| dct.creator |
Sandvik, Martin |
|
| dct.issued |
2022 |
|
| dct.abstract |
Skeletal muscle is the most abundant tissue in the body, accounting for up to 40-50% of total bodyweight. Regeneration of this tissue is dependent on skeletal muscle stem cells, which are termed satellite cells (SCs) based on their anatomical position between the basal lamina and plasma membrane of muscle fibers. SCs exist under homeostatic conditions in a reversible G0 phase of the cell cycle. Quiescent SCs are recognized by the expression of the paired box 7 (Pax7) transcription factor, in the absence of other myogenic transcription factors such as myoblast determination protein 1 (MyoD) or myogenin (MyoG). Quiescent SCs are metabolically less active with a low oxygen consumption rate. They contain less ATP and have few mitochondria with a low membrane potential in comparison to activated SCs. Activated SCs enter the cell cycle and start to proliferate, undergoing metabolic rewiring to primarily utilize glycolysis for energy production. During early activation, there is an increase in mitochondrial content and ATP production, while the oxygen consumption rate (OCR) and extracellular acidification rate (ECAR) increase later during active proliferation. Although similar population dynamics, SCs are a heterogenous population of stem cells, with differences in the expression of notch receptors, stem cell markers, ATP and mitochondrial content, which in turn affect the myogenic potential of the cells.
Mitochondria are semi-autonomous, double membrane organelles with various regulation within the cell, such as calcium homeostasis, apoptosis, production of metabolic intermediates, reactive oxygen species (ROS) metabolism, and ATP generation through oxidative phosphorylation (oxphos). Differentiation of various other stem cell types is accompanied by an increase in both mitochondrial content and oxidative phosphorylation, with ultrastructural changes that favour this shift in metabolism.
The aim of this thesis was to quantify the ultrastructural changes that occur within SC mitochondria during the early proliferative phase, and to implement a method of Correlative Light and Electron Microscopy (CLEM) for identifying and studying subpopulations of SCs.
After isolation and during early activation, SCs contain few mitochondria with a diffuse ultrastructure. Classification of the observed mitochondrial phenotypes revealed heterogeneity both within and between timepoints. During later phases of proliferation, there was an increase in the proportion of mature mitochondria, with an increase in cristae density and a decrease in cristae width.
Utilizing genetically modified R26-Snaptag-Omp25 x PAX7CreErt2 mice in which recombination with tamoxifen initiates the expression of mitochondrial outer membrane protein 25 (omp25) bound with a SNAP-tag, allowed for specific and temporal labelling of SC mitochondria by fluorescent SNAP substrates. Performing CLEM on fluorescently labelled SC mitochondria enabled their identification during transmission electron microscopy (TEM). In addition to this, temporal labelling of pre-existing (old) and newly imported (young) omp25 revealed a few cells that contained more old mitochondria, with the cristae density being higher in these. While this indicates a correlation between mitochondrial content and ultrastructure within subpopulations of SCs, further studies are needed to validate these early observations. |
en |
| dct.abstract |
Skelettmuskelvävnad är den mest förekommande vävnaden i kroppen och den utgör ca 40–50% av kroppsvikten. Regeneration av skelettmuskelvävnad är beroende av stamceller som kallas satellitceller (SC) baserat på deras anatomiska position mellan basala lamina och plasma membranet av muskelfibern. Under homeostatiska förhållanden existerar SC i en reversibel G0 fas av cellcykeln. Mitotiskt inaktiva SC kännetecknas genom expressionen av transkriptionsfaktorn paired box 7 (Pax7) i frånvaro av övriga myogeniska transkriptionsfaktorer såsom myoblast determination protein 1 (MyoD) eller myogenin (MyoG). Mitotiskt inaktiva SC har låg metabolism med låg konsumtion av syre. I jämförelse med aktiverade SC innehåller de lite ATP och fåtaligt med mitokondrier som i sin tur har en låg membranpotential. Aktiverade SC återinträder i cellcykeln och utför celldelningar med en metabolisk omkoppling till användningen av glykolys för energiproduktion. Under tidiga fasen av aktivering ökar mängden mitokondrier och ATP, medan senare under celldelningar ökar syreförbruket och raten av extracellulär försurning. Dock populationen av SC i allmänhet uppvisar likartad dynamik är de en heterogen population av stamceller som uppvisar skillnader i notch receptorer, stamcell markörer, ATP och mängden mitokondrier, vilket i sin tur påverkar deras potential för differentiering.
Mitokondrier är halvautonoma organeller med en dubbel membran. Mitokondrier har diverse uppgifter inom cellen, såsom reglering av calcium, apoptos, produktionen av metaboliska mellanprodukter, reaktiva syreföreningar och ATP genom oxidativ fosforylering. Differentiering av olika stamceller sker i samband med en ökning av mängden mitokondrier och oxidativ fosforylering, med förändringar i mitokondriens ultrastruktur som stöder denna skift i metabolismen.
Syftet med denna avhandling var att kvantifiera förändringarna i mitokondriens ultrastruktur som sker under aktivering och celldelning av SC. Utöver detta så implementerades en metod av korrelativ ljus- och elektronmikroskopi (CLEM) för att identifiera och studera subpopulationer av satellitceller.
Efter isolering av SC och under tidiga celldelningar innehåller dessa fåtaligt med mitokondrier som uppvisar diffus ultrastruktur. Klassificering av de observerade mitokondrierna påvisade heterogenitet inom- och mellan olika tidpunkter. Senare under celldelningar ökade proportionen av mogna mitokondrier, med en ökning i densiteten av cristae och minskning i deras bredd.
Användningen av genetiskt modifierade R26-Snaptag-Omp25 x PAX7CreErt2 möss där tamoxifen påbörjar rekombination som leder till expressionen av ett yttre membranprotein 25 (omp25) i mitokondrier möjliggjorde temporal märkning av mitokondrier i SC med olika SNAP substrat. Genom att implementera CLEM kunde SC identifieras i transmission elektronmikroskopi (TEM) och utöver detta så ledde temporal märkning av redan existerande (gamla) och nyligen importerade (unga) omp25 till observationer av ett fåtal celler med mera gamla mitokondrier och dessa hade högre densitet av cristae. Då detta kunde tyda på en korrelation mellan mängden mitokondrier och dess ultrastruktur inom subpopulationer av SC krävs ytterligare forskningar för att validera dessa observationer. |
sv |
| dct.subject |
Stem cells |
|
| dct.subject |
Mitochondria |
|
| dct.subject |
Ultrastructure |
|
| dct.subject |
CLEM |
|
| ethesis.language.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/languages/eng |
|
| ethesis.language |
englanti |
fi |
| ethesis.language |
English |
en |
| ethesis.language |
engelska |
sv |
| ethesis.supervisor |
Pekka Katajisto, Swetha Gopalakrishnan |
und |
| ethesis.thesistype |
pro gradu -tutkielmat |
fi |
| ethesis.thesistype |
master's thesis |
en |
| ethesis.thesistype |
pro gradu-avhandlingar |
sv |
| ethesis.thesistype.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/thesistypes/mastersthesis |
|
| dct.identifier.ethesis |
E-thesisID:ef7396b5-7c26-430b-98b1-f4afbd07c282 |
|
| ethesis-internal.timestamp.reviewStep |
2022-05-30 07:55:49:306 |
|
| ethesis.principalprofessor |
Juha Voipio |
und |
| dct.identifier.urn |
URN:NBN:fi:hulib-202207043155 |
|
| ethesis.facultystudyline |
Fysiologia |
fi |
| ethesis.facultystudyline |
Physiology |
en |
| ethesis.facultystudyline |
Fysiologi |
sv |
| ethesis.facultystudyline.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/SH57_112 |
|
| ethesis.mastersdegreeprogram |
Neurotieteen maisteriohjelma |
fi |
| ethesis.mastersdegreeprogram |
Master 's Programme in Neuroscience |
en |
| ethesis.mastersdegreeprogram |
Magisterprogrammet i neurovetenskap |
sv |
| ethesis.mastersdegreeprogram.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/MH57_004 |
|
