Shp2 functions in postnatal skeletal muscle growth and regeneration

Abstract

Shp2 is a tyrosine phosphatase that mediates signals provided by many tyrosine kinase receptors. The experiments performed in this study revealed an important role for Shp2 in early postnatal muscle growth and adult muscle regeneration. Shp2 mutation in fetal myogenic progenitors and adult Satellite cells resulted in major changes in their proliferative capacities. I used pharmacological inhibitors, as well as genetics to show that Mapk/Erk activity depends on Shp2 in myogenic C2C12 cells or in neonatal and adult Satellite cells. I introduced a conditional Shp2 mutation using different Cre lines. When Shp2 was ablated during early fetal myogenesis, changes in proliferation were only observed in the postnatal period. Cultures of isolated Shp2 mutant Satellite cells demonstrated that the proliferative deficit is cell-autonomous and observed in postnatal but not fetal cells. This suggests that Satellite cell proliferation is regulated by distinct mechanisms in the pre- and postnatal period. I also introduced the conditional Shp2 mutation in adult Satellite cells and observed that these mutant Satellite cells are unable to repair muscle upon injury. In vivo, it can be difficult to follow the cells during the repair process. I therefore used cultures of myofibers and adherent Satellite cells to study the activation, proliferation and differentiation of adult Satellite cells in the absence of Shp2. This demonstrated that early steps in Satellite cell activation were Shp2-independent, but the cells were unable to proliferate and quickly withdrew from the cell cycle. I was able to rescue this proliferative deficit by expression of a constitutively active Mapkk (Mek1DD). This is in accordance with my biochemical analyses that had indicated that Shp2 is mainly necessary for Mapk/Erk activity. Various growth factors have been implicated in muscle regeneration. Several of these growth factors activate Mapk/Erk signaling by their tyrosine kinase receptors in Satellite cells. Nevertheless, mutations of single receptors in Satellite cells do not impair muscle regeneration as severe as mutation of Shp2. Thus, Shp2 likely regulates the converging inputs of several receptor tyrosine kinases into the Mapk/Erk cascade.

Shp2 ist eine Tyrosinphosphatase, die die Signale vieler Rezeptor- Tyrosinkinasen vermittelt. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass Shp2 postnatales Muskelwachstums und Muskelregeneration im adulten Tier reguliert. Mutation von Shp2 in fötalen Muskelvorläuferzellen oder adulten Satellitenzellen führte zu stark reduzierter Proliferation. Mittels pharmakologischer Inhibitoren und mit genetischen Studien konnte ich zeigen, dass Shp2 den Mapk/Erk Signalweg in myogenen C2C12 Zellen sowie neonatalen und adulten Satellitenzellen kontrolliert. Ich setzte unterschiedliche Cre Linien ein, um Shp2 in Muskelvorläuferzellen in fötalen oder adulten Mäusen zu mutieren. Mutation von Shp2 in der fötalen Myogenese führte zu einem starken Proliferationsdefizit von Satellitenzellen im postnatalen Muskel. Kulturen isolierter myogener Vorläuferzellen zeigten, dass es sich um ein zell- autonomes Defizit handelt das in postnatalen, nicht aber in fötalen Zellen auftritt. Dies legt den Schluss nahe, dass unterschiedliche molekulare Mechanismen genutzt werden um Proliferation von prä- und postnatalen myogenen Vorläuferzellen zu steuern. Zusätzlich führte ich eine konditionelle Shp2 Mutation in adulten Satellitenzellen ein und konnte eine stark beeinträchtigte Muskelregeneration beobachten. Es ist sehr aufwändig, solche Effekte und die verantwortlichen Mechanismen in vivo zu untersuchen. Ich setze deshalb Kulturen isolierter Muskelfasern und der assoziierten Satellitenzellen ein, um Aktivierung, Proliferation und Differenzierung der Stammzellen im Detail zu untersuchen. Während die initialen Schritte der Aktivierung unabhängig von Shp2 sind, war die Proliferation der Satellitenzellen stark beeinträchtigt und die Zellen traten verfrüht aus dem Zellzyklus aus. Expression einer konstitutiv aktiven Mapkk (MEK1DD) glich die defizitäre Proliferation aus. Dies war in Übereinstimmung mit meinen biochemischen Analysen, die darauf hinwiesen, dass Shp2 hauptsächlich die Aktivierung des Mapk/Erk Signalwegs reguliert. Viele Wachstumsfaktoren regulieren die Muskelregeneration. Einige dieser Faktoren aktivieren Rezeptor-Tyrosinkinasen und den Mapk/Erk Signalweg. Die Mutationen dieser Rezeptoren führen allerdings zu weniger starken Defiziten in der Muskelregeneration als die Mutation von Shp2. Dies legt den Schluss nahe, das Shp2 die Signale verschiedener Rezeptoren während der Muskelregeneration weiterleitet