Биомолекулярный градиент

Серый цвет представляет собой концентрацию молекулы.

Биомолекулярный градиент устанавливается разницей в концентрации молекул в биологической системе, такой как отдельные клетки, группы клеток или целый организм. Биомолекулярный градиент может существовать внутриклеточно (внутри клетки) или внеклеточно (между группами клеток). Цели таких градиентов в биологических системах различаются, но включают хемотаксис и функции в развитии. Эти типы градиентов играют роль во многих различных типах передачи сигналов, а также в последнее время участвуют в метастазировании рака.

Разработка

Сами клетки могут создавать биомолекулярные градиенты, высвобождая сигнальные молекулы, которые диффундируют наружу. Эти градиенты имеют решающее значение для клеточной идентичности и перемещения клеток. Сходным образом, градиенты, создаваемые клетками, могут влиять на клеточную судьбу посредством своих временных и пространственных характеристик. У некоторых организмов выбор судьбы клетки может определяться градиентом, бинарным выбором или передачей молекул, высвобождаемых клеткой. ^[1] Если судьба клетки бинарна, на идентичность клетки влияет наличие или отсутствие сигнальной молекулы; следовательно, эти сигналы могут также индуцировать судьбу клеток, действуя релейно. ^[1] Реле функционирует за счет того, что исходная клетка высвобождает сигнальную молекулу в окружающую среду. Соседние клетки, обладающие схожей клеточной идентичностью, реагируют на эти сигналы и могут выделять различные сигнальные молекулы клеткам в окружающей их области, способствуя дополнительным новым судьбам клеток. Этот процесс продолжается во всех клетках развивающегося организма. Напротив, сигнал может действовать в градиенте, который индуцирует специфическую судьбу клеток в зависимости от концентрации молекулы в градиенте. Эти типы молекул известны как морфогены .

Пример этого явления наблюдается в нервной трубке с различными концентрациями белка Sonic Hedgehog ( Shh ). ^[1] Shh характеризуется как морфоген и обладает пространственными и временными характеристиками, которые делают его хорошо подходящим для изучения.

Рак

Изображает миграцию клеток в ответ на типы молекул в градиенте.

Было показано, что биомолекулярные градиенты способствуют проникновению раковых клеток в различные типы тканей организма. Считается, что метастазирование рака напрямую связано с градиентами факторов роста, которые облегчают хемотаксис факторов, способствующих развитию рака. Эти хемоаттрактанты способствуют ангиогенезу опухоли , а именно увеличению притока крови к тканям, что позволяет раку процветать в различных областях тела. ^[2] Следовательно, этот путь позволяет перемещать молекулы, способствующие образованию опухолей, к здоровым тканям организма. ^[2]^[3] Необходимы дальнейшие исследования для количественной оценки путей, участвующих в вышеуказанном ответе, и они могут дать представление о более эффективном лечении онкологических больных.

Сигнализация

Подобным образом биомолекулярные градиенты могут действовать как антагонисты сигналов, которые могут радикально влиять на характеристики клетки и, в свою очередь, на реакцию организма. Это включает в себя возможность клетке различать свою ориентацию или сдвигать барьер клеточной дифференцировки в группе клеток. Например, такие механизмы можно использовать, чтобы помочь организму защититься от инфекции. В частности, пораженный участок тела действует как аттрактант посредством связывания лиганда с рецептором. Это может происходить за счет полярности, устанавливаемой сигнальными антагонистами. Кроме того, этот тип взаимодействия лиганд-рецептор может привести к сигнальному каскаду, запускающему митоз. Типом градиентной молекулы, реализующей вышеупомянутый механизм, является Pom1 . ^[4]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Харви Лодиш; Арнольд Берк; С. Лоуренс Зипурски; Пол Мацудайра; Дэвид Балтимор; Джеймс Дарнелл (2008). Молекулярно-клеточная биология . Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-0314-2 .
^ Jump up to: ^а ^б Экклс С.А. (2005). «Нацеливание на ключевые этапы метастатического прогрессирования опухоли». Curr Opin Genet Dev . 15 (1): 77–86. дои : 10.1016/j.gde.2004.12.001 . ПМИД 15661537 .
^ Кинан, Томас М.; Альберт Фолч (2008). «Биомолекулярные градиенты в системах клеточных культур» . Лабораторный чип . 8 (1): 34–57. дои : 10.1039/b711887b . ПМЦ 3848882 . ПМИД 18094760 .
^ Мозли, Дж.Б.; Майе, А.; Паолетти, А.; Медсестра, П. (2009). «Пространственный градиент координирует размер клеток и вступление в митоз у делящихся дрожжей». Природа . 459 (7248): 857–861. Бибкод : 2009Natur.459..857M . дои : 10.1038/nature08074 . ПМИД 19474789 . S2CID 4330336 .

[textbook-1] Jump up to: ^а ^б ^с Харви Лодиш; Арнольд Берк; С. Лоуренс Зипурски; Пол Мацудайра; Дэвид Балтимор; Джеймс Дарнелл (2008). Молекулярно-клеточная биология . Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-0314-2 .

[cancer-2] Jump up to: ^а ^б Экклс С.А. (2005). «Нацеливание на ключевые этапы метастатического прогрессирования опухоли». Curr Opin Genet Dev . 15 (1): 77–86. дои : 10.1016/j.gde.2004.12.001 . ПМИД 15661537 .

[article-3] Кинан, Томас М.; Альберт Фолч (2008). «Биомолекулярные градиенты в системах клеточных культур» . Лабораторный чип . 8 (1): 34–57. дои : 10.1039/b711887b . ПМЦ 3848882 . ПМИД 18094760 .

[Pom1-4] Мозли, Дж.Б.; Майе, А.; Паолетти, А.; Медсестра, П. (2009). «Пространственный градиент координирует размер клеток и вступление в митоз у делящихся дрожжей». Природа . 459 (7248): 857–861. Бибкод : 2009Natur.459..857M . дои : 10.1038/nature08074 . ПМИД 19474789 . S2CID 4330336 .

[1]

[2]

[3]

[4]