Плоская полярность ячейки
Планарная клеточная полярность (PCP) — это белок-опосредованная передача сигналов , которая координирует ориентацию клеток в слое эпителиальной ткани . У позвоночных примером зрелой ткани, ориентированной на PCP, являются пучки стереоресничек во внутреннем ухе. [ 1 ] подвижные реснички эпителия, [ 2 ] и подвижность клеток при заживлении эпидермальных ран. [ 3 ] Кроме того, известно, что PCP имеет решающее значение для основных моментов развития, включая координацию конвергентного расширения во время гаструляции и координацию поведения клеток при закрытии нервной трубки. [ 4 ] Клетки ориентируются сами и своих соседей, устанавливая асимметричную экспрессию компонентов PCP на противоположных членах клеток внутри клеток, чтобы установить и поддерживать направленность клеток. Некоторые из этих компонентов PCP представляют собой трансмембранные белки , которые могут передавать сигнал ориентации окружающим клеткам. [ 5 ]
История исследований
[ редактировать ]Плоская полярность клеток была впервые описана у насекомых, а затем дополнительно определена у плодовых мух ( Drosophila melanogaster ). Некоторые из более ранних работ по контролируемой генами полярности крыльев мух были опубликованы Д. Габбом и А. Гарсиа-Беллидо в 1982 году, в которых описывается, как мутация некоторых генов привела к морфологическому изменению ориентации кутикулы на теле мухи. [ 6 ] История пути PCP, расширенная благодаря работам по генетике мух, привела к появлению интересных названий компонентов PCP, таких как Frizzled , Van-gogh и Disheveled . Это типичная номенклатура новых генов, обнаруженных у мух, которая часто основана на описании визуального представления каждого гена у мутантных мух. Ранние исследования PCP были сосредоточены на его роли в эмбриологии и генетике, но открытие того, что белки PCP локализованы внутри клетки асимметрично, выдвинуло эту тему в мир клеточной биологии. [ 5 ]
Интерес к пути планарной клеточной полярности резко возрос после того, как было обнаружено, что консервативные гены PCP участвуют в важных процессах позвоночных, гаструляции позвоночных, формировании ушного рисунка и слуха млекопитающих, а также закрытии нервной трубки . [ 5 ] Открытия этой популярной волны исследований PCP выявили его участие в биении поляризованных ресничек в трахее и желудочках мозга . [ 7 ] [ 8 ] ориентированное деление клеток, [ 9 ] ветвление легких, [ 10 ] и выравнивание волосяных фолликулов. [ 11 ] [ 12 ]
Основная проблема при изучении PCP заключается в том, что белки in vivo и передача сигналов при контакте с клетками, необходимые для его облегчения, трудно воспроизвести в чашке с клеточной культурой. Однако недавние достижения в области технологий визуализации и расширение генетических инструментов помогают раскрыть, как PCP работает в живой клетке и какую роль он играет в клеточном развитии и биологии. [ 5 ]
Полярность основной планарной клетки
[ редактировать ]
Все гены полярности основных планарных клеток, характерные для мутантов дрозофилы, влияют на многие структуры дрозофилы с особенностями PCP, включая волосы и щетину по всему телу мухи. Основными генами PCP у дрозофилы и других позвоночных являются Frizzled (Fz), Flamingo (Fmi), Strabismus (Stbm)/ Vang Gogh (Vang), Prickle (Pk), Disheveled (Dsh), Diego (Dgo) и тримерный G. белок Гао. [ 13 ]
Кудрявый ( Fz ) — первый вьющийся мутант у дрозофилы был идентифицирован в 1982 году Д. Габбом и А. Гарсиа-Беллидо. Мутант имел дефекты полярности в крыле, нотуме, жужжальцах, ногах, тергитах брюшка и стернитах брюшка. [ 6 ] В частности, Д. Габб и А. Гарсиа-Беллидо видели дефект полярности в кутикулярных волосках и щетинках на крыльях. Более поздние исследования показали, что функция гена Frizzled (Fz) у Drosophila melanogaster необходима для координации цитоскелета эпидермальных клеток для ориентации кутикулярных волосков и щетинок на поверхности насекомого. «У мутантов Fz изменяется не структура отдельных волосков и щетинок, а их ориентация относительно соседей и организма в целом». [ 14 ] Как показано на рисунке 2, в крыле дикого типа все волоски направлены к дистальному кончику, но у мутантов Fz волоски направлены беспорядочно. [ 14 ] Frizzled кодирует семипроходный трансмембранный белок и благодаря этому дает эпителиальным клеткам способность передавать и интерпретировать информацию о полярности от соседних эпителиальных клеток. [ 14 ]
Фламинго ( Fmi ) — еще один семипроходный трансмембранный рецептор, Фламинго также представляет собой кадгерин, который локализуется на межклеточных границах в клетках эпителия крыла дрозофилы . В отсутствие Fmi плоская полярность искажалась. Локализация Fmi на проксимальной/дистальной границе клеток в первую очередь зависит от локализации Frizzled на тех же границах. [ 15 ]
Канонические и неканонические пути Wnt и PCP
[ редактировать ]Сигнальный путь PCP включает несколько компонентов ( Fz, Dsh и Gαo ) «канонического» сигнального пути Wnt . Однако основные белки PCP могут функционировать независимо от β-катенина , приводя к последующим изменениям клеточного цитоскелета и известны как «неканонический» путь Wnt. [ 13 ]
Перекрестные белковые взаимодействия для установления асимметрии PCP
[ редактировать ]Отличительной чертой системы PCP является асимметричная и поляризованная мембранная экспрессия белков PCP. Disheveled и Diego представляют собой цитоплазматические белки и рекрутируются на мембрану друг с другом и за счет их ассоциации с трансмембранным PCP-белком Frizzledl. [ 13 ] Strabismus/Vang представляет собой четырехтрансмембранный белок, который может рекрутировать цитоплазматический белок PCP Prickle. [ 13 ] Известно, что Прикл может взаимодействовать с Растрепанным и мешать его вербовке Фризледом. Через петлю обратной связи внеклеточных доменов Frizzled и Strabismus на стыках двух соседних клеточных мембран комплекс Strabismus и Prickle и комплекс Frizzled and Disheveled и Diego локализуются на противоположных сторонах клеток вдоль оси поляризации. [ 13 ] Считается, что фламинго локализуется с обеих сторон и играет роль в гомофильной адгезии, адгезии клеток за счет взаимодействия аналогичных типов кадгеринов . [ 13 ] Неспособность этих белков PCP правильно сегрегировать внутри клеточной границы может привести к нарушению PCP, например, в волосковых клетках на крыльях мух и коже мыши. [ 13 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Келли, Майкл; Чен, Пин (2007). «Формирование слухового сенсорного органа млекопитающих с помощью пути полярности плоских клеток» . Международный журнал биологии развития . 51 (6–7): 535–547. дои : 10.1387/ijdb.072344mk . ISSN 0214-6282 . ПМК 4158833 . ПМИД 17891715 .
- ^ Пак, Тэ Джу; Митчелл, Брайан Дж; Абитуа, Филип Б; Кинтнер, Крис; Уоллингфорд, Джон Б. (15 июня 2008 г.). «Растрепанный контроль апикальной стыковки и плоской поляризации базальных телец в клетках мерцательного эпителия» . Природная генетика . 40 (7): 871–879. дои : 10.1038/ng.104 . ISSN 1061-4036 . ПМЦ 2771675 . ПМИД 18552847 .
- ^ Кэдди, Хасинта; Вилановский, Томаш; Даридо, Шарбель; Дворкин, Себастьян; Тинг, Стивен Б.; Чжао, Цюань; Ранг, Герхард; Оден, Алана; Шривастава, Сима; Папенфусс, Тони А.; Мердок, Дженнифер Н.; Умберт, Патрик О.; Булос, Нидаль; Вебер, Томас; Цзо, Цзянь (июль 2010 г.). «Заживление эпидермальных ран регулируется сигнальным путем полярности плоских клеток» . Развивающая клетка . 19 (1): 138–147. дои : 10.1016/j.devcel.2010.06.008 . ISSN 1534-5807 . ПМЦ 2965174 . ПМИД 20643356 . S2CID 21479886 .
- ^ Уолш, Грегори С.; Грант, Пол К.; Морган, Джон А.; Моенс, Сесилия Б. (15 июля 2011 г.). «Путь планарной полярности и синдром Нэнса-Хорана 1b обладают важными клеточно-автономными функциями при миграции нейронов» . Разработка . 138 (14): 3033–3042. дои : 10.1242/dev.063842 . ISSN 1477-9129 . ПМК 3119310 . ПМИД 21693519 .
- ^ Jump up to: а б с д Девенпорт, Данель (27 октября 2014 г.). «Клеточная биология планарной клеточной полярности» . Журнал клеточной биологии . 207 (2): 171–179. дои : 10.1083/jcb.201408039 . ISSN 1540-8140 . ПМК 4210441 . ПМИД 25349257 . S2CID 15616318 .
- ^ Jump up to: а б Габб, Д.; Гарсиа-Беллидо, А. (1 апреля 1982 г.). «Генетический анализ определения кутикулярной полярности во время развития Drosophila melanogaster ». Разработка . 68 (1): 37–57. дои : 10.1242/dev.68.1.37 . hdl : 10261/47647 . ISSN 1477-9129 .
- ^ Тиссир, Фадель; Цюй, Ибо; Монкукиоль, Мирей; Чжоу, Либинг; Комацу, Кодзи; Ши, Донгбо; Фухимори, Тошихико; Лабо, Джейсон; Титека, Донатьен; Куртой, Питер; Пумэ, Ив; Уэмура, Тадаши; Гоффине, Андре М (16 мая 2010 г.). «Недостаток кадгеринов Celsr2 и Celsr3 нарушает эпендимальный цилиогенез, что приводит к фатальной гидроцефалии». Природная неврология . 13 (6): 700–707. дои : 10.1038/nn.2555 . ISSN 1097-6256 . ПМИД 20473291 . S2CID 17936238 .
- ^ Владар, Эстер К.; Бэйли, Рой Д.; Сангорам, Ашвин М.; Скотт, Мэтью П.; Аксельрод, Джеффри Д. (декабрь 2012 г.). «Микротрубочки обеспечивают плоскую клеточную полярность ресничек дыхательных путей» . Современная биология . 22 (23): 2203–2212. дои : 10.1016/j.cub.2012.09.046 . ISSN 0960-9822 . ПМЦ 3518597 . ПМИД 23122850 .
- ^ Гун, Инь; Мо, Чуньхуэй; Фрейзер, Скотт Э. (14 июля 2004 г.). «Передача сигналов полярности плоских клеток контролирует ориентацию деления клеток во время гаструляции рыбок данио». Природа . 430 (7000): 689–693. дои : 10.1038/nature02796 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 15254551 . S2CID 4366292 .
- ^ Йейтс, Лаура Л.; Шнатвинкель, Карстен; Мердок, Дженнифер Н.; Богани, Дебора; Формстоун, Кэролайн Дж.; Таунсенд, Стюарт; Гринфилд, Энди; Нисуандер, Ли А.; Дин, Шарлотта Х. (10 марта 2010 г.). «Гены PCP Celsr1 и Vangl2 необходимы для нормального морфогенеза ветвления легких» . Молекулярная генетика человека . 19 (11): 2251–2267. дои : 10.1093/hmg/ddq104 . ISSN 1460-2083 . ПМЦ 2865378 . ПМИД 20223754 .
- ^ Го, Нини; Хокинс, Чарльз; Натанс, Джереми (28 мая 2004 г.). «Frizzled6 контролирует структуру волос у мышей» . Труды Национальной академии наук . 101 (25): 9277–9281. дои : 10.1073/pnas.0402802101 . ISSN 0027-8424 . ПМК 438967 . ПМИД 15169958 .
- ^ Девенпорт, Данелл; Фукс, Элейн (12 октября 2008 г.). «Плоская поляризация в эмбриональном эпидермисе управляет глобальным асимметричным морфогенезом волосяных фолликулов» . Природная клеточная биология . 10 (11): 1257–1268. дои : 10.1038/ncb1784 . ISSN 1465-7392 . ПМК 2607065 . ПМИД 18849982 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Джонс, Чоннеттия; Чен, Пин (2007). «Передача сигналов полярности плоских клеток у позвоночных» . Биоэссе . 29 (2): 120–132. doi : 10.1002/bies.20526 . ISSN 0265-9247 . ПМЦ 4158832 . PMID 17226800 .
- ^ Jump up to: а б с Винсон, Чарльз Р.; Коновер, Шэрон; Адлер, Пол Н. (март 1989 г.). «Локус полярности ткани дрозофилы кодирует белок, содержащий семь потенциальных трансмембранных доменов». Природа . 338 (6212): 263–264. дои : 10.1038/338263a0 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 2493583 . S2CID 4316603 .
- ^ Усуи, Тадао; Сима, Ясуюки; Симада, Юко; Хирано, Синдзи; Берджесс, Роберт В.; Шварц, Томас Л; Такеичи, Масатоши; Уэмура, Тадаши (сентябрь 1999 г.). «Фламинго, семипроходный трансмембранный кадгерин, регулирует плоскую полярность клеток под контролем Frizzled» . Клетка . 98 (5): 585–595. дои : 10.1016/s0092-8674(00)80046-x . ISSN 0092-8674 . ПМИД 10490098 . S2CID 15636248 .