Митотическое округление клеток
Митотическое округление клеток — это изменение формы, которое происходит в большинстве клеток животных , подвергающихся митозу . Клетки теряют распростертую или удлиненную форму, характерную для интерфазы , и сжимаются до сферической морфологии во время митоза. Это явление наблюдается как в искусственных культурах in vitro , так и в естественно образующихся тканях in vivo .
Ранние наблюдения
[ редактировать ]В 1935 году одно из первых опубликованных описаний митотического округления в живой ткани описало округление клеток в псевдомногослойном эпителии млекопитающих нервной трубки . [1] Зауэр заметил, что клетки в митозе округляются до апикальной или просветной поверхности столбчатого эпителия , прежде чем делиться и возвращаться к своей удлиненной морфологии .
Значение
[ редактировать ]Долгое время было неясно, почему клетки в митозе приобретают округлую форму. Однако недавние исследования эпителия и эпидермиса различных организмов показали, что округление митотических клеток может выполнять несколько важных функций. [2]
- Во-первых, округление митотических клеток в сочетании с поддержанием апикальных межклеточных соединений, по-видимому, необходимо для правильного выравнивания митотического веретена , так что дочерние клетки делятся параллельно плоскости ткани, таким образом разделяя апикальную поверхность для поддержания тканевого гомеостаза. [3] [4] [5] Неспособность достичь этого может привести к неправильной локализации одной дочерней клетки в базальной области тканевого слоя и клиренсу посредством апоптотической гибели клеток. [5]
- Во-вторых, митотическое округление, как полагают, является движущей силой морфологических событий во время развития тканей. Примеры включают эпителиальную инвагинацию Drosophila melanogaster. плакоды трахеи [6] и анизотропная форма и рост просвета внутреннего уха у рыбок данио . [7]
- В-третьих, было показано, что митотическое округление важно для создания достаточного пространства и соответствующей геометрии для правильного функционирования митотического веретена, что необходимо для своевременного и точного прохождения митоза. [2] [8] [9]
Таким образом, округление митотических клеток участвует в тканевой организации и гомеостазе.
Механизмы
[ редактировать ]Чтобы понять физические механизмы того, как клетки объединяются в митозе, исследователи провели механические измерения с культивируемыми клетками in vitro . Силы, которые приводят к округлению клеток, недавно были охарактеризованы исследователями из группы профессоров Тони Хаймана и Дэниела Мюллера , которые использовали плоские атомно-силовой микроскопии кантилеверы для ограничения митотических клеток и измерения силы реакции. [10] [11] Более 90% сил генерируется коллективной активностью миозина II молекулярных моторов в актиновой коре. [10] [11] В результате поверхностное натяжение и эффективная жесткость актиновой коры увеличиваются, что постоянно наблюдается в митотических клетках. [12] [13] [14] Это, в свою очередь, приводит к увеличению внутриклеточного гидростатического давления в соответствии с законом Лапласа , который связывает поверхностное натяжение границы раздела жидкостей с перепадом давления, поддерживаемым на этой границе раздела. [15] Увеличение гидростатического давления важно, поскольку оно создает внешнюю силу, необходимую для толкания и округления внешних объектов или препятствий, таких как гибкая консоль , [10] [11] мягкий гель [8] или микропиллар [16] ( примеры in vitro ) или окружающий внеклеточный матрикс и соседние клетки [7] ( примеры in vivo ). В клетках HeLa in vitro сила, создаваемая полудеформированной митотической клеткой, составляет порядка 50–100 наноньютонов . [10] [11] Было измерено, что внутреннее гидростатическое давление увеличивается с менее 100 паскалей в интерфазе до 3–10 раз по сравнению с митозом. [10] [11] [15]
В аналогичных экспериментах in vitro было обнаружено, что пороговые силы, необходимые для предотвращения митоза, превышают 100 нН. [9] При пороговых силах клетка теряет однородность кортикального F-актина, что еще больше усиливает восприимчивость к приложенной силе. Эти эффекты потенцируют искажение размеров клеток и последующее нарушение митотической прогрессии за счет дефектов веретена. [8] [9]
Высвобождение стабильных фокальных спаек является еще одним важным аспектом митотического округления. Клетки, которые генетически склонны проявлять конститутивно активные регуляторы адгезии, не способны должным образом ремоделировать свои фокальные спайки и способствовать образованию однородной актомиозиновой коры. [8] [17] В целом, биохимические события, управляющие морфологическими и механическими изменениями в митотических клетках, управляются главным регулятором митоза Cdk1 . [11] [18]
Помимо генов, связанных с актомиозином, несколько генов заболеваний недавно были вовлечены в митотическое округление клеток. К ним относятся ассоциированные с болезнью Паркинсона DJ-1 / Park7 и FAM134A/RETREG2. [19]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Зауэр, ФК (октябрь 1935 г.). «Митоз в нервной трубке». Журнал сравнительной неврологии . 62 (2): 377–405. дои : 10.1002/cne.900620207 . S2CID 84960254 .
- ^ Перейти обратно: а б Кадар, Клотильда; Злотек-Злоткевич, Ева; Ле Берр, Маэль; Пиль, Матье; Мэтьюз, Хелен К. (28 апреля 2014 г.). «Изучение функции формы и размера клеток во время митоза» . Развивающая клетка . 29 (2): 159–169. дои : 10.1016/j.devcel.2014.04.009 . ПМИД 24780736 .
- ^ Мейер, Эмили Дж; Икми, Айссам; Гибсон, Мэтью С. (22 марта 2011 г.). «Интеркинетическая ядерная миграция является широко консервативной особенностью деления клеток в псевдомногослойном эпителии» . Современная биология . 21 (6): 485–491. дои : 10.1016/j.cub.2011.02.002 . ПМИД 21376598 .
- ^ Люксенбург, Чен; Пасолли, Х. Амалия; Уильямс, Скотт Э; Фукс, Э. (20 февраля 2011 г.). «Роль Srf в развитии, кортикального цитоскелета и формы клеток в ориентации эпидермального веретена» . Природная клеточная биология . 13 (3): 203–214. дои : 10.1038/ncb2163 . ПМЦ 3278337 . ПМИД 21336301 .
- ^ Перейти обратно: а б Накадзима, Юитиро; Мейер, Эмили Дж; Кроезен, Аманда; МакКинни, Шон А; Гибсон, Мэтью С. (21 июля 2013 г.). «Эпителиальные соединения поддерживают архитектуру ткани, направляя плоскую ориентацию веретена». Природа . 500 (7462): 359–362. Бибкод : 2013Natur.500..359N . дои : 10.1038/nature12335 . ПМИД 23873041 . S2CID 4418619 .
- ^ Кондо, Такефуми; Хаяси, Сигео (13 января 2013 г.). «Митотическое округление клеток ускоряет инвагинацию эпителия». Природа . 494 (7435): 125–129. Бибкод : 2013Natur.494..125K . дои : 10.1038/nature11792 . ПМИД 23334416 . S2CID 205232184 .
- ^ Перейти обратно: а б Хойман, Эстебан; Руббини, Давиде; Коломбелли, Жюльен; Альсина, Берта (16 июня 2015 г.). «Митотическое округление клеток и истончение эпителия регулируют рост и форму просвета» . Природные коммуникации . 6 : 7355. Бибкод : 2015NatCo...6.7355H . дои : 10.1038/ncomms8355 . hdl : 10230/25942 . ПМИД 26077034 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Ланкастер, Оскар М; Ла Берр, Маэль; Димитракопулос, Андреа; Бонацци, Дарья; Злотек-Злоткевич, Ева; Пиконе, Ремиджио; Герцог, Томас; Пиль, Матье; Баум, Базз (13 мая 2013 г.). «Митотическое округление изменяет геометрию клеток, обеспечивая эффективное формирование биполярного веретена» (PDF) . Развивающая клетка . 25 (3): 270–283. дои : 10.1016/j.devcel.2013.03.014 . ПМИД 23623611 .
- ^ Перейти обратно: а б с Каттин, Седрик Дж; Дюггелин, Марсель; Мартинес-Мартин, Дэвид; Гербер, Кристоф; Мюллер, Дэниел Дж; Стюарт, Мартин П. (2015). «Механический контроль митотической прогрессии в отдельных клетках животных» . Труды Национальной академии наук . 112 (36): 11258–11263. Бибкод : 2015PNAS..11211258C . дои : 10.1073/pnas.1502029112 . ПМЦ 4568679 . ПМИД 26305930 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Стюарт, Мартин П; Хелениус, Йонне; Тойода, Юсуке; Раманатан, Субраманиан П; Мюллер, Дэниел Дж; Хайман, Энтони А. (2 января 2011 г.). «Гидростатическое давление и кора актомиозина приводят к округлению митотических клеток». Природа . 469 (7329): 226–230. Бибкод : 2011Natur.469..226S . дои : 10.1038/nature09642 . ПМИД 21196934 . S2CID 4425308 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Раманатан, Субраманиан П; Хелениус, Йонне; Стюарт, Мартин П; Каттин, Седрик Дж; Хайман, Энтони А; Мюллер, Дэниел Дж. (26 января 2015 г.). «Cdk1-зависимое митотическое обогащение кортикального миозина II способствует округлению клеток против удержания». Природная клеточная биология . 17 (2): 148–159. дои : 10.1038/ncb3098 . ПМИД 25621953 . S2CID 5208968 .
- ^ Мэддокс, Эми С; Берридж, Кейт (20 января 2003 г.). «RhoA необходим для ретракции коры и ригидности во время округления митотических клеток» . Журнал клеточной биологии . 160 (2): 255–265. дои : 10.1083/jcb.200207130 . ПМК 2172639 . ПМИД 12538643 .
- ^ Кунда, Патрисия; Пеллинг, Эндрю Э; Лю, Тао; Баум, Базз (22 января 2008 г.). «Моезин контролирует жесткость коры, округление клеток и морфогенез веретена во время митоза» . Современная биология . 18 (2): 91–101. дои : 10.1016/j.cub.2007.12.051 . ПМИД 18207738 .
- ^ Мэтьюз, Хелен К; Делабр, Улисс; Рон, Дженнифер Л.; Гук, Йохен; Кунда, Патрисия; Баум, Базз (14 августа 2012 г.). «Изменения в локализации Ect2 сочетают изменения формы актомиозин-зависимых клеток с митотической прогрессией» . Развивающая клетка . 23 (2): 371–383. дои : 10.1016/j.devcel.2012.06.003 . ПМЦ 3763371 . ПМИД 22898780 .
- ^ Перейти обратно: а б Фишер-Фридрих, Элизабет; Хайман, Энтони А; Юлихер, Франк; Мюллер, Дэниел Дж; Хелениус, Йонне (29 августа 2014 г.). «Количественная оценка поверхностного натяжения и внутреннего давления, создаваемого одиночными митотическими клетками» . Научные отчеты . 4 : 6213. Бибкод : 2014NatSR...4E6213F . дои : 10.1038/srep06213 . ПМК 4148660 . ПМИД 25169063 .
- ^ Сорс, Б (2015). «Митотические клетки сокращают актомиозиновую кору и создают давление, чтобы округлиться или выйти из эпителиального заключения» . Природные коммуникации . 6 : 8872. Бибкод : 2015NatCo...6.8872S . дои : 10.1038/ncomms9872 . hdl : 1721.1/100828 . ПМИД 26602832 . S2CID 3175608 .
- ^ Дао, Ви Туй; Дюпюи, Орельен Ги; Гаве, Оливье; Карон, Эммануэль; де Гинцбург, Жан (15 августа 2009 г.). «Динамические изменения активности Rap1 необходимы для ретракции и распространения клеток во время митоза» . Журнал клеточной науки . 122 (16): 2996–3004. дои : 10.1242/jcs.041301 . ПМИД 19638416 .
- ^ Кларк, Эндрю Дж; Палух, Ева (21 апреля 2011 г.). «Механика и регулирование формы клеток во время клеточного цикла». Клеточный цикл в развитии . Результаты и проблемы дифференцировки клеток. 53 : 31–77. дои : 10.1007/978-3-642-19065-0_3 . ISBN 978-3-642-19064-3 . ПМИД 21630140 .
- ^ Тойода*, Юсуке; Каттин *, Седрик Дж.; Стюарт *, Мартин П.; Позер, Ина; Тайс, Мирко; Курцчалия, Теймурас В.; Бухгольц, Франк; Хайман, Энтони А.; Мюллер, Дэниел Дж. (2 ноября 2017 г.). «Механическое фенотипирование отдельных клеток в масштабе генома выявляет гены, связанные с болезнями, участвующие в митотическом округлении» . Природные коммуникации . 8 (1): 1266. Бибкод : 2017NatCo...8.1266T . дои : 10.1038/s41467-017-01147-6 . ПМЦ 5668354 . ПМИД 29097687 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Qucosa: Механика округления митотических клеток» . qucosa.de. Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 г. Проверено 4 июля 2015 г.
- «Электронная коллекция ETH ETH: механизм митотического округления: роль коры актомиозина — ETH» . электронная коллекция.library.ethz.ch . Проверено 4 июля 2015 г.
- «Двухминутный разговор: округление митотических клеток — YouTube» . youtube.com . Проверено 4 июля 2015 г.