Слияние клеток
Слияние клеток — важный клеточный процесс , при котором несколько одноядерных клеток (клеток с одним ядром ) объединяются, образуя многоядерную клетку, известную как синцитий . клеток происходит при дифференцировке миобластов остеокластов , Слияние и трофобластов , в эмбриогенезе и морфогенезе . [1] Слияние клеток является необходимым событием в созревании клеток, чтобы они сохраняли свои специфические функции на протяжении всего роста .
История
[ редактировать ]В 1839 году Теодор Шванн в своих «Микроскопических исследованиях » расширил теорию о том, что все живые организмы состоят из клеток, добавив, что отдельные клетки являются основой жизни. Шванн заметил, что в некоторых клетках стенки и полости клеток сливаются ( verschmelzen ) вместе. [2] Это наблюдение дало первый намек на то, что клетки сливаются.Лишь в 1960 году клеточные биологи впервые сознательно слили клетки. Чтобы слить клетки, биологи объединили изолированные мышиные клетки и вызвали слияние их внешней мембраны с помощью вируса Сендай (респираторный вирус у мышей). Каждая из слитых гибридных клеток содержала одно ядро с хромосомами от обоих партнеров слияния. Синкарион стал названием этого типа клеток, объединенных с ядром.В конце 1960-х годов биологи успешно слили клетки разных типов и разных видов. Гибридные продукты этих слияний, гетерокарионы , представляли собой гибриды, которые содержали два или более отдельных ядра. Эту работу возглавили Генри Харрис из Оксфордского университета и Нильс Рингертц из Каролинского института в Швеции. Эти двое ответственны за возрождение интереса к слиянию клеток. Гибридные клетки заинтересовали биологов тем, как разные типы цитоплазмы влияют на разные типы ядер . Работа, проведенная Генри и Нильсом, показала, что белки одного слияния генов влияют на экспрессию генов в ядре другого партнера, и наоборот. Созданные гибридные клетки считались вынужденными исключениями из нормальной клеточной целостности, и только в 2002 году возможность слияния клеток разных типов могла иметь реальную функцию у млекопитающих. [3]
Типы слияния клеток
[ редактировать ]
б Клетки разных линий сливаются, образуя клетку с несколькими ядрами, известную как гетерокарион. Слитые клетки могли претерпеть реверсию фенотипа или проявить трансдифференцировку.
в Клетки разных линий или одной линии сливаются, образуя клетку с одним ядром, известную как синкарион. Новые функции слитой клетки могут включать реверсию фенотипа, трансдифференцировку и пролиферацию. Если происходит слияние ядер, слитое ядро изначально содержит полное хромосомное содержимое обоих партнеров слияния (4N), но в конечном итоге хромосомы теряются и/или пересортировываются (см. стрелки). Если слияния ядер не происходит, гетерокарион (или синцитий) может стать синкарионом, потеряв целое ядро.
Гомотипическое слияние клеток происходит между клетками одного типа. Примером этого могут быть остеокласты или миофибриллы, сливающиеся с клетками соответствующего типа. Когда два ядра сливаются, образуется синкарион. Слияние клеток обычно происходит при слиянии ядер, однако в отсутствие слияния ядер клетку можно было бы описать как двуядерный гетерокарион . Гетерокарион — это слияние двух или более клеток в одну, и он может воспроизводиться в течение нескольких поколений. [4] Если две клетки одного и того же типа сливаются, но их ядра не сливаются, то образовавшаяся клетка называется синцитием. [5]
Гетеротипическое слияние клеток происходит между клетками разных типов. Результатом этого слияния также является синкарион, образующийся при слиянии ядер , и двуядерный гетерокарион при отсутствии ядерного слияния. Примером этого могут быть клетки, полученные из костного мозга (BMDC), слитые с паренхиматозными органами. [6]
Методы слияния клеток
[ редактировать ]Существует четыре метода, которые клеточные биологи и биофизики используют для слияния клеток. Эти четыре способа включают электрическое слияние клеток, слияние клеток полиэтиленгликоля и слияние клеток, индуцированное вирусом Сендай , а также недавно разработанный метод, названный оптически управляемой термоплазмоникой.
Электрический синтез клеток — важный шаг в некоторых из самых инновационных методов современной биологии. Этот метод начинается, когда две клетки приводятся в контакт посредством диэлектрофореза . В диэлектрофорезе используется переменный ток высокой частоты, в отличие от электрофореза, при котором применяется постоянный ток. Как только клетки соединяются, подается импульсное напряжение. Импульсное напряжение вызывает проникновение клеточной мембраны и последующее объединение мембран, а затем клетки сливаются. После этого на короткое время подается переменное напряжение для стабилизации процесса. В результате этого цитоплазма смешалась и клеточная мембрана полностью срослась. Все, что остается отдельным, — это ядра , которые позже сливаются внутри клетки, образуя гетерокарионную клетку. [7]
полиэтиленгликолем Слияние клеток — самый простой, но наиболее токсичный способ слияния клеток. При этом типе слияния клеток полиэтиленгликоль, ПЭГ, действует как дегидратирующий агент и соединяет не только плазматические, но и внутриклеточные мембраны. Это приводит к слиянию клеток, поскольку ПЭГ вызывает агглютинацию клеток и контакт между клетками. Хотя этот тип слияния клеток является наиболее широко используемым, у него все же есть недостатки. Зачастую ПЭГ может вызывать неконтролируемое слияние нескольких клеток, приводящее к появлению гигантских поликарионов. Кроме того, стандартное слияние клеток ПЭГ плохо воспроизводимо, и разные типы клеток имеют разную восприимчивость к слиянию. Этот тип слияния клеток широко используется для получения гибридов соматических клеток и для переноса ядра при клонировании млекопитающих. [8]
вирусом Сендай, Слияние клеток, индуцированное происходит на четырех различных температурных стадиях. На первом этапе, продолжающемся не более 10 минут, происходит адсорбция вируса, и адсорбированный вирус может ингибироваться вирусными антителами . Вторая стадия, продолжающаяся 20 минут, зависит от pH, и добавление вирусной антисыворотки все еще может препятствовать окончательному слиянию. На третьей стадии, резистентной к антителам, компоненты вирусной оболочки остаются обнаруживаемыми на поверхности клеток. На четвертой стадии слияние клеток становится очевидным, и нейраминидаза НА и фактор слияния начинают исчезать. Первая и вторая стадии — единственные две, которые зависят от pH. [9]
Термоплазмоника, индуцирующая слияние клеток . Термоплазмоника основана на лазере ближнего инфракрасного диапазона (NIR) и плазмонных наночастицах. Лазер, который обычно действует как оптическая ловушка, используется для нагрева наноскопических плазмонных частиц до очень высоких и чрезвычайно локально повышенных температур. Оптический захват такого нанонагревателя на границе между двумя мембранными везикулами или двумя клетками приводит к немедленному слиянию двух, что подтверждается как содержанием, так и смешиванием липидов. Преимущества включают полную гибкость выбора клеток для слияния, и слияние может осуществляться в любых буферных условиях, в отличие от электроформирования, на которое влияет соль.
В терапии человека
[ редактировать ]Альтернативные формы восстановления функции органов и замены поврежденных клеток необходимы, поскольку донорских органов и тканей для трансплантации очень мало. Именно из-за дефицита биологи начали рассматривать возможность терапевтического слияния клеток. Биологи обсуждают последствия наблюдения о том, что слияние клеток может происходить с восстановительным эффектом после повреждения тканей или трансплантации клеток . Хотя об использовании слияния клеток для этого говорят и над этим работают, перед теми, кто хочет реализовать слияние клеток в качестве терапевтического инструмента, все еще стоит много проблем. Эти задачи включают в себя выбор лучших клеток для репаративного слияния, определение наилучшего способа введения выбранных клеток в нужную ткань, открытие методов увеличения частоты слияния клеток и обеспечение правильного функционирования полученных продуктов слияния. Если эти проблемы удастся преодолеть, то слияние клеток может иметь терапевтический потенциал. [10]
Роль в растительных клетках
[ редактировать ]У растений слияние клеток происходит гораздо реже, чем у эукариотических клеток, однако в некоторых ситуациях оно все же происходит. Растительные клетки разработали уникальные методы слияния клеток, во многом благодаря клеточной стенке, окружающей растительные клетки. Клеточная стенка растительной клетки перед слиянием изменяется, обычно становясь тоньше или даже образуя мост между клетками, которые собираются слиться. Слияние гамет может происходить и у растений. [11]
Роль в прогрессировании рака
[ редактировать ]Слияние клеток стало областью внимания исследований прогрессирования рака у людей. Когда несколько типов дифференцированных клеток сливаются, полученная клетка потенциально может быть полиплоидной. Полиплоидные клетки могут быть нестабильными из-за различных генетических комбинаций, что часто может привести к заболеванию клетки. Полиплоидные клетки также могут приводить к незапланированной эндорепликации — процессу, при котором ДНК реплицируется внутри клетки без деления клетки, что связано с развитием рака из-за увеличения генетической нестабильности внутри клетки. Метастазирование, распространение раковых клеток в различные области тела и одна из основных причин смертности от рака, представляет собой процесс, связанный со слиянием клеток. Клетки, полученные из костного мозга, сливаются с клетками злокачественной опухоли, создавая клетки, обладающие характеристиками каждой родительской клетки. Эти слитые раковые клетки обладают способностью к миграции, унаследованной от клеток, полученных из костного мозга (BMDC), что позволяет им путешествовать по всему телу. [12]
Микроорганизмы
[ редактировать ]Грибы
[ редактировать ]Плазмогамия — это стадия полового цикла грибов, на которой две клетки сливаются вместе, образуя общую цитоплазму, при этом гаплоидные ядра обоих партнеров объединяются в одной клетке.
амебозоа
[ редактировать ]Слияние клеток (плазмогамия или сингамия) — это этап полового цикла амебозой . [13]
Бактерии
[ редактировать ]У Escherichia coli спонтанный зигогенез ( Z-спаривание ) включает слияние клеток и, по-видимому, является формой истинной сексуальности у прокариот . Бактерии, осуществляющие Z-спаривание, называются Szp. + . [14]
Другое использование
[ редактировать ]- Изучить контроль деления клеток и экспрессии генов .
- Исследовать злокачественные трансформации.
- Для получения репликации вируса .
- Для генов и хромосом картирования .
- Для производства моноклональных антител путем получения гибридомы .
- Для производства индуцированных стволовых клеток .
- Оценить перемещение белков с помощью так называемого гетерокарионов анализа слияния . [15]
См. также
[ редактировать ]- Межклеточные фузогены
- Клеточная дифференциация
- Оплодотворение
- Механизм слияния
- Слитый белок
- Межбислойные силы при слиянии мембран
- Слияние липидных бислоев
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «6.3. Слияние клеток» . Herkules.oulu.fi . Проверено 16 августа 2013 г.
- ^ Шванн, Теодор; Смит, Генри; Шлейден, MJ (1847). Микроскопические исследования соответствия строения и роста животных и растений . Лондон: Сиденхемское общество.
- ^ Огл, Бренда М.; Платт, Джеффри Л. (1 января 2004 г.). «Биология слияния клеток: клетки разных типов и разных видов могут сливаться, потенциально перенося болезнь, восстанавливая ткани и принимая участие в развитии». Американский учёный . 92 (5): 420–427. дои : 10.1511/2004.49.943 . JSTOR 27858450 .
- ^ «Определение слияния клеток» .
- ^ Огл, Б.М.; Каскальо, М.; Платт, Дж.Л. (2005). «Клетки, полученные путем слияния». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 6 (7): 567–575. дои : 10.1038/nrm1678 . ПМИД 15957005 . S2CID 22584685 .
- ^ Сингеч, Ильяс; Снайдер, Эван Ю. (2008). «Воспаление как сваха: возвращение к слиянию клеток». Природная клеточная биология . 10 (5): 503–505. дои : 10.1038/ncb0508-503 . ПМИД 18454127 . S2CID 30269058 .
- ^ «Принципы и применение термоядерного синтеза» .
- ^ Педраццоли, Филиппо; Хрисанца, Ираклис; Деццани, Лука; Рости, Витторио; Винчиторио, Массимо; Ситар, Джаммария (1 января 2011 г.). «Слияние клеток при опухолевой прогрессии: выделение продуктов слияния клеток физическими методами» . Международная организация раковых клеток . 11:32 . дои : 10.1186/1475-2867-11-32 . ПМЦ 3187729 . ПМИД 21933375 .
- ^ Вайнберг, Массачусетс; Хау, К. (1 октября 1973 г.). «Факторы, влияющие на слияние клеток, индуцированное вирусом Сендай» . Дж Вирол . 12 (4): 937–939. doi : 10.1128/JVI.12.4.937-939.1973 . ПМЦ 356713 . ПМИД 4359961 .
- ^ Салливан, Стивен; Эгган, Кевин (1 января 2006 г.). «Потенциал слияния клеток для терапии человека». Стволовые клетки Rev. 2 (4): 341–349. дои : 10.1007/BF02698061 . ПМИД 17848721 . S2CID 11446688 .
- ^ Маруяма, Дайсуке; Оцу, Мина; Хигасияма, Тецуя (01 декабря 2016 г.). «Слияние клеток и ядерный синтез у растений» . Семинары по клеточной биологии и биологии развития . Ромбовидное надсемейство в развитии и заболеваниях. 60 : 127–135. дои : 10.1016/j.semcdb.2016.07.024 . ISSN 1084-9521 .
- ^ Бастида-Руис, Даниэль; Ван Хосен, Кайли; Коэн, Мари (апрель 2016 г.). «Темная сторона слияния клеток» . Международный журнал молекулярных наук . 17 (5): 638. doi : 10.3390/ijms17050638 . ISSN 1422-0067 . ПМЦ 4881464 . ПМИД 27136533 .
- ^ Хофстаттер П.Г., Браун М.В., Лар DJG (ноябрь 2018 г.). «Сравнительная геномика подтверждает пол и мейоз у разнообразных амебозой» . Геном Биол Эвол . 10 (11): 3118–3128. дои : 10.1093/gbe/evy241 . ПМК 6263441 . ПМИД 30380054 .
- ^ Грация Дж.П., Тири М. (сентябрь 2003 г.). «Спонтанный зигогенез у Escherichia coli, форма истинной сексуальности у прокариот» . Микробиология (Чтение, англ.) . 149 (Часть 9): 2571–84. дои : 10.1099/mic.0.26348-0 . ПМИД 12949181 .
- ^ Гаммаль, Розанна; Бейкер, Криста; Хейлман, Дестин (2011). «Гетерокарионный метод анализа локализации специфичных для типов клеток» . Журнал визуализированных экспериментов (49): 2488. doi : 10.3791/2488 . ISSN 1940-087X . ПМК 3197295 . ПМИД 21445034 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Х. Харрис: Слияние клеток , 1970, издательство Гарвардского университета, Массачусетс.
- Гордон, С. (1975). «Слияние клеток и некоторые субклеточные свойства гетерокарионов и гибридов» . Журнал клеточной биологии . 67 (2): 257–280. дои : 10.1083/jcb.67.2.257 . ПМК 2109606 . ПМИД 1104638 .