Гипотеза дифференциальной адгезии
Гипотеза дифференциальной адгезии ( DAH ) — это гипотеза , которая объясняет движение клеток во время морфогенеза с помощью термодинамических принципов. В DAH ткани рассматриваются как жидкости, состоящие из мобильных клеток, чья разная степень поверхностной адгезии заставляет их спонтанно реорганизоваться, чтобы минимизировать их межфазную свободную энергию . [1] Другими словами, согласно DAH, клетки перемещаются рядом с другими клетками с аналогичной силой адгезии, чтобы максимизировать прочность связи между клетками и создать более термодинамически стабильную структуру. [2] Таким образом, движение клеток при формировании ткани, по мнению DAH, пародирует поведение смеси жидкостей. [3] Хотя изначально DAH был мотивирован проблемой понимания поведения сортировки клеток у эмбрионов позвоночных, впоследствии он был применен для объяснения некоторых других морфогенетических явлений. [4]
Фон
[ редактировать ]Истоки DAH можно проследить до исследования Филипа Л. Таунса и Йоханнеса Холтфретера , проведенного в 1955 году . [4] В этом исследовании Таунс и Холтфретер поместили три зародышевых листка амфибии в щелочной раствор, позволив им диссоциировать на отдельные клетки, и смешали эти разные типы клеток вместе. Клетки разных видов использовались, чтобы иметь возможность визуально наблюдать и следить за их движениями. Клетки схожих типов мигрировали в правильное место и повторно агрегировались, образуя зародышевые листки в своих положениях, правильных с точки зрения развития. Этот эксперимент продемонстрировал, что организация тканей может происходить независимо от выбранного пути, подразумевая, что она опосредована постоянно присутствующими силами, а не возникает исключительно из хронологической последовательности предшествующих ей событий развития. [3]
На основе этих результатов Холтфретер разработал свою концепцию селективного сродства и предположил, что своевременные изменения селективного сродства клеток друг к другу на протяжении всего развития управляют морфогенезом. [3] Для объяснения этих результатов было выдвинуто несколько гипотез, включая «гипотезу времени» и «гипотезу дифференциального поверхностного сокращения». [3] В 1964 году Малкольм Стейнберг представил «гипотезу дифференциальной адгезии», которая использует термодинамические принципы для описания и объяснения наблюдаемых закономерностей сортировки и расположения клеток. [4]
Обзор
[ редактировать ]Согласно DAH, клеточное движение и ассортимент регулируются спонтанной перестройкой клеток — почти так же, как в жидкости — к более термодинамически стабильному равновесию. Это достигается за счет максимизации количества энергии, которая используется для склеивания клеток, что уменьшает свободную энергию, доступную в системе. Поскольку клетки с одинаковой силой поверхностной адгезии связываются друг с другом, энергия связи во всей системе увеличивается, а свободная межфазная энергия уменьшается, что делает систему более термодинамически стабильной. Жидкости ведут себя аналогичным образом, но молекулы движутся за счет кинетической энергии, а не подвижные клетки, перемещающиеся за счет сочетания их кинетики и активного движения. [4]
Это позволяет сопоставить примеры расположения тканей с поведением жидкостей, например, распространение одной ткани по другой соответствует растеканию нефти по воде; нефть распространяется по воде, чтобы свести к минимуму слабые взаимодействия между нефтью и водой и максимизировать более сильные взаимодействия вода-вода и масло-нефть, клетки аналогичным образом сортируются, чтобы оказаться рядом с другими клетками с аналогичной силой адгезии и связываться с ними. [3] Другие тканевые взаимодействия, которые DAH предлагает объяснить, включают иерархию тканей, когда ткани с более слабой поверхностной адгезией окружают ткани с более сильной поверхностной адгезией, округление нерегулярных клеточных масс до сферических, а также сортировку клеток и построение анатомических структур, которые происходят независимо от пройденный путь. [3]
DAH опирается не на качественные различия в адгезии клеток, а только на количественные различия в силе их поверхностной адгезии. [5] DAH был поддержан экспериментально и с помощью вычислительных моделей. [4]
Приложения
[ редактировать ]С момента своей первоначальной формулировки в контексте эмбриогенеза позвоночных DAH использовался для объяснения ряда других морфогенных явлений, включая заживление ран и эпителиально-мезенхимальный переход при прогрессировании и метастазировании рака . [4]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фоти, Рэмси А.; Стейнберг, Малкольм С. (1 февраля 2005 г.). «Гипотеза дифференциальной адгезии: прямая оценка» . Биология развития . 278 (1): 255–263. дои : 10.1016/j.ydbio.2004.11.012 . ПМИД 15649477 .
- ^ Дюге, герцог; Фоти, Рэмси А.; Стейнберг, Малкольм С. (15 января 2003 г.). «Кадгерин-опосредованная адгезия клеток и сегрегация тканей: качественные и количественные детерминанты» . Биология развития . 253 (2): 309–323. дои : 10.1016/S0012-1606(02)00016-7 . ПМИД 12645933 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Стейнберг, Малкольм С. (15 декабря 1996 г.). «Адгезия в развитии: исторический обзор» . Биология развития . 180 (2): 377–388. дои : 10.1006/dbio.1996.0312 . ПМИД 8954711 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Стейнберг, Малкольм С. (август 2007 г.). «Дифференциальная адгезия в морфогенезе: современный взгляд». Текущее мнение в области генетики и развития . 17 (4): 281–286. дои : 10.1016/j.где.2007.05.002 . ПМИД 17624758 .
- ^ Форгач, Габор; Фоти, Рэмси А.; Шафрир, Йинон; Стейнберг, Малкольм С. (май 1998 г.). «Вязкоупругие свойства живых эмбриональных тканей: количественное исследование» . Биофизический журнал . 74 (5): 2227–2234. Бибкод : 1998BpJ....74.2227F . дои : 10.1016/S0006-3495(98)77932-9 . ПМК 1299566 . ПМИД 9591650 .