Гаптотаксис
Гаптотаксис (от греческого ἅπτω (hapto, «прикасаться, закреплять») и τάξις (таксис, «расположение, порядок»)) — это направленная подвижность или рост клеток, например, в случае роста аксонов , обычно вверх по градиенту клеточной адгезии. сайты или хемоаттрактанты, связанные с субстратом (градиент хемоаттрактанта, экспрессирующегося или связывающегося на поверхности, в отличие от классическая модель хемотаксиса , в которой градиент развивается в растворимой жидкости.). Эти градиенты естественным образом присутствуют во внеклеточном матриксе (ECM) организма во время таких процессов, как ангиогенез, или искусственно присутствуют в биоматериалах , где градиенты создаются путем изменения концентрации сайтов адгезии на полимерной подложке. [ 1 ] [ 2 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]Гаптотаксис играет важную роль в эффективном заживлении ран. [ 3 ] [ 4 ] Например, когда целостность роговицы нарушена, эпителиальные клетки быстро покрывают поврежденный участок за счет пролиферации и миграции (гаптотаксис). В роговицы строме кератоциты в области повреждения подвергаются апоптозу , в результате чего строма остается лишенной клеток, которые необходимо заменить. Кератоциты, окружающие раневую область, размножаются и превращаются в фибробласты , которые мигрируют, заполняя раневую область. Это создает здоровую среду с миофибробластами и внеклеточным матриксом. Это известно как обратное рассеяние света или субэпителиальная дымка. [ 3 ] При повреждении эпителиальных клеток происходит гептотаксис, на который сильно влияет скорость движения клеток, которая, в свою очередь, зависит от направления их подвижности . Клетки легко и быстро мигрируют группами. [ нужна ссылка ] , поэтому, когда одна ячейка перемещается, остальные следуют за ней в ответ на градиент и начальное движение ячейки. Механические эффекты, такие как накопление растягивающих сил, могут играть важную роль как для деления, так и для подвижности клеток в ткани. [ 5 ]
Методы исследования
[ редактировать ]Как определено выше, гаптотаксис — это подвижность клеток вверх по градиенту молекул, связанных с субстратом. Существует множество процедур создания этого градиента in vitro для изучения гаптотаксиса. Две основные категории можно разделить на непрерывные и цифровые. [ 6 ] Оба типа относительно легко производить, но цифровые градиенты дают более точные расчеты концентрации. В целом, методы, используемые в настоящее время, могут быть улучшены, чтобы больше отражать среду in vivo , поскольку разрешение градиентов не такое резкое in vitro, как in vivo . Кроме того, биологические градиенты обладают способностью изменять геометрию, которую современные модели in vitro не могут имитировать. [ 6 ] Эти градиенты полезны для понимания основ гаптотаксиса, но из-за сложной и изменчивой природы этих градиентов in vivo трудно установить более глубокое понимание состояния .
Опухолевые клетки и гаптотаксис
[ редактировать ]Характерной чертой многих видов рака является способность перемещаться по телу. Это злокачественные клетки и представляют серьезную угрозу для здоровья человека. Было показано, что гаптотаксис играет роль в способности злокачественных клеток метастазировать . Первоначально было обнаружено, что одним из факторов, влияющих на гаптотаксис, является сывороточный фактор распространения, который присутствует в сыворотке крови и интерстициальных тканях. [ 7 ] Показано, что наличие сывороточного фактора распространения влияет на направленную миграцию по градиенту молекул субстрата в некоторых типах раковых клеток. [ 8 ] Другим компонентом, важным для гаптотаксиса опухолевых клеток, является MenaINV, который представляет собой регуляторный белок актина , который все чаще экспрессируется в опухолевых клетках. Этот регуляторный белок актина связывается с рецепторами фибронектина и способствует гаптотактическим и хемотаксическим процессам опухолевых клеток. [ 9 ]
Патология
[ редактировать ]Гаптотаксис играет роль в некоторых видах заболеваний, симптомы которых вызывают движение или агрегация клеток. Как упоминалось ранее, метастатические виды рака обладают способностью осуществлять гаптотаксис для распространения по всему организму. Эта способность не ограничивается опухолевыми клетками. Идиопатический фиброз легких (ИЛФ) — заболевание, характеризующееся фиброзом мезотелиальных клеток легких. TGF-β1 представляет собой цитокин, обнаруживаемый в более высоких концентрациях в легких у пациентов с ИЛФ и индуцирующий гаптотаксис плевральных мезотелиальных клеток. В то же время TGF-β1 вызывает развитие мезотелиальных клеток в миофибробласты , которые способствуют развитию симптомов ИЛФ. [ 10 ] В результате в легких происходит агрегация миофибробластов, что приводит к фиброзу мезотелиальных клеток. Во время нефрита VCAM-1 экспрессируется на более высоких уровнях в канальцах нефронов, что приводит к увеличению миграции лейкоцитов через градиент, устанавливаемый VCAM-1. [ 11 ] Важно отметить, что эта повышенная экспрессия не была обнаружена на эндотелиальных клетках капилляров. Такая миграция лейкоцитов приводит к воспалению и разрушению тканей, характерному для воспалительной реакции .
Иммунная система
[ редактировать ]Движение клеток жизненно важно для функционирования иммунной системы , особенно для антигенпредставляющих клеток. Дендритные клетки (одна из основных антигенпредставляющих клеток иммунной системы) движутся к лимфатическим узлам после фагоцитирования антигена, чтобы представить антиген Т-клеткам . На эти движения влияют хемокины, особенно CCL21, который связан с мембранами лимфатических эндотелиальных клеток. Влияние кратковременно, но вызывает движение дендритных клеток вверх по фиксированному химическому градиенту. [ 12 ] Другие лейкоциты также демонстрируют гаптотаксическое движение: нейтрофилы подвергаются миграции, опосредованной IL-8, тогда как моноциты , базофилы , эозинофилы и некоторые Т-клетки подвергаются влиянию хемокинов RANTES. [ 11 ] Было показано, что при аутоиммунном заболевании, ревматоидном артрите и остеоартрите , связанный с ним отек и миграция нейтрофилов к пораженному участку связаны с мембраносвязанным цитокином мидкина. Этот цитокин действует гаптотактическим способом, привлекая локальные нейтрофилы к месту экспрессии. [ 13 ]
Развитие тканей
[ редактировать ]Гаптотаксис играет роль в организации клеток для формирования тканей и определенных областей этих тканей. Фибронектин и ламинин играют роль в мутации адреноцитов с характерным распределением в надпочечниках. [ 14 ] По мере созревания адреноциты мигрируют центростремительно к мозговому веществу надпочечников. [ 15 ] и это движение может быть результатом гаптотактических сил, опосредованных фибронектином и ламинином. [ 14 ] В нервных клетках рост аксонов опосредуется фактором роста нервов гаптотактическим способом, при котором аксон нервных клеток растет по градиенту. [ 16 ] Эта информация может быть использована для разработки методов, способствующих регенерации нервов у пациентов с их повреждением. Другой регенеративной стратегией является использование мезенхимальных стволовых клеток , которые могут дифференцироваться в различные виды соединительной ткани в процессе заживления ран. [ 17 ] Гаптотаксис опосредуется фибронектином, витронектином и коллагеном I типа. Недавнее исследование предварительно выдвинуло идею о том, что структуры клеток, ответственные за восприятие градиентов мембранных белков, представляют собой аттенуированные филоподии . [ 18 ] Кроме того, чем больше филоподий присутствует на переднем крае мигрирующей клетки, тем более чувствительна клетка к гаптотактическому градиенту. Это важно, поскольку существует вероятность того, что все подвижные клетки, имеющие филоподии, могут реагировать на гаптотактические градиенты. Требуются дальнейшие исследования по этому вопросу, но ясно, что все больше и больше типов клеток подвергаются гаптотаксису, чем предполагалось первоначально.
Терапевтическое использование
[ редактировать ]Размещение гаптотактических молекул принесет наибольшую пользу в ситуациях, когда требуется, чтобы большее количество клеток переместилось в желаемое место, чтобы помочь процессу заживления либо напрямую, либо с помощью продуктов их клеток. Введение гаптотактических пептидов может помочь в лечении ряда заболеваний, таких как сахарный диабет , гемофилия А и В, болезнь Паркинсона . Гаптоктатические молекулы будут играть роль в заживлении, ограничивая другие биоинженерные клетки, способные производить необходимые клеточные продукты, в желаемой области тела, где необходима терапия. [ 19 ] Это применение также можно использовать при заживлении ран, где увеличение количества фибробластов и кератиноцитов способствует регрануляризации раны, тем самым сокращая общее время заживления. [ 19 ] Что касается протезирования , обеспечение успешного соединения протезного устройства с тканями является сложной задачей. Когда поверхность протеза покрыта гаптотактическими материалами, протез помогает образовывать ковалентные связи с клетками и надежно прикрепляется к клеточному слою. [ 20 ] Хотя гаптотаксис может и не происходить в этом процессе, он демонстрирует разнообразие, с которым можно использовать эти знания о гаптотаксисе.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Маккарти Дж.Б., Палм С.Л., Фурхт Л.Т. (1983). «Миграция путем гаптотаксиса линии опухоли шванновских клеток в гликопротеин ламинин базальной мембраны» . J Клеточная Биол . 97 (3): 772–7. дои : 10.1083/jcb.97.3.772 . ПМК 2112555 . ПМИД 6885918 .
- ^ Каттаруцца С; Перрис Р. (2005). «Протеогликановый контроль движения клеток во время заживления ран и распространения рака». Матрица Биол . 24 (6): 400–17. дои : 10.1016/j.matbio.2005.06.005 . ПМИД 16055321 .
- ^ Jump up to: а б Бланко-Мескита, Хосе; Хатчон, Одри ЭК; Зиеске, Джеймс Д. (28 января 2013 г.). «Роль тромбоспондина-1 в лечении проникающих ран роговицы» . Исследовательская офтальмология и визуальные науки . 54 (9): 6262–6268. дои : 10.1167/iovs.13-11710 . ПМЦ 3776713 . ПМИД 23963165 .
- ^ Басан, Маркус; Эльгети, Йенс; Ханнезо, Эдуардо; Раппель, Воутер-Ян; Левин, Герберт (9 сентября 2012 г.). «Согласование сил клеточной подвижности с тканевым потоком как механизм эффективного заживления ран» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (PNAS 2013 110:2452–2459): 2452–2459. дои : 10.1073/pnas.1219937110 . ПМЦ 3574962 . ПМИД 23345440 .
- ^ Басан, Маркус; Эльгети, Йенс; Ханнезо, Эдуардо; Раппель, Воутер-Ян; Левин, Герберт (9 сентября 2012 г.). «Согласование сил клеточной подвижности с тканевым потоком как механизм эффективного заживления ран» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (PNAS 2013 110:2452–2459): 2452–2459. дои : 10.1073/pnas.1219937110 . ПМЦ 3574962 . ПМИД 23345440 .
- ^ Jump up to: а б [ Рикулт С.Г., Кеннеди Т.Э. и Юнкер Д. (2015). Субстратно-связанные белковые градиенты для изучения гаптотаксиса. Границы биоинженерии и биотехнологии, 3]
- ^ Хейман, Э.Г.; Пиршбахер, доктор медицины; Огрен, Ю.; Руослахти, Э. (1983). «Сывороточный фактор распространения (витронектин) присутствует на поверхности клеток и в тканях» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 80 (13): 4003–4007. Бибкод : 1983PNAS...80.4003H . дои : 10.1073/pnas.80.13.4003 . ПМЦ 394188 . ПМИД 6191326 .
- ^ Басара, МЛ; Маккарти, Дж. Б.; Барнс, Д.В.; Фурхт, LT (1985). «Стимуляция гаптотаксиса и миграции опухолевых клеток сывороточным фактором распространения». Исследования рака . 45 (6): 2487–2494. ПМИД 2580621 .
- ^ Уден, MJ; Джонас, О.; Костюк, Т.; Брой, ЖК; Вайкофф, Дж.; Миллер, Массачусетс; и др. (2015). «Мена на стыке хемотаксиса и гаптотаксиса во время прогрессирования опухоли». Исследования рака . 75 (дополнение 15): 437. doi : 10.1158/1538-7445.am2015-437 .
- ^ Насрин, Н.; Мохаммед, Калифорния; Мубарак, К.К.; Баз, Массачусетс; Акиндипе, ОА; Фернандес-Бюсси, С.; Энтони, В.Б. (2009). «Трансформация плевральных мезотелиальных клеток в миофибробласты и гаптотактическая миграция в ответ на TGF-β1 in vitro» . Американский журнал физиологии. Клеточная и молекулярная физиология легких . 297 (1): Л115–Л124. дои : 10.1152/ajplung.90587.2008 . ПМЦ 2711818 . ПМИД 19411308 .
- ^ Jump up to: а б [ Дал Кантон, А. (1995). Молекулы адгезии при заболеваниях почек. Kidney International, 48, 1687–1696.]
- ^ [Вебер М., Хаушилд Р., Шварц Дж., Муссион К., де Врис И., Леглер Д.Ф. и др. (2013). Наведение интерстициальных дендритных клеток с помощью гаптотактических градиентов хемокинов. Наука, 339(6117), 328-332. дои:10.1126/science.1228456 [дои]
- ^ Такада, Т.; Торияма, К.; Мурамацу, Х.; Сонг, XJ; Тории, С.; Мурамацу, Т. (1997). «Мидкин, индуцируемый ретиноевой кислотой гепаринсвязывающий цитокин при воспалительных реакциях: хемотаксическая активность в отношении нейтрофилов и связь с воспалительным синовитом». Журнал биохимии . 122 (2): 453–458. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021773 . ПМИД 9378726 . S2CID 11253841 .
- ^ Jump up to: а б [ Файги Дж. Дж., Керамидас М. и Чамбаз Э. М. (1997). Гормонально регулируемые компоненты среды клеток надпочечников и контроль гомеостаза коры надпочечников. Гормональные и метаболические исследования = Hormon-und Stoffwechselforschung = Hormones et метаболизм, 30(6-7), 421-425.]
- ^ Зайичек, Г.; Ариэль, И.; Арбер, Н. (1986). «Поток коры надпочечников: прямое свидетельство центростремительной миграции адреноцитов путем оценки скорости обновления клеток». Журнал эндокринологии . 111 (3): 477–482. дои : 10.1677/joe.0.1110477 . ПМИД 3805971 .
- ^ Таниучи, М.; Кларк, HB; Джонсон, Э.М. (1986). «Индукция рецептора фактора роста нервов в шванновских клетках после аксотомии» . Труды Национальной академии наук . 83 (11): 4094–4098. Бибкод : 1986PNAS...83.4094T . дои : 10.1073/pnas.83.11.4094 . ПМК 323673 . ПМИД 3012551 .
- ^ [Тибо, М.М., Хоманн, К.Д., и Бушманн, доктор медицины (2007). Фибронектин, витронектин и коллаген I индуцируют хемотаксис и гаптотаксис мезенхимальных стволовых клеток человека и кролика в стандартизированном трансмембранном анализе. Стволовые клетки и развитие, 16(3), 489-502.]
- ^ [Амарачинта, С.П., Райан, К.Дж., Кайер, М., Будро, Н.С., Джонсон, Н.М., и Хекман, Калифорния (2015). Влияние доменов Cdc42 на чувствительность филоподий, ориентацию клеток и гаптотаксис. Сотовая сигнализация, 27(3), 683-693.]
- ^ Jump up to: а б [Городецкий Р. и Маркс Г. (2006). Заявка на патент США 11/490,033.]
- ^ [ Городецкий Р. (2013). Патент США № 8354111. Вашингтон, округ Колумбия: Ведомство США по патентам и товарным знакам.]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Клеточная миграция» - Калифорнийский университет, Беркли, 2003 г. Веб-сайт клеточной и тканевой инженерии.