Амебоидное движение - Amoeboid movement

Амебоидное движение это наиболее распространенный способ передвижения в эукариотических клетках.[1] Это движение, похожее на ползание, которое достигается за счет выдвижения цитоплазма из клетка включая формирование псевдоподия («ложные ноги») и задняя уроподы. Одна или несколько псевдоподий могут образовываться одновременно в зависимости от организма, но все амебоидные движения характеризуются перемещением организмов с аморфной формой, которые не обладают установленными структурами подвижности. Движение происходит, когда цитоплазма скользит и образует псевдоподий впереди, чтобы подтянуть клетку вперед. Этот тип движения был связан с изменениями в потенциал действия, хотя точный механизм до сих пор неизвестен. Некоторые примеры организмов, демонстрирующих этот тип передвижения: амебы (Такие как Амеба протей и Naegleria gruberi,[2]) и слизевые формы, а также некоторые клетки человека, такие как лейкоциты. Саркомы, или раковые образования, возникающие из клеток соединительной ткани, особенно хорошо переносят амебоидные движения, что приводит к их высокому уровню метастаз.

Хотя было предложено несколько гипотез для объяснения механизма амебоидного движения, точный механизм до сих пор неизвестен.[3][нужен лучший источник ]

Молекулярный механизм движения клеток

Золь-гель теория

В протоплазма амебы состоит из внешнего слоя, называемого эктоплазма который окружает внутреннюю часть, называемую эндоплазма. Эктоплазма состоит из гелеобразного полутвердого вещества, называемого плазменным гелем, тогда как эндоплазма состоит из менее вязкой жидкости, называемой плазменным золем. Эктоплазма своим высоковязким состоянием частично обязана сшивке актомиозин сложный. Считается, что передвижение амебы происходит из-за золь-гель преобразование протоплазмы внутри своей клетки. Преобразование золь-гель описывает события сокращения и расслабления, которые осмотическое давление и другие ионные заряды ».[4]

Например, когда амеба движется, она расширяет студенистый цитозольный псевдоподий, в результате чего более жидкий цитозоль (плазменный золь) течет после студенистой части (плазменный гель), где он застывает на конце псевдоподий. Это приводит к расширению этого придатка. На противоположном (заднем) конце клетки плазменный гель затем превращается в плазменный золь и направляется к продвигающемуся псевдоподию. Пока у клетки есть способ схватить субстрат, повторение этого процесса ведет клетку вперед. Внутри амебы есть белки, которые можно активировать, чтобы преобразовать гель в более жидкое состояние золя.

Цитоплазма состоит в основном из актина, а актин регулируется белками, связывающими актин. Связывающие актин белки, в свою очередь, регулируются ионами кальция; следовательно, ионы кальция очень важны в процессе золь-гель преобразования.[1][4]

Методы амебоидного движения

Актиновая моторика

Основываясь на некоторых математических моделях, недавние исследования выдвигают гипотезу о новой биологической модели коллективных биомеханических и молекулярных механизмов клеточного движения.[5] Предполагается, что микродомены плетут текстуру цитоскелет и их взаимодействия отмечают место для образования новых сайтов адгезии. Согласно этой модели, динамика передачи сигналов микродоменов организует цитоскелет и его взаимодействие с субстратом. Поскольку микродомены запускают и поддерживают активную полимеризацию актиновых филаментов, их распространение и зигзагообразное движение по мембране создают сильно взаимосвязанную сеть изогнутых или линейных филаментов, ориентированных под широким спектром углов к границе клетки. Также было высказано предположение, что взаимодействие микродоменов отмечает образование новых очаговых участков адгезии на периферии клетки. Взаимодействие миозин с актин затем сеть генерирует втягивание / взъерошивание мембраны, ретроградный поток и сократительные силы для поступательного движения. Наконец, постоянное воздействие на старые очаговые адгезионные участки может привести к индуцированной кальцием активации Кальпаин, и, как следствие, отслоение очаговых спаек, завершающее цикл.

Помимо полимеризации актина, микротрубочки также может играть важную роль в миграции клеток, когда образование ламеллиподии впутан. Один эксперимент показал, что хотя микротрубочки не требуются для полимеризации актина, чтобы создавать ламеллиподиальные расширения, они необходимы для обеспечения клеточного движения.[6]

Два распространенных режима амебоидной моторики

Подвижность, обусловленная пузырями

Другой такой предложенный механизм, механизм «амебоидной локомоции, управляемой пузырями», предполагает, что актомиозин коры клеток сокращается, чтобы увеличить гидростатическое давление внутри клетки. Блеббинг возникает в амебоидных клетках, когда в клеточной мембране имеется примерно сферическое выступание, характеризующееся отслоением от актомиозиновой коры. Этот режим амебоидного движения требует, чтобы миозин II играют роль в создании гидростатического давления, которое заставляет пузырек расширяться.[7] Это отличается от управляемой актином локомоции, когда выпячивание создается за счет полимеризации актина, оставаясь прикрепленным к актомиозиновой коре и физически давя на барьер клетки. Во время движения амебоида, вызванного пузырями, золь-гелевое состояние цитоплазмы регулируется.[1]

Блеббинг также может быть признаком того, что клетка подвергается апоптоз.[8]

Также было замечено, что пузырьки, образованные подвижными клетками, проходят примерно одинаковый жизненный цикл, который длится примерно одну минуту. Это включает в себя фазу, включающую начальное расширение наружу, когда мембрана отрывается от мембранного цитоскелета. Затем следует короткая статическая фаза, когда накопившегося гидростатического давления достаточно для поддержания размера пузыря. После этого следует последняя фаза, характеризующаяся медленным втягиванием пузырька и повторным введением мембраны в инфраструктуру цитоскелета.[9]

Клетки могут быстро переходить от блеббинга к подвижности на основе ламеллиподиума в качестве средства миграции. Однако скорость, с которой совершаются эти переходы, пока неизвестна. Опухолевые клетки также могут демонстрировать быстрые переходы между амебоидной подвижностью и мезенхимальной подвижностью, другой формой клеточного движения.[10]

Связанные механизмы движения

Клетки Dictyostelium и нейтрофилы также могут плавать, используя тот же механизм, что и при ползании.[11][12]

Еще одна одноклеточная форма движения, показанная на Эвглена известен как метаболизм.В основе золь-гель теории лежит взаимопревращение золя и геля.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Нишигами, Юкинори; Итикава, Масатоши; Казама, Тошия; Кобаяси, Ре; Шиммен, Теруо; Йошикава, Кеничи; Сонобэ, Сейджи; Кабла, Александр Дж. (5 августа 2013 г.). «Реконструкция активного регулярного движения в экстракте амебы: динамическое сотрудничество между состояниями золя и геля». PLOS ONE. 8 (8): e70317. Дои:10.1371 / journal.pone.0070317. ЧВК  3734023. PMID  23940560.
  2. ^ Престон, TM; Купер, LG; Кинг, Калифорния (июль – август 1990 г.). «Амебоидное передвижение Naegleria gruberi: эффекты цитохалазина B на межклеточные взаимодействия и подвижное поведение». Журнал протозоологии. 37 (4): 6С – 11С. Дои:10.1111 / j.1550-7408.1990.tb01139.x. PMID  2258833.
  3. ^ Р. Д. Аллен и Н. С. Аллен. "Цитоплазматический поток в амебоидном движении"http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.bb.07.060178.002345Allen, R.D .; Аллен, Н. С. (1978). «Цитоплазматический поток в амебоидном движении». Ежегодный обзор биофизики и биоинженерии. 7: 469–495. Дои:10.1146 / annurev.bb.07.060178.002345. PMID  352246.
  4. ^ а б Растоги, С.С. (2010). Клеточная и молекулярная биология (3-е изд.). Нью-Дели: New Age International. п. 461. ISBN  9788122430790. Получено 29 октября 2014.
  5. ^ Джошкун, Хасан; Чоскун, Хусейн. (Март 2011 г.). «Клеточный врач: считывание движения клеток. Метод математической диагностики посредством анализа движения отдельных клеток». Бык математика биол. 73 (3): 658–82. Дои:10.1007 / с11538-010-9580-х. PMID  20878250.
  6. ^ Баллестрем, Кристоф; Верле-Галлер, Бернхард; Хинц, Борис; Имхоф, Бит А. (1 сентября 2000 г.). «Актин-зависимое образование ламеллиподий и микротрубочка-зависимая миграция клеток под контролем ретракции хвоста». Молекулярная биология клетки. 11 (9): 2999–3012. Дои:10.1091 / mbc.11.9.2999. ISSN  1059-1524. ЧВК  14971. PMID  10982396.
  7. ^ Ёсида, Кунито; Солдати, Тьерри (15 сентября 2006 г.). «Разделение амебоидного движения на два механически различных режима». Журнал клеточной науки. 119 (18): 3833–3844. Дои:10.1242 / jcs.03152. ISSN  0021-9533. PMID  16926192.
  8. ^ Coleman, Mathew L .; Сахай, Эрик А .; Йео, Маргарет; Босх, Марта; Дьюар, Энн; Олсон, Майкл Ф. (2001). «Мембранные пузыри во время апоптоза являются результатом опосредованной каспазой активации ROCK I». Природа клеточной биологии. 3 (4): 339–345. Дои:10.1038/35070009. ISSN  1476-4679. PMID  11283606.
  9. ^ Fackler, Оливер Т .; Гросс, Роберт (16.06.2008). «Подвижность клеток посредством пузырей плазматической мембраны». Журнал клеточной биологии. 181 (6): 879–884. Дои:10.1083 / jcb.200802081. ISSN  0021-9525. ЧВК  2426937. PMID  18541702.
  10. ^ Бергерт, Мартин; Chandradoss, Stanley D .; Desai, Ravi A .; Палуч, Ева (04.09.2012). «Клеточная механика контролирует быстрые переходы между пузырьками и ламеллиподиями во время миграции». Труды Национальной академии наук. 109 (36): 14434–14439. Дои:10.1073 / pnas.1207968109. ISSN  0027-8424. ЧВК  3437886. PMID  22786929.
  11. ^ Ван Хаастерт, Питер Дж. М .; Хотчин, Нил А. (8 ноября 2011 г.). Хотчин, Нил А. (ред.). «Амебоидные клетки используют выступы для ходьбы, скольжения и плавания». PLOS ONE. 6 (11): e27532. Дои:10.1371 / journal.pone.0027532. ЧВК  3212573. PMID  22096590.
  12. ^ Bae, A.J .; Боденшац, Э. (4 октября 2010 г.). «О плавании Dictyostelium amoebae». Труды Национальной академии наук. 107 (44): E165 – E166. Дои:10.1073 / pnas.1011900107. ЧВК  2973909. PMID  20921382.