Гаптотаксис - Haptotaxis

Гаптотаксис (из Греческий ἅπτω (hapto, «прикоснуться, пристегнуть») и τάξις (такси, «расположение, порядок»)) - направление подвижность или рост клеток, например в случае аксональный нарост, обычно до градиент участков клеточной адгезии или связанных с субстратом хемоаттрактантов (градиент хемоаттрактанта, экспрессируемого или связанного на поверхности, в отличие от классической модели хемотаксис, в котором градиент развивается в растворимой жидкости.). Эти градиенты естественно присутствуют в внеклеточный матрикс (ECM) тела во время таких процессов, как ангиогенез или искусственно присутствуют в биоматериалы где градиенты устанавливаются путем изменения концентрации участков адгезии на полимер субстрат.[1][2]

Клиническое значение

Гаптотаксис играет важную роль в эффективном заживлении ран.[3][4] Например, когда целостность роговицы нарушена, эпителиальные клетки быстро покрыть поврежденную область за счет распространения и миграции (гаптотаксис). в строма роговицы, кератоциты в зоне ранения пройти апоптоз, оставляя строму лишенной клеток, которые необходимо заменить. Кератоциты окружающие раненую область размножаются и становятся фибробласты которые мигрируют, чтобы заполнить раненую область. Это создает здоровую среду с миофибробласты и внеклеточный матрикс. Это явление известно как обратное рассеяние света или субэпитиальная дымка.[3]Когда есть травма клетка эпителия происходит гептотаксис, на который сильно влияет скорость клетки, которая, в свою очередь, зависит от направления движения клетки. подвижность. Клетки легко и быстро перемещаются в пакетах[нужна цитата ], поэтому, когда одна ячейка движется, остальные следуют за ней в ответ на градиент и начальное движение ячейки. Механические эффекты, такие как накопление растягивающих усилий, могут играть важную роль как для разделения, так и для подвижность клеток в ткани.[5]

Методы исследования

Как определено выше, гаптотаксис - это подвижность клеток вверх по градиенту молекул, связанных с субстратом. Существует множество процедур для настройки 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 позволяют более точно рассчитывать концентрацию. В целом, методы, используемые в настоящее время, можно улучшить, чтобы отразить in vivo среды больше, так как разрешение градиентов не такое резкое in vitro как они есть in vivo. Кроме того, у биологических градиентов есть возможность изменять геометрию, которую текущие модели in vitro не может имитировать.[6] Эти градиенты полезны для понимания основ гаптотаксиса, но из-за сложной и изменчивой природы этих градиентов требуется более глубокое понимание in vivo состояние сложно установить.

Опухолевые клетки и гаптотаксис

Характерной чертой многих видов рака является способность перемещаться по телу. Это злокачественные клетки, и представляют серьезную угрозу для здоровья человека. Было указано, что гаптотаксис играет роль в способности злокачественных клеток к метастазировать. Первоначально было обнаружено, что одним из факторов, влияющих на гаптотаксис, является сывороточный фактор распространения, который присутствует в сыворотке крови и интерстициальных тканях.[7] Было показано, что присутствие сывороточного фактора растекания влияет на направленную миграцию по градиенту молекул субстрата в некоторых типах раковых клеток.[8] Другой важный компонент гаптотаксиса опухолевых клеток - MenaINV, актин регуляторный белок, который все больше экспрессируется в опухолевых клетках. Этот регуляторный белок актина связывается с фибронектин рецепторы и помощники в гаптотаксических и хемотаксических процессах опухолевых клеток.[9]

Патология

Гаптотаксис играет роль при нескольких видах заболеваний, симптомы которых вызывают движение или агрегация клеток. Как упоминалось ранее, рак с метастазами способен выполнять гаптотаксис, чтобы распространяться по всему телу. Эта способность не ограничивается опухолевыми клетками. Идиопатический фиброз легких (IPF) - заболевание, характеризующееся фиброзом легких. мезотелиальный клетки. TGF-β1 представляет собой цитокин, обнаруженный в более высоких концентрациях в легких у пациентов с IPF, и вызывает гаптотаксис мезотелиальных клеток плевры. В то же время TGF-β1 заставляет мезотелиальные клетки развиваться в миофибробласты, которые способствуют возникновению симптомов при ИЛФ.[10] В результате в легких происходит агрегация миофибробластов, что приводит к фиброзу мезотелиальных клеток. В течение нефрит VCAM-1 экспрессируется в более высоких уровнях в канальцах нефронов, что приводит к увеличению миграции лейкоцитов через градиент, установленный VCAM-1.[11] Важно отметить, что эта повышенная экспрессия не была обнаружена на эндотелиальных клетках капилляров. Эта миграция лейкоцитов приводит к воспалению и разрушению тканей, характерных для воспалительная реакция.

Иммунная система

Движение клеток жизненно важно для функционирования иммунная система и особенно для антиген-представляющих клеток. Дендритные клетки (один из основных антигенпрезентирующие клетки в иммунной системе), двигаться к лимфатическим узлам после фагоцитирования антигена, чтобы представить антиген Т-клетки. На эти движения влияют хемокины, особенно CCL21, который связан с мембранами лимфатических эндотелиальных клеток. Воздействие короткое, но вызывает движение дендритных клеток вверх по фиксированному химическому градиенту.[12] Другой лейкоциты также демонстрируют гаптотаксическое движение: нейтрофилы подвергаются миграции, опосредованной IL-8, в то время как моноциты, базофилы, эозинофилы и на некоторые Т-клетки влияют хемокины RANTES.[11] При аутоиммунном расстройстве ревматоидный артрит И в остеоартроз ассоциированное набухание и миграция нейтрофилов к пораженному участку, как было показано, связаны с мембранно-связанным мидкиновым цитокином. Этот цитокин действует гаптотактическим образом, привлекая местные нейтрофилы к месту экспрессии.[13]

Развитие тканей

Гаптотаксис играет роль в организации клеток с образованием тканей и определенных областей этих тканей. Фибронектин и ламинин оба играют роль в мутациях адреноцитов, вызывая различное распределение в надпочечниках.[14] По мере созревания адреноциты мигрируют центростремительно по направлению к мозговому веществу надпочечника.,[15] и это движение может быть результатом гаптотактических сил, опосредованных фибронектином и ламинином.[14] В нервных клетках рост аксонов опосредуется фактором роста нервов гаптотаксическим способом, когда аксон нервных клеток растет по градиенту.[16] Эта информация может быть использована для возможной разработки методов, способствующих регенерации нервов у пациентов с повреждениями нервов. Еще одна регенеративная стратегия - это использование мезенхимальные стволовые клетки, которые могут дифференцироваться в различные виды соединительной ткани в процессе заживления ран.[17] Гаптотаксис опосредуется фибронектином, витронектином и коллагеном I типа. Недавнее исследование предположительно предложило идею о том, что структуры на клетках, ответственные за восприятие градиентов мембранных белков, ослаблены. филоподии.[18] Кроме того, чем больше количество филоподий присутствует на переднем крае мигрирующей клетки, тем более чувствительна клетка к гаптотактическому градиенту. Это важно, потому что есть вероятность, что все подвижные клетки, которые демонстрируют филоподии, могут реагировать на гаптотактические градиенты. В этой области требуются дальнейшие исследования, но очевидно, что все больше и больше видов клеток подвергаются гаптотаксису, чем предполагалось изначально.

Терапевтическое использование

Размещение гаптотаксических молекул принесет наибольшую пользу в ситуациях, когда требуется большее количество клеток, чтобы переместиться в желаемое место, чтобы помочь процессу заживления либо напрямую, либо с помощью их клеточных продуктов. Введение гаптотаксических пептидов может помочь в лечении некоторых заболеваний, таких как сахарный диабет, гемофилия Недостатки A и B, и Болезнь Паркинсона. Гаптоктатические молекулы будут играть роль в заживлении, ограничивая другие биоинженерные клетки, которые обладают способностью производить необходимые клеточные продукты, в желаемой области тела, где необходима терапия.[19] Это приложение также можно использовать при заживлении ран, когда повышенное количество фибробластов и кератиноцитов способствует регрануляризации раны, тем самым сокращая общее время заживления.[19] В отношении протезирование, добиться успешного соединения протеза с тканью является сложной задачей. Когда поверхность протеза покрыта гаптотаксическими материалами, протезу помогает формировать ковалентные связи с клетками и он 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.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Маккарти Дж. Б., Palm SL, Furcht LT (1983). «Миграция путем гаптотаксиса линии опухолевых клеток Шванна к гликопротеину ламинину базальной мембраны». J Cell Biol. 97 (3): 772–7. Дои:10.1083 / jcb.97.3.772. ЧВК  2112555. PMID  6885918.
  2. ^ Cattaruzza S; Перрис Р. (2005). «Протеогликан контролирует движение клеток во время заживления ран и распространения рака». Матрикс Биол. 24 (6): 400–17. Дои:10.1016 / j.matbio.2005.06.005. PMID  16055321.
  3. ^ а б Бланко-Мескита, Хосе; Хатчон, Одри Е.К .; Зиеске, Джеймс Д. (28 января 2013 г.). «Роль тромбоспондина-1 в заживлении проникающих ран роговицы». Исследовательская офтальмология и визуализация. 54 (9): 6262–6268. Дои:10.1167 / iovs.13-11710. ЧВК  3776713. PMID  23963165.
  4. ^ Басан, Маркус; Элгети, Йенс; Ханнезо, Эдуардо; Раппель, Воутер-Ян; Левин, Герберт (09.09.2012). «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. ЧВК  3574962. PMID  23345440.
  5. ^ Басан, Маркус; Элгети, Йенс; Ханнезо, Эдуардо; Раппель, Воутер-Ян; Левин, Герберт (09.09.2012). «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. ЧВК  3574962. PMID  23345440.
  6. ^ а б [Рико, С. Г., Кеннеди, Т. Э., и Юнкер, Д. (2015). Градиенты белков, связанных с субстратом, для изучения гаптотаксиса. Границы биоинженерии и биотехнологии, 3]
  7. ^ Hayman, E. G .; Pierschbacher, M.D .; Ohgren, Y .; Руослахти, Э. (1983). «Фактор распространения сыворотки (витронектин) присутствует на поверхности клеток и в тканях». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 80 (13): 4003–4007. Bibcode:1983PNAS ... 80.4003H. Дои:10.1073 / pnas.80.13.4003. ЧВК  394188. PMID  6191326.
  8. ^ Basara, M. L .; McCarthy, J. B .; Barnes, D.W .; Ферч, Л. Т. (1985). «Стимуляция гаптотаксиса и миграции опухолевых клеток фактором распространения сыворотки». Исследования рака. 45 (6): 2487–2494.
  9. ^ Oudin, M. J .; Jonas, O .; Кошюк, Т .; Broye, L.C .; Wyckoff, J .; Миллер, М. А .; и другие. (2015). «Мена на стыке хемотаксиса и гаптотаксиса во время опухолевой прогрессии». Исследования рака. 75 (15 приложение): 437. Дои:10.1158 / 1538-7445.am2015-437.
  10. ^ Nasreen, N .; Мохаммед, К. А .; Мубарак, К. К .; Baz, M. A .; Akindipe, O.A .; Fernandez-Bussy, S .; Антоний, В. Б. (2009). «Трансформация мезотелиальных клеток плевры в миофибробласты и гаптотаксическая миграция в ответ на TGF-β1 in vitro». Американский журнал физиологии. Клеточная и молекулярная физиология легких. 297 (1): L115 – L124. Дои:10.1152 / ajplung.90587.2008. ЧВК  2711818. PMID  19411308.
  11. ^ а б [Даль Кантон, А. (1995). Молекулы адгезии при почечной недостаточности. Kidney International, 48, 1687–1696.]
  12. ^ [Weber, M., Hauschild, R., Schwarz, J., Moussion, C., de Vries, I., Legler, D. F., et al. (2013). Управление интерстициальными дендритными клетками с помощью градиентов гаптотаксических хемокинов. Наука, 339 (6117), 328-332. DOI: 10.1126 / science.1228456 [DOI]
  13. ^ Takada, T .; Toriyama, K .; Muramatsu, H .; Сонг, X.J .; Torii, S .; Мурамацу, Т. (1997). «Мидкин, гепарин-связывающий цитокин, индуцируемый ретиноевой кислотой, при воспалительных реакциях: хемотаксическая активность нейтрофилов и связь с воспалительным синовитом». Журнал биохимии. 122 (2): 453–458. Дои:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a021773. PMID  9378726.
  14. ^ а б [Файги, Дж. Дж., Керамидас, М., и Чамбаз, Э. М. (1997). Гормонально регулируемые компоненты среды клеток коры надпочечников и контроль гомеостаза коры надпочечников. Гормоны и метаболические исследования = Hormon-und Stoffwechselforschung = Hormones et метаболизм, 30 (6-7), 421-425.]
  15. ^ Zajicek, G .; Ариэль, I .; Арбер, Н. (1986). «Поток коры надпочечников: прямое свидетельство центростремительной миграции адреноцитов по оценке скорости обновления клеток». Журнал эндокринологии. 111 (3): 477–482. Дои:10.1677 / joe.0.1110477. PMID  3805971.
  16. ^ Taniuchi, M .; Clark, H.B .; Джонсон, Э. М. (1986). «Индукция рецептора фактора роста нервов в шванновских клетках после аксотомии». Труды Национальной академии наук. 83 (11): 4094–4098. Bibcode:1986ПНАС ... 83.4094Т. Дои:10.1073 / пнас.83.11.4094. ЧВК  323673. PMID  3012551.
  17. ^ [Тибо, М., Хеманн, К. Д., Бушманн, М. Д. (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.]
  18. ^ [Амарачинта, С. П., Райан, К. Дж., Кайер, М., Будро, Н. С., Джонсон, Н. М., и Хекман, К. А. (2015). Влияние доменов Cdc42 на восприятие филоподий, ориентацию клеток и гаптотаксис. Cellular signaling, 27 (3), 683-693.]
  19. ^ а б [Городецкий, Р., & Маркс, Г. (2006). Заявка на патент США 11/490 033.]
  20. ^ [Городецкий, Р. (2013). Патент США № 8,354,111. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро по патентам и товарным знакам США.]

внешняя ссылка

  • «Сотовая миграция» - Калифорнийский университет, Беркли, 2003. Веб-сайт «Клеточная и тканевая инженерия».