Округление митотических клеток - Mitotic cell rounding

Форма клетки изменяется в зависимости от митотическая фаза. Показан пример HeLa клетка культивируется на стеклянной поверхности. Для визуализации ДНК и митотическая фаза присвоение, клетка выражает Гистон H2B -GFP предоставлять флуоресцентный маркировка хромосомы. Проходящий свет (DIC ), флуоресценция (GFP ), а объединенные изображения отображаются каждые 4 минуты при переходе ячейки от Фаза G2 через митоз к телофаза /Фаза G1.

Округление митотических клеток изменение формы, которое происходит в большинстве клетки животных которые проходят митоз. Клетки отказываются от распластанной или удлиненной формы, характерной для межфазный и сжимаются в сферическую морфологию во время митоза. Явление наблюдается как в искусственных культурах. in vitro и естественно формирующая ткань in vivo.

Ранние наблюдения

В 1935 году в одном из первых опубликованных отчетов о митотическом округлении в живой ткани описывалось округление клеток в псевдостратифицированный эпителий млекопитающих нервная трубка.[1] Зауэр заметил, что клетки в митозе округляются до апикальный, или просветная, поверхность столбчатый эпителий перед разделением и возвращением к своим удлиненным морфология.

Значение

Долгое время было непонятно, почему клетки при митозе округляются. Недавние исследования в эпителий и эпидермис различных организмов, однако, показывают, что округление митотических клеток может выполнять несколько важных функций.[2]

  • Во-первых, округление митотических клеток в сочетании с поддержанием апикальных межклеточных соединений, по-видимому, необходимо для правильного митотическое веретено выравнивание, так что дочерние клетки делятся параллельно плоскости ткани, таким образом разделяя апикальную поверхность для поддержания гомеостаза ткани.[3][4][5] Неспособность достичь этого может привести к неправильной локализации одной дочерней клетки в базальной области слоя ткани и удалению через апоптотический гибель клеток.[5]
  • Во-вторых, митотическое округление было предложено как движущая сила морфологических событий во время развития ткани. Примеры включают эпителиальный инвагинация Drosophila melanogaster трахеальная плакода[6] анизотропная форма и рост просвета внутреннего уха в Данио.[7]
  • В-третьих, митотическое округление, как было показано, важно для создания достаточного пространства и соответствующей геометрии для правильной функции митотического веретена, что необходимо для своевременного и точного продвижения через митоз.[2][8][9]

Таким образом, округление митотических клеток участвует в организации ткани и гомеостазе.

Механизмы

Чтобы понять физические механизмы того, как клетки собираются в митозе, исследователи провели механические измерения с культивированными клетками. in vitro. Силы, управляющие округлением клеток, недавно были охарактеризованы исследователями из группы профессоров. Тони Хайман и Даниэль Мюллер, кто использовал квартиру атомно-силовая микроскопия консоли для ограничения митотических клеток и измерения силы реакции.[10][11] Более 90% сил генерируются коллективной деятельностью миозин II молекулярные моторы в актиновой коре.[10][11] В результате поверхностное натяжение и эффективная жесткость актиновая кора увеличение, как это постоянно наблюдалось в митотических клетках.[12][13][14] Это, в свою очередь, приводит к увеличению внутриклеточный гидростатическое давление из-за Закон Лапласа, которая связывает поверхностное натяжение жидкий интерфейс к перепаду давления, поддерживаемому на этой границе.[15] Повышение гидростатического давления важно, потому что оно создает внешнюю силу, необходимую для толкания и округления внешних объектов или препятствий, таких как гибкие консоль[10][11] или мягкий гель[8] (in vitro примеры) или окружающие внеклеточный матрикс и соседние клетки[7] (in vivo Примеры). В Клетки HeLa in vitro, сила, создаваемая полудеформированной митотической клеткой, составляет порядка 50-100 нанометров.ньютоны.[10][11] Было измерено, что внутреннее гидростатическое давление увеличивается ниже 100. паскали в межфазный в 3-10 раз больше, чем в митозе.[10][11][15]

В аналогичных in vitro экспериментами было обнаружено, что пороговые силы, необходимые для предотвращения митоза, превышают 100 нН.[9] При пороговых силах клетка страдает от потери однородности кортикального F-актина, что дополнительно усиливает восприимчивость к приложенной силе. Эти эффекты усиливают искажение размеров клеток и последующее нарушение митотической прогрессии через дефекты веретена.[8][9]

Выпуск стабильной очаговые спайки еще один важный аспект митотического округления. Клетки, которые генетически нарушены, чтобы проявлять конститутивно активные регуляторы адгезии, неспособны должным образом реконструировать свои очаговые спайки и способствовать образованию однородной актомиозиновой коры.[8][16] В целом, биохимические процессы, управляющие морфологическими и механическими изменениями в митотических клетках, организуются главным митотическим регулятором. Cdk1.[11][17]

Помимо генов, связанных с актомиозином, в округление митотических клеток недавно были вовлечены несколько генов болезней. К ним относятся связанные с болезнью Паркинсона DJ-1 /Парк7 и FAM134A / RETREG2.[18]


использованная литература

  1. ^ Sauer, F.C. (Октябрь 1935 г.). «Митоз в нервной трубке». Журнал сравнительной неврологии. 62 (2): 377–405. Дои:10.1002 / cne.900620207.
  2. ^ а б Кадарт, Клотильда; Злотек-Злоткевич, Ева; Ле Бер, Маэль; Пиль, Матье; Мэтьюз, Хелен К. (28 апреля 2014 г.). «Изучение функции формы и размера клеток во время митоза». Клетка развития. 29 (2): 159–169. Дои:10.1016 / j.devcel.2014.04.009. PMID  24780736.
  3. ^ Мейер, Эмили Дж; Икми, Айссам; Гибсон, Мэтью C (22 марта 2011 г.). «Межкинетическая миграция ядер - широко консервативный признак деления клеток в псевдостратифицированном эпителии». Текущая биология. 21 (6): 485–491. Дои:10.1016 / j.cub.2011.02.002. PMID  21376598.
  4. ^ Люксенбург, Чен; Пазолли, Х. Амалия; Уильямс, Скотт Э; Fuchs, E (20 февраля 2011 г.). «Роли развития Srf, кортикального цитоскелета и формы клеток в ориентации веретена эпидермиса». Природа клеточной биологии. 13: 203–214. Дои:10.1038 / ncb2163. ЧВК  3278337. PMID  21336301.
  5. ^ а б Накадзима, Ю-ичиро; Мейер, Эмили Дж; Крузен, Аманда; МакКинни, Шон А; Гибсон, Мэтью С. (21 июля 2013 г.). «Эпителиальные соединения поддерживают архитектуру ткани, направляя планарную ориентацию веретена». Природа. 500: 359–362. Дои:10.1038 / природа12335. PMID  23873041.
  6. ^ Кондо, Такефуми; Хаяси, Шигео (13 января 2013 г.). «Округление митотических клеток ускоряет инвагинацию эпителия». Природа. 494: 125–129. Дои:10.1038 / природа11792. PMID  23334416.
  7. ^ а б Хойман, Эстебан; Руббини, Давиде; Коломбелли, Жюльен; Альсина, Берта (16 июня 2015 г.). «Округление митотических клеток и истончение эпителия регулируют рост и форму просвета». Nature Communications. 6: 7355. Дои:10.1038 / ncomms8355. PMID  26077034.
  8. ^ а б c d Ланкастер, Оскар М; Ла Берр, Маэль; Димитракопулос, Андреа; Бонацци, Дарья; Злотек-Злоткевич, Ева; Пиконе, Ремихио; Герцог, Томас; Пиль, Матье; Баум, Базз (13 мая 2013 г.). «Митотическое округление изменяет геометрию клетки, чтобы обеспечить эффективное формирование биполярного веретена» (PDF). Клетка развития. 25 (3): 270–283. Дои:10.1016 / j.devcel.2013.03.014. PMID  23623611.
  9. ^ а б c Каттин, Седрик Дж; Дюггелин, Марсель; Мартинес-Мартин, Дэвид; Гербер, Кристоф; Мюллер, Даниэль Дж; Стюарт, Мартин П. (2015). «Механический контроль митотической прогрессии в отдельных клетках животных». Труды Национальной академии наук. 112: 201502029. Дои:10.1073 / pnas.1502029112. ЧВК  4568679. PMID  26305930.
  10. ^ а б c d е Стюарт, Мартин П.; Хелениус, Йонне; Тойода, Юске; Раманатан, Субраманиан П; Мюллер, Дэниел Дж; Хайман, Энтони А. (2 января 2011 г.). «Гидростатическое давление и актомиозиновая кора управлять округлением митотических клеток ». Природа. 469: 226–230. Дои:10.1038 / природа09642. PMID  21196934.
  11. ^ а б c d е ж Раманатан, Субраманианский P; Хелениус, Йонне; Стюарт, Мартин П.; Каттин, Седрик Дж; Хайман, Энтони А; Мюллер, Дэниел Дж (26 января 2015 г.). «Cdk1-зависимое митотическое обогащение кортикального миозина II способствует округлению клеток против ограничения». Природа клеточной биологии. 17: 148–159. Дои:10.1038 / ncb3098. PMID  25621953.
  12. ^ Мэддокс, Эми S; Берридж, Кит (20 января 2003 г.). «RhoA необходим для ретракции коры и жесткости во время округления митотических клеток». Журнал клеточной биологии. 160: 255–265. Дои:10.1083 / jcb.200207130. ЧВК  2172639. PMID  12538643.
  13. ^ Кунда, Патрисия; Пеллинг, Эндрю Э; Лю, Тао; Баум, Базз (22 января 2008 г.). «Моэзин контролирует жесткость коры, округление клеток и морфогенез веретена во время митоза». Текущая биология. 18 (2): 91–101. Дои:10.1016 / j.cub.2007.12.051. PMID  18207738.
  14. ^ Мэтьюз, Хелен К; Делабр, Улисс; Рон, Дженнифер Л; Гук, Йохен; Кунда, Патрисия; Баум, Базз (14 августа 2012 г.). «Изменения в локализации Ect2 пара актомиозин-зависимых клеточных изменений в форме митотической прогрессии». Клетка развития. 23 (2): 371–383. Дои:10.1016 / j.devcel.2012.06.003. ЧВК  3763371. PMID  22898780.
  15. ^ а б Фишер-Фридрих, Элизабет; Хайман, Энтони А; Юлихер, Франк; Мюллер, Даниэль Дж; Хелениус, Йонне (29 августа 2014 г.). «Количественная оценка поверхностного натяжения и внутреннего давления, создаваемого отдельными митотическими клетками». Научные отчеты. 4: 6213. Дои:10.1038 / srep06213. ЧВК  4148660. PMID  25169063.
  16. ^ Дао, Ви Туи; Дюпюи, Орельен Ги; Гаве, Оливье; Карон, Эммануэль; де Гинцбург, Жан (15 августа 2009 г.). «Динамические изменения активности Rap1 необходимы для ретракции и распространения клеток во время митоза». Журнал клеточной науки. 122: 2996–3004. Дои:10.1242 / jcs.041301. PMID  19638416.
  17. ^ Кларк, Эндрю Джи; Палуч, Ева (21 апреля 2011 г.). «Механика и регуляция формы клеток во время клеточного цикла». Клеточный цикл в развитии: 31–77. Дои:10.1007/978-3-642-19065-0_3.
  18. ^ Тойода *, Юске; Каттин *, Седрик Дж .; Стюарт *, Мартин П .; Позер, Инна; Тайс, Мирко; Курцчалия, Теймурас В .; Бухгольц, Франк; Хайман, Энтони А .; Мюллер, Даниэль Дж. (2 ноября 2017 г.). «Механическое фенотипирование одной клетки в масштабе генома выявляет связанные с заболеванием гены, участвующие в митотическом округлении». Nature Communications. 8. Дои:10.1038 / s41467-017-01147-6. ЧВК  5668354.

внешние ссылки