Округление митотических клеток
Изменение формы в клетках животных
Форма клетки меняется в зависимости от митотической фазы . Показан пример клетки HeLa , культивируемой на стеклянной поверхности. Для визуализации ДНК и назначения митотической фазы клетка экспрессирует гистон H2B - GFP , чтобы обеспечить флуоресцентную маркировку хромосом . Изображения в проходящем свете ( DIC ), флуоресценции ( GFP ) и объединенные изображения отображаются каждые 4 минуты, поскольку клетка переходит из фазы G2 через митоз в телофазу / фазу G1 .

Округление митотических клеток — это изменение формы, которое происходит в большинстве клеток животных , проходящих митоз . Клетки теряют распластанную или удлиненную форму, характерную для интерфазы , и сжимаются в сферическую морфологию во время митоза. Это явление наблюдается как в искусственных культурах in vitro , так и в естественно формирующихся тканях in vivo .

Ранние наблюдения

В 1935 году в одном из первых опубликованных отчетов о митотическом округлении в живой ткани было описано округление клеток в псевдостратифицированном эпителии нервной трубки млекопитающих . [1] Зауэр заметил, что клетки в митозе округляются до апикальной , или люминальной, поверхности столбчатого эпителия, прежде чем делиться и возвращаться к своей удлиненной морфологии .

Значение

Долгое время было непонятно, почему клетки становятся круглыми в митозе. Однако недавние исследования эпителия и эпидермиса различных организмов 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 выравнивания митотического веретена , 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 на слое ткани и ее выведению посредством апоптотической гибели клеток. [5]
  • Во-вторых, митотическое округление было предложено в качестве драйвера морфологических событий во время развития ткани. Примерами служат эпителиальная инвагинация трахеальной плакоды Drosophila melanogaster [6] и анизотропная форма и рост внутреннего уха у данио-рерио . [7]
  • В-третьих, было показано, что митотическое округление важно для создания достаточного пространства и соответствующей геометрии для правильной функции митотического веретена, что необходимо для своевременного и точного прохождения митоза. [2] [8] [9]

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

Механизмы

Чтобы понять физические механизмы того, как клетки округляются в митозе, исследователи провели механические измерения с культивируемыми клетками in vitro . Силы, которые вызывают округление клеток, недавно были охарактеризованы исследователями из групп профессоров Тони Хаймана и Дэниела Мюллера , которые использовали плоские кантилеверы атомно-силовой микроскопии для ограничения митотических клеток и измерения силы реакции. [10] [11] Более 90% сил генерируются коллективной активностью молекулярных двигателей миозина II в актиновой коре. [10] [11] В результате поверхностное натяжение и эффективная жесткость актиновой коры увеличиваются, что постоянно наблюдается в митотических клетках. [12] [13] [14] Это, в свою очередь, приводит к увеличению внутриклеточного гидростатического давления из-за закона Лапласа , который связывает поверхностное натяжение жидкостного интерфейса с дифференциальным давлением, поддерживаемым на этом интерфейсе. [15] Увеличение гидростатического давления важно, поскольку оно создает внешнюю силу, необходимую для толчка и округления внешних объектов или препятствий, таких как гибкая консоль , [10] [11] мягкий гель [8] или микростолбик [16] ( примеры in vitro ), или окружающий внеклеточный матрикс и соседние клетки [7] ( примеры in vivo ). В клетках HeLa in vitro сила, создаваемая полудеформированной митотической клеткой, составляет порядка 50–100 наноньютонов . [ 10] [11] Было измерено, что внутреннее гидростатическое давление увеличивается от менее 100 паскалей в интерфазе до 3–10 раз по сравнению с митозом. [10] [11] [15]

В аналогичных экспериментах in vitro было обнаружено, что пороговые силы, необходимые для предотвращения митоза, превышают 100 нН. [9] При пороговых силах клетка теряет однородность кортикального F-актина, что еще больше усиливает восприимчивость к приложенной силе. Эти эффекты потенцируют искажение размеров клетки и последующее нарушение митотической прогрессии через дефекты веретена. [8] [9]

Высвобождение стабильных фокальных адгезий является еще одним важным аспектом митотического округления. Клетки, которые генетически нарушены для проявления конститутивно активных регуляторов адгезии, не способны должным образом ремоделировать свои фокальные адгезии и способствовать образованию однородного актомиозинового кортекса. [8] [17] В целом, биохимические события, управляющие морфологическими и механическими изменениями в митотических клетках, организованы главным митотическим регулятором Cdk1 . [11] [18]

Помимо генов, связанных с актомиозином, в округление митотических клеток недавно были вовлечены несколько генов болезней. К ним относятся связанные с болезнью Паркинсона DJ-1 /Park7 и FAM134A/RETREG2. [19]


Ссылки

  1. ^ Sauer, FC (октябрь 1935 г.). «Митоз в нервной трубке». Журнал сравнительной неврологии . 62 (2): 377– 405. doi :10.1002/cne.900620207. S2CID  84960254.
  2. ^ ab Cadart, Clotilde; Zlotek-Zlotkiewicz, Ewa; Le Berre, Mael; Piel, Matthieu; Matthews, Helen K (28 апреля 2014 г.). «Изучение функции формы и размера клеток во время митоза». Developmental Cell . 29 (2): 159– 169. doi : 10.1016/j.devcel.2014.04.009 . PMID  24780736.
  3. ^ Мейер, Эмили Дж.; Икми, Айссам; Гибсон, Мэтью К. (22 марта 2011 г.). «Интеркинетическая ядерная миграция — широко распространенная особенность деления клеток в псевдостратифицированном эпителии». Current Biology . 21 (6): 485–491 . doi : 10.1016/j.cub.2011.02.002 . PMID  21376598.
  4. ^ Люксенбург, Чен; Пазолли, Х. Амалия; Уильямс, Скотт Э.; Фукс, Э. (20 февраля 2011 г.). «Развивающие роли Srf, кортикального цитоскелета и формы клеток в ориентации эпидермального веретена». Nature Cell Biology . 13 (3): 203– 214. doi :10.1038/ncb2163. PMC 3278337 . PMID  21336301. 
  5. ^ ab Nakajima, Yu-ichiro; Meyer, Emily J; Kroesen, Amanda; McKinney, Sean A; Gibson, Matthew C (21 июля 2013 г.). «Эпителиальные соединения поддерживают архитектуру ткани, направляя ориентацию плоскостного веретена». Nature . 500 (7462): 359– 362. Bibcode :2013Natur.500..359N. doi :10.1038/nature12335. PMID  23873041. S2CID  4418619.
  6. ^ Кондо, Такефуми; Хаяси, Сигео (13 января 2013 г.). «Округление митотических клеток ускоряет эпителиальную инвагинацию». Nature . 494 (7435): 125– 129. Bibcode :2013Natur.494..125K. doi :10.1038/nature11792. PMID  23334416. S2CID  205232184.
  7. ^ ab Hoijman, Esteban; Rubbini, Davide; Colombelli, Julien; Alsina, Berta (16 июня 2015 г.). «Округление митотических клеток и истончение эпителия регулируют рост и форму просвета». Nature Communications . 6 : 7355. Bibcode :2015NatCo...6.7355H. doi : 10.1038/ncomms8355 . hdl : 10230/25942 . PMID  26077034.
  8. ^ abcd Ланкастер, Оскар М.; Ла Берр, Мейл; Димитракопулос, Андреа; Бонацци, Дарья; Злотек-Злоткевич, Эва; Пиконе, Ремиджио; Дьюк, Томас; Пиль, Матье; Баум, Базз (13 мая 2013 г.). «Митотическое округление изменяет геометрию клетки, обеспечивая эффективное формирование биполярного веретена» (PDF) . Developmental Cell . 25 (3): 270– 283. doi : 10.1016/j.devcel.2013.03.014 . PMID  23623611.
  9. ^ abc Cattin, Cedric J; Düggelin, Marcel; Martinez-Martin, David; Gerber, Christoph; Mueller, Daniel J; Stewart, Martin P (2015). «Механический контроль митотического прогресса в отдельных клетках животных». Труды Национальной академии наук . 112 (36): 11258– 11263. Bibcode : 2015PNAS..11211258C. doi : 10.1073/pnas.1502029112 . PMC 4568679. PMID  26305930 . 
  10. ^ abcde Стюарт, Мартин П.; Хелениус, Йонне; Тойода, Юсуке; Раманатан, Субраманиан П.; Мюллер, Дэниел Дж.; Хайман, Энтони А. (2 января 2011 г.). «Гидростатическое давление и актомиозиновый кортекс управляют округлением митотических клеток». Nature . 469 (7329): 226– 230. Bibcode :2011Natur.469..226S. doi :10.1038/nature09642. PMID  21196934. S2CID  4425308.
  11. ^ abcdef Раманатан, Субраманян П; Хелениус, Йонне; Стюарт, Мартин П; Кэттин, Седрик Дж; ​​Хайман, Энтони А; Мюллер, Дэниел Дж (26 января 2015 г.). «Cdk1-зависимое митотическое обогащение кортикального миозина II способствует округлению клеток против ограничения». Nature Cell Biology . 17 (2): 148– 159. doi :10.1038/ncb3098. PMID  25621953. S2CID  5208968.
  12. ^ Maddox, Amy S; Burridge, Keith (20 января 2003 г.). «RhoA требуется для ретракции и жесткости кортикального слоя во время округления митотических клеток». Journal of Cell Biology . 160 (2): 255– 265. doi :10.1083/jcb.200207130. PMC 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». Current Biology . 18 (2): 91– 101. doi : 10.1016/j.cub.2007.12.051 . PMID  18207738.
  14. ^ Мэтьюз, Хелен К; Делабр, Улисс; Рон, Дженнифер Л; Гак, Йохен; Кунда, Патрисия; Баум, Базз (14 августа 2012 г.). «Изменения в локализации Ect2 связывают изменения формы клеток, зависящие от актомиозин, с митотическим прогрессированием». Developmental Cell . 23 (2): 371– 383. doi :10.1016/j.devcel.2012.06.003. PMC 3763371 . PMID  22898780. 
  15. ^ ab 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". Scientific Reports . 4 : 6213. Bibcode :2014NatSR...4E6213F. doi :10.1038/srep06213. PMC 4148660 . PMID  25169063. 
  16. ^ Sorce, B (2015). «Митотические клетки сокращают актомиозиновый кортекс и создают давление, чтобы округлить или избежать эпителиального ограничения». Nature Communications . 6 : 8872. Bibcode :2015NatCo...6.8872S. doi : 10.1038/ncomms9872 . hdl : 1721.1/100828 . PMID  26602832. S2CID  3175608.
  17. ^ Dao, Vi Thuy; Dupuy, Aurélien Guy; Gavet, Olivier; Caron, Emmanuelle; de ​​Gunzburg, Jean (15 августа 2009 г.). «Динамические изменения активности Rap1 необходимы для ретракции и распластывания клеток во время митоза». Journal of Cell Science . 122 (16): 2996– 3004. doi : 10.1242/jcs.041301 . PMID  19638416.
  18. ^ Кларк, Эндрю Г.; Палух, Эва (21 апреля 2011 г.). «Механика и регуляция формы клеток во время клеточного цикла». Клеточный цикл в развитии . Результаты и проблемы в клеточной дифференциации. 53 : 31– 77. doi :10.1007/978-3-642-19065-0_3. ISBN 978-3-642-19064-3. PMID  21630140.
  19. ^ Toyoda*, Yusuke; Cattin*, Cedric J.; Stewart*, Martin P.; Poser, Ina; Theis, Mirko; Kurzchalia, Teymuras V.; Buchholz, Frank; Hyman, Anthony A.; Müller, Daniel J. (2 ноября 2017 г.). "Геномное механическое фенотипирование отдельных клеток выявляет гены, связанные с болезнями и участвующие в митотическом округлении". Nature Communications . 8 (1): 1266. Bibcode :2017NatCo...8.1266T. doi :10.1038/s41467-017-01147-6. PMC 5668354 . PMID  29097687. 
  • "Qucosa: Механика округления митотических клеток". qucosa.de. Архивировано из оригинала 2015-09-24 . Получено 2015-07-04 .
  • "ETH ETH E-Collection: Механизм митотического округления: роль актомиозинового кортекса — ETH". e-collection.library.ethz.ch . Получено 2015-07-04 .
  • «Двухминутный разговор: округление митотических клеток — YouTube». youtube.com . Получено 04.07.2015 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Округление_митотических_клеток&oldid=1193778132"