Коллективная миграция клеток - Collective cell migration

Коллективная миграция клеток описывает движения группы ячеек и появление коллективного поведения от взаимодействий клетка-окружающая среда и межклеточной коммуникации. Коллективная миграция клеток - важный процесс в жизни многоклеточные организмы, например эмбриональное развитие, лечение раны и распространение рака (метастаз ).[1] Клетки могут мигрировать как сплоченная группа (например, эпителиальные клетки ) или имеют временные участки межклеточной адгезии (например, мезенхимальный ячеек).[2] Они также могут перемещаться в различных режимах, таких как листы, пряди, трубки и кластеры.[3] Пока одноклеточная миграция был широко изучен, коллективная миграция клеток - относительно новая область применения для предотвращения врожденных дефектов или дисфункции эмбрионов. Это может улучшить лечение рака, позволяя врачам предотвращать распространение опухолей и образование новых опухолей.

Взаимодействие клетки и окружающей среды

Окружающая среда мигрирующей клетки может влиять на ее скорость, устойчивость и направление миграции, стимулируя ее. В внеклеточный матрикс (ЕСМ) обеспечивает не только структурную и биохимическую поддержку, но также играет важную роль в регулировании поведения клеток. Различные белки ЕСМ (например, коллаген, эластин, фибронектин, ламинин и др.) позволяют клеткам прилипать и мигрировать, образуя очаговые спайки спереди и разбираем их сзади. Используя эти сайты адгезии, клетки также ощущают механические свойства ЕСМ. Клетки могут руководствоваться градиентом этих белков (гаптотаксис ) или градиент растворимых субстратов в жидкой фазе, окружающей ячейку (хемотаксис ). Клетки ощущают субстрат через рецепторы и мигрируют в сторону концентрации (или в противоположном направлении). Другой формой стимуляции могут быть градиенты жесткости ВКМ (дуротаксис ).[нужна цитата ]

Заключение

Коллективная миграция клеток усиливается за счет геометрического ограничения внеклеточный матрикс молекула (например, протеогликан Versican в нервный гребень ячеек), который действует как барьер, чтобы способствовать появление организованной миграции отдельными потоками. Также наблюдается конфайнмент in vivo, где оптимальная ширина является функцией количества мигрирующих клеток в разных потоках разных разновидность.[4]

Сотовая связь

Мигрирующая изолированная клетка реагирует на сигналы в окружающей среде и соответственно меняет свое поведение. Поскольку межклеточная коммуникация в этом случае не играет большой роли, сходные траектории наблюдаются в разных изолированных клетках. Однако, когда клетка мигрирует как часть коллектива, она не только реагирует на окружающую среду, но также взаимодействует с другими клетками через растворимые субстраты и физический контакт. Эти механизмы межклеточной коммуникации являются основными причинами разницы между эффективной миграцией коллектива и случайная прогулка движения изолированной клетки. Механизмы межклеточной коммуникации широко исследуются экспериментально (in vivo и in vitro ),[5] и вычислительно (in silico ).[6]

Совместное привлечение

Совместное притяжение между коллективно мигрирующими клетками - это процесс, при котором клетки одного типа секретируют химио-аттрактант (например. C3a в клетках нервного гребня), что стимулирует другие клетки в группе, которые имеют рецепторы к этому химио-аттрактанту. Клетки ощущают секретируемый субстрат и реагируют на стимуляцию движением друг к другу и поддерживают высокую плотность клеток.[7][8]

Контактное торможение передвижения

Контактное торможение передвижения (CIL) - это процесс, при котором клетка меняет направление движения после столкновения с другой клеткой. Эти клетки могут быть одного или разных типов. Контакты (ячейки-соединения ) созданы трансмембранный гликопротеины названный кадгерины (E-кадгерин, N-кадгерин или же кадгерин 11 ) и другие белки. После контакта ячейка-ячейка выступы ячеек в направлении контакта подавляются. В процессе CIL клетки мигрируют друг от друга, реполяризуясь в новом направлении, так что новые выступы образуются спереди, в то время как сокращения оттягивают назад от контакта.[нужна цитата ]

Примеры изучаемых систем

Коллективная миграция клеток изучается на многих модельных видах.

Пограничные ячейки в мухах (Drosophila melanogaster ): пограничные клетки мигрируют во время дифференцировки яйцеклеток, чтобы быть готовыми к оплодотворению.[10]

В боковая линия в данио: коллективная миграция клеток от головы к хвосту важна для развития сенсорной системы рыб. Датчики боковой линии измеряют поток по поверхности тела рыбы.[11]

Лечение раны: коллективная миграция клеток является важной частью этого процесса заживления, область раны закрывается мигрирующими клетками.[12][13] Заживление ран обычно изучается in vitro с использованием клеточных линий, таких как Клетки почек собак Madin-Darby.

Нервный гребень клетки в мышей,[14] Цыплята леггорна,[15] амфибии (Xenopus laevis ),[16] и рыбы[17] (данио ): коллективная миграция клеток нервного гребня происходит во время эмбрионального развития позвоночных. Они мигрируют на большие расстояния от головы (нервная трубка ) давать начало различным тканям.[18]

Распространение рак (метастаз ): обычное осложнение рака связано с образованием новых опухолей (вторичных опухолей) в результате миграции раковых клеток из первичной опухоли. Подобно коллективной миграции клеток в процессе развития и заживления ран, раковые клетки также подвергаются эпителиально-мезенхимальный переход (EMT), который снижает межклеточные спайки и способствует распространению рака.[19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Friedl, P; Hegerfeldt, Y; Туш, М. (2004). «Коллективная миграция клеток при морфогенезе и раке». Международный журнал биологии развития. 48 (5–6): 441–9. Дои:10.1387 / ijdb.041821pf. PMID  15349818.
  2. ^ Weijer, CJ (15 сентября 2009 г.). «Коллективная миграция клеток в развитии». Журнал клеточной науки. 122 (Pt 18): 3215–23. Дои:10.1242 / jcs.036517. PMID  19726631.открытый доступ
  3. ^ Фридл, П. (февраль 2004 г.). «Преспецификация и пластичность: смещающие механизмы миграции клеток». Текущее мнение в области клеточной биологии. 16 (1): 14–23. Дои:10.1016 / j.ceb.2003.11.001. PMID  15037300.
  4. ^ Сабо, Андраш; Мелхионда, Мануэла; Настаси, Джанкарло; Woods, Mae L .; Кампо, Сальваторе; Перрис, Роберто; Мэр Роберто (6 июня 2016 г.). «Ограничение in vivo способствует коллективной миграции клеток нервного гребня». Журнал клеточной биологии. 213 (5): 543–555. Дои:10.1083 / jcb.201602083. ЧВК  4896058. PMID  27241911.
  5. ^ Мэр, R; Этьен-Манневиль, S (февраль 2016 г.). «Фронт и тыл коллективной миграции клеток» (PDF). Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология. 17 (2): 97–109. Дои:10.1038 / nrm.2015.14. PMID  26726037.
  6. ^ Сабо, А; Мэр, Р. (октябрь 2016 г.). «Моделирование коллективной миграции клеток нервного гребня». Текущее мнение в области клеточной биологии. 42: 22–28. Дои:10.1016 / j.ceb.2016.03.023. ЧВК  5017515. PMID  27085004.
  7. ^ Вудс, ML; Кармона-Фонтен, C; Барнс, КП; Кузин, И.Д .; Мэр, R; Пейдж, КМ (2014). «Направленная коллективная миграция клеток возникает как свойство взаимодействия клеток». PLoS ONE. 9 (9): e104969. Bibcode:2014PLoSO ... 9j4969W. Дои:10.1371 / journal.pone.0104969. ЧВК  4152153. PMID  25181349.
  8. ^ Кармона-Фонтен, C; Theveneau, E; Цеку, А; Тада, М; Вудс, М; Пейдж, км; Парсонс, М; Lambris, JD; Мэр, Р. (13 декабря 2011 г.). «Фрагмент комплемента C3a контролирует взаимное притяжение клеток во время коллективной миграции клеток». Клетка развития. 21 (6): 1026–37. Дои:10.1016 / j.devcel.2011.10.012. ЧВК  3272547. PMID  22118769.
  9. ^ Стокер, MG; Рубин, H (8 июля 1967). «Зависимое от плотности ингибирование роста клеток в культуре». Природа. 215 (5097): 171–2. Bibcode:1967Натура.215..171С. Дои:10.1038 / 215171a0. PMID  6049107.
  10. ^ Бьянко, А; Поуккула, М; Клифф, А; Mathieu, J; Luque, CM; Фульга, TA; Рёрт П. (19 июля 2007 г.). «Два различных режима передачи сигналов во время коллективной миграции пограничных ячеек». Природа. 448 (7151): 362–5. Bibcode:2007Натура.448..362Б. Дои:10.1038 / природа05965. PMID  17637670.
  11. ^ Dalle Nogare, D; Somers, K; Рао, S; Мацуда, М. Райхман-Фрид, М; Раз, E; Читнис, А.Б. (август 2014 г.). «Ведущие и замыкающие клетки взаимодействуют в коллективной миграции зачатка задней боковой линии рыбок данио». Разработка. 141 (16): 3188–96. Дои:10.1242 / dev.106690. ЧВК  4197546. PMID  25063456.
  12. ^ Града А (февраль 2017 г.). «Анализ коллективной миграции клеток с помощью анализа заживления ран». J Invest Dermatol. 137 (2): e11 – e16. Дои:10.1016 / j.jid.2016.11.020. PMID  28110712.
  13. ^ Трепат, Ксавьер; Вассерман, Майкл Р .; Анджелини, Томас Э .; Просо, Эмиль; Weitz, David A .; Батлер, Джеймс П.; Фредберг, Джеффри Дж. (3 мая 2009 г.). «Физические силы при коллективной миграции клеток». Природа Физика. 5 (6): 426–430. Bibcode:2009НатФ ... 5..426Т. Дои:10.1038 / nphys1269.
  14. ^ Трейнор, Пенсильвания (декабрь 2005 г.). «Спецификация образования и миграции клеток нервного гребня у эмбрионов мышей». Семинары по клеточной биологии и биологии развития. 16 (6): 683–93. Дои:10.1016 / j.semcdb.2005.06.007. PMID  16043371.
  15. ^ Джонстон, MC (октябрь 1966 г.). «Радиоавтографическое исследование миграции и судьбы клеток краниального нервного гребня у куриного эмбриона». Анатомический рекорд. 156 (2): 143–55. Дои:10.1002 / ар.1091560204. PMID  5969670.
  16. ^ Садагиани, Б; Thiébaud, Швейцария (ноябрь 1987 г.). "Развитие нервного гребня в Xenopus laevis эмбрион, изученный методами межвидовой трансплантации и сканирующей электронной микроскопии ». Биология развития. 124 (1): 91–110. Дои:10.1016/0012-1606(87)90463-5. PMID  3666314.
  17. ^ Smith, M .; Hickman, A .; Amanze, D .; Lumsden, A .; Торогуд, П. (23 мая 1994 г.). "Туловищный нервный гребень мезенхимы хвостового плавника у рыбок данио Brachydanio rerio". Труды Королевского общества B: биологические науки. 256 (1346): 137–145. Bibcode:1994RSPSB.256..137S. Дои:10.1098 / rspb.1994.0061. JSTOR  50346.
  18. ^ Ле Дуарен, Николь и Хая Кальхайм. Нервный гребень. № 36. Издательство Кембриджского университета, 1999.
  19. ^ Thiery, JP; Acloque, H; Huang, RY; Нието, Массачусетс (25 ноября 2009 г.). «Эпителиально-мезенхимальные переходы в развитии и заболеваниях». Клетка. 139 (5): 871–90. Дои:10.1016 / j.cell.2009.11.007. PMID  19945376.открытый доступ

внешняя ссылка