co je migrace buněk a jaký je její fyziologický význam?
migrace buněk je řízený pohyb jedné buňky nebo skupiny buněk v reakci na chemické a / nebo mechanické signály. Je to základní buněčný proces, který se vyskytuje po celý život, začíná během embryonálního vývoje a pokračuje až do smrti, a občas může přispět k patogenním stavům onemocnění.
u vyvíjejícího se embrya je migrace buněk hnacím faktorem pro různé morfogenetické události. Například během gastrulace u velmi raných embryí migrují skupiny buněk jako listy a vytvářejí tři zárodečné vrstvy. Následně buňky ze zárodečných vrstev migrují do různých cílových míst, kde se specializují na odlišné buněčné populace, které tvoří různé tkáně nebo orgány v embryu.
U dospělých organismů, buněčné migrace dochází během životně důležitých buněčných procesů, jako jsou tkáně, obnovu a opravy, přičemž staré nebo poškozené buňky jsou nahrazeny migrace z nově vytvořené buňky z hlubších vrstev tkáně. Takové události jsou nezbytné pro udržení integrity tkáně a homeostázy. Buněčná migrace také hraje roli při zprostředkování imunitní odpovědi během infekce, ve kterém fagocytárních buněk, jako jsou neutrofily cirkulující v krvi se stěhují do infikovaných tkání a zničit napadající patogenů.
Zatímco na jedné straně, buněčná migrace je životně důležité pro udržení zdraví tkáni a homeostázy, na druhé straně, nežádoucí migrační události jsou příčinné faktory pro řadu patologických stavů, jako jsou zánětlivá onemocnění, nádory, a tak dále. Proto musí být migrace buněk přísně kontrolovaným procesem – jak v čase, tak v prostoru-pro udržení homeostatického stavu v organismu .
buněčná migrace jako cyklický proces
přechod z jedné buňky nebo skupiny buněk je považován za cyklický proces, který zahrnuje polarizaci buňky v reakci na migrační signály, rozšíření filopodial nebo lamellipodial výstupky, tvorba adhezí mezi mobilní a základní matrice, a tlačí buňky přes srůsty v důsledku trakční síly vytvořené srůsty.
Polarizace migrujících buněk: prvním krokem směrové migrace je polarizace buněk, během níž se přední a zadní část buňky liší strukturou a molekulárním složením. Rodina Rho Gtpáz, hlavně Rac, Cdc42 a Rho, jsou jedním z klíčových regulátorů polarizace buněk, přičemž každý z nich vykazuje lokalizovanou aktivitu v buňkách . Zatímco Rac a Cdc42 vykazují lokalizovanou aktivitu na náběžné hraně, aktivní Rho se hromadí po stranách a zadní části buňky. Cdc42 také reguluje MTOC pro lokalizaci před jádrem, blíže k náběžné hraně. Je to zprostředkované přes Cdc42 efektorové PAR6, které tvoří „PAR polarity komplex spolu s PAR3 a aPKC; aPKC váže na tubulinových podjednotek na nově tvořících mikrotubuly a kotvy je na přední hraně. Montáž mikrotubulů směrem k náběžné hraně usnadňuje dodávání nákladu (membrány a proteinů), které se používají při tvorbě buněčných výčnělků .
Prodloužení výstupky: polarizovaná buňka začne dávat tam aktin-podle výstupků na jeho náběžné hraně, jako lamellipodia nebo filopodia. Lamellipodie jsou tvořeny jako rozvětvené, dendritické sítě aktinových vláken, a proto jsou schopny tlačit podél širšího úseku membrány. Filopodie, na druhé straně, jsou tvořeny jako paralelní svazky aktinových vláken a mají roli hlavně při snímání fyzikálních vlastností extracelulárního prostředí. Molekulární mechanismy řízení tvorby tyto výstupky jsou různé; lamellipodia jsou tvořeny Arp2/3 komplex proteinů, které se váží na stranách již existujících vláken a zahájení shromáždění novější vláken, které se rozvětvují od mateřské žárovky. Aktivita komplexu Arp2 / 3 je regulována skupinou proteinů Wasp/Wave, které jsou zase regulovány Rho Gtpázami. Filopodial shromáždění dochází prostřednictvím treadmilling mechanismus, ve kterém monomery aktinu se přidal k jedné (ostnatý) end a rozebrána na jiné (špičaté) končí v ustáleném stavu. Řada proteinů vázajících aktin, jako je Ena/Vasp, fascin, ADF/cofilin a uzavírací proteiny, reguluje rychlost filopodiálního aktinu .
tvorba adhezí: Rozšíření výčnělků je doprovázeno sestavením molekulárních struktur nazývaných fokální adheze, které spojují aktinový cytoskelet s extracelulární matricí (ECM). To je často iniciován interakcí mezi komponenty ECM (ligandy) a receptory (především integrins) na povrchu buněk, které se pak přepne na odlišné intracelulární signální dráhy a příčiny postupného náboru několik lešení, signalizační a regulační proteiny na stránky fokálních adhezí.
fokální adheze slouží dvěma důležitým funkcím na náběžné hraně: jako trakční stránky proti které buňky vytvářejí tensional sil tlačit sami dopředu, a jako mechanosensors, které zprostředkují informace o fyzikálních vlastnostech matrice do nitra buňky. Tensional síly vznikají v důsledku interakce myosinu svazky s aktinová filamenta ukotvena na fokální adheze stránky, a kontraktilní aktivita mezi dvěma molekulární sestavy.
migrační schopnosti buněk závisí na síle fokálních adhezí, která je ovlivněna faktory, jako je hustota ligandu, hustota receptoru a afinita mezi ligandem a receptorem. Například, rychle migrující buňky mají velmi málo integrin klastrů, a proto tyto buňky tvoří velmi málo, submikroskopické srůsty. Buňky s rovnoměrně integrin uskupení tvoří menší srůsty, tzv. fokální komplexy, které stabilizaci výstupků, ale lze také snadno oddělit, což vede k efektivní migrace. Na druhé straně jsou buňky se zralými fokálními adhezemi vysoce přilnavé, a proto nejsou migrační nebo se pohybují pomalu .
demontáž adhezí: demontáž adheze probíhá jak na náběžné hraně, tak na zadní straně migrujících buněk. Na náběžné hraně se starší adheze na základně výčnělku obvykle rozebírají; některé z nich však ne a místo toho rostou do zralejších molekulárních sestav. Demontáž adhezí na přední straně je regulována kinázami jako =FAK a Src, stejně jako fosfatázami . Několik studií v této oblasti vedlo k modelu signální dráhy zprostředkované Src / FAK, ve kterém aktivní formy těchto kináz vedou k aktivaci Rac a Erk. Konečná odezva je obrat adhezí v reakci na aktivační signály. Obrat adheze vzadu je nezbytný pro zatažení ocasu a přední výčnělek buněk a je regulován hlavně kontraktilitou aktinových vláken závislou na myosinu II. Navíc je známo, že intracelulární hladiny vápníku hrají klíčovou roli při regulaci této subcelulární události .
