Zaokrąglanie komórek mitotycznych - Mitotic cell rounding

Kształt komórki zmienia się w funkcji fazy mitotycznej . Pokazano przykład komórki HeLa wyhodowanej na szklanej powierzchni. W celu wizualizacji przypisania DNA i fazy mitotycznej komórka wyraża histon H2B - GFP w celu zapewnienia fluorescencyjnego znakowania chromosomów . Przepuszczane światło ( DIC ), fluorescencja ( GFP ) i obrazy scalone są pokazywane co 4 minuty jako przejście komórki z fazy G2 przez mitozę do telofazy / fazy G1 .

Zaokrąglenie komórek mitotycznych to zmiana kształtu występująca w większości komórek zwierzęcych, które przechodzą mitozę . Komórki porzucają rozciągnięty lub wydłużony kształt charakterystyczny dla interfazy i kurczą się do sferycznej morfologii podczas mitozy. Zjawisko to obserwuje się zarówno w sztucznych kulturach in vitro, jak i naturalnie tworzącej się tkance in vivo .

Wczesne obserwacje

W 1935 roku jeden z pierwszych opublikowanych opisów zaokrągleń mitotycznych w żywej tkance opisywał zaokrąglenie komórek w pseudouwarstwionym nabłonku cewy nerwowej ssaków . Sauer zauważył, że komórki w mitozie zaokrąglają się do wierzchołkowej lub prześwitowej powierzchni nabłonka walcowatego, po czym dzielą się i powracają do swojej wydłużonej morfologii .

Znaczenie

Przez długi czas nie było jasne, dlaczego komórki zaokrąglają się w mitozie. Ostatnie badania nad nabłonkiem i naskórkiem różnych organizmów pokazują jednak, że mitotyczne zaokrąglanie komórek może pełnić kilka ważnych funkcji.

  • Po pierwsze, zaokrąglanie komórek mitotycznych w połączeniu z utrzymaniem połączeń wierzchołkowych komórka-komórka wydaje się być niezbędne do prawidłowego wyrównania wrzeciona mitotycznego , tak aby komórki potomne dzieliły się równolegle do płaszczyzny tkanki, dzieląc w ten sposób powierzchnię wierzchołkową w celu utrzymania homeostazy tkanek. Nieosiągnięcie tego może skutkować błędną lokalizacją jednej komórki potomnej w obszarze podstawnym warstwy tkanki i usunięciem poprzez apoptotyczną śmierć komórki.
  • Po drugie, zaproponowano, że zaokrąglenie mitotyczne jest czynnikiem napędzającym zdarzenia morfologiczne podczas rozwoju tkanki. Przykłady obejmują nabłonka wpuklenie z Drosophila melanogaster tchawicy placode i anizotropowy kształt i wzrost prześwitu wewnętrznego ucha w danio .
  • Po trzecie, wykazano, że zaokrąglanie mitotyczne jest ważne dla wygenerowania wystarczającej przestrzeni i odpowiedniej geometrii dla prawidłowego funkcjonowania wrzeciona mitotycznego, co jest niezbędne do szybkiego i dokładnego przejścia przez mitozę.

Tak więc mitotyczne zaokrąglanie komórek jest zaangażowane w organizację tkanek i homeostazę.

Mechanizmy

Aby zrozumieć fizyczne mechanizmy procesu mitozy komórek, naukowcy przeprowadzili mechaniczne pomiary z hodowanymi komórkami in vitro . Siły, które napędzają zaokrąglanie komórek, zostały niedawno scharakteryzowane przez naukowców z grupy profesorów Tony'ego Hymana i Daniela Mullera , którzy zastosowali płaskie wsporniki mikroskopii sił atomowych, aby ograniczyć mitotyczne komórki i zmierzyć siłę odpowiedzi. Ponad 90% sił jest generowanych przez zbiorową aktywność motorów molekularnych miozyny II w korze aktynowej. W rezultacie wzrasta napięcie powierzchniowe i efektywna sztywność kory aktynowej, co konsekwentnie obserwuje się w komórkach mitotycznych. To z kolei prowadzi do wzrostu wewnątrzkomórkowego ciśnienia hydrostatycznego zgodnie z prawem Laplace'a , które wiąże napięcie powierzchniowe powierzchni międzyfazowej płynu z różnicą ciśnień utrzymującą się na tej powierzchni. Wzrost ciśnienia hydrostatycznego jest ważny, ponieważ wytwarza siłę zewnętrzną niezbędną do popychania i zaokrąglania obiektów zewnętrznych lub przeszkód, takich jak elastyczny wspornik lub miękki żel ( przykłady in vitro ) lub otaczająca macierz zewnątrzkomórkowa i sąsiednie komórki ( przykłady in vivo ) . W komórkach HeLa in vitro siła generowana przez na wpół zdeformowaną komórkę mitotyczną wynosi od 50 do 100 nanoniutonów . Zmierzono, że wewnętrzne ciśnienie hydrostatyczne wzrasta od poniżej 100 paskali w interfazie do 3 do 10 razy w porównaniu z mitozą.

W podobnych eksperymentach in vitro stwierdzono, że siły progowe wymagane do zapobiegania mitozie przekraczają 100 nN. Przy siłach progowych komórka traci jednorodność korowej aktyny F, co dodatkowo wzmacnia podatność na przyłożoną siłę. Efekty te wzmagają zniekształcenie wymiarów komórek, a następnie zaburzenie progresji mitotycznej poprzez defekty wrzeciona.

Innym ważnym aspektem zaokrąglania mitotycznego jest uwalnianie stabilnych zrostów ogniskowych . Komórki, które są genetycznie zaburzone, aby przejawiać konstytutywnie aktywne regulatory adhezji, nie są w stanie właściwie przebudować swoich ogniskowych adhezji i ułatwić generowanie jednolitej kory aktomiozyny. Ogólnie rzecz biorąc, zdarzenia biochemiczne rządzące zmianami morfologicznymi i mechanicznymi w komórkach mitotycznych są koordynowane przez główny regulator mitotyczny Cdk1 .

Oprócz genów związanych z aktomiozyną, kilka genów chorobowych zostało ostatnio zaangażowanych w zaokrąglanie komórek mitotycznych. Należą do nich DJ-1 / Park7 i FAM134A/RETREG2 związane z chorobą Parkinsona .


Bibliografia

Zewnętrzne linki