Слияние клеток - Cell fusion

Слияние клеток это важный клеточный процесс в котором несколько неядерных клетки (ячейки с одиночным ядро ) объединяются, чтобы сформировать многоядерный ячейка, известная как синцитий. Слияние клеток происходит во время дифференциация мышц, костей и трофобласт клетки, во время эмбриогенез, а во время морфогенез.[1] Слияние клеток - необходимое событие в созревании клеток, чтобы они сохраняли свои специфические функции на протяжении всего процесса. рост.

История

В 1847 г. Теодор Шванн расширил теорию о том, что все живые организмы состоят из клеток, когда добавил, что дискретные клетки являются основой жизни. Шванн заметил, что в некоторых клетках стенки и полости клеток сливаются вместе. Именно это наблюдение дало первый намек на то, что клетки сливаются. Только в 1960 году клеточные биологи сознательно слили клетки. Чтобы слить клетки, биологи объединили изолированные мышиные клетки с тканями того же типа и индуцировали слияние их внешней мембраны с помощью Сендайский вирус (респираторный вирус у мышей). Каждая из слитых гибридных клеток содержала один ядро с хромосомы от обоих партнеров по слиянию. Синкарион стал названием этого типа клеток, соединенных с ядром. В конце 1960-х биологи успешно слили клетки разных типов и разных видов. Гибридные продукты этих слияний, гетерокарион, были гибридами, которые содержали два или более отдельных ядра. Эту работу возглавили Генри Харрис из Оксфордского университета и Нильс Рингертц из Каролинского института Швеции. Эти двое мужчин несут ответственность за возрождение интереса к слиянию клеток. Гибридные клетки интересовали биологов тем, как разные виды цитоплазма влияют на различные виды ядра. Работа, проведенная Генри и Нильсом, показала, что белки одного слияния генов влияют на экспрессию генов в ядре другого партнера, и наоборот. Созданные гибридные клетки считались вынужденными исключениями из нормальной клеточной целостности, и только в 2002 году возможность слияния клеток между клетками разных типов могла иметь реальную функцию у млекопитающих.[2]

Два типа

Схема слияния клеток разных видов
а Клетки одной линии сливаются, образуя клетку с множеством ядер, известную как синцитий. Слитая клетка может иметь измененный фенотип и новые функции, такие как формирование барьера.
б Клетки разных линий сливаются, образуя клетку с множеством ядер, известную как гетерокарион. Слитые клетки могли подвергнуться реверсии фенотипа или проявить трансдифференцировку.
c Клетки разных линий или одной линии сливаются, образуя клетку с одним ядром, известную как синкарион. Новые функции слитой клетки могут включать реверсию фенотипа, трансдифференцировку и пролиферацию. Если происходит слияние ядер, слитое ядро ​​изначально содержит полное хромосомное содержимое обоих партнеров слияния (4N), но в конечном итоге хромосомы теряются и / или повторно сортируются (см. Стрелки). Если слияние ядер не происходит, гетерокарион (или синцитий) может стать синкарионом, потеряв все ядро.

Возможны два различных типа слияния клеток. Эти два типа включают слияние гомотипических и гетеротипических клеток.

Слияние гомотипических клеток происходит между клетки того же типа. Примером этого может быть остеокласты или миофибриллы сливаются вместе с клетками соответствующего типа. Когда двое ядра объединить синкарион. Слияние клеток обычно происходит при слиянии ядер, но в отсутствие слияния ядер клетку можно было бы описать как двухъядерный гетерокарион. Гетерокарион - это слияние двух или более клеток в одну, которое может воспроизводиться в течение нескольких поколений.[3] Если две клетки одного типа сливаются, но их ядра не сливаются, то полученная клетка называется синцитием.[4]

Гетеротипическое слияние клеток происходит между клетками разных типов, что делает его полной противоположностью слияния гомотипических клеток. Результатом этого слияния также является синкарион, образованный слиянием ядра, а двухъядерный гетерокарион в отсутствие ядерного синтеза. Примером этого может быть Костный мозг Производные клетки (BMDC) сливаются с паренхиматозный органы.[5]

Четыре метода

Есть четыре метода, которые клеточные биологи и биофизики используют для слияния клеток. Эти четыре способа включают слияние электрических клеток, полиэтиленгликоль слияние клеток и вирус Сендай индуцированное слияние клеток и недавно разработанный метод, названный оптически контролируемой термоплазмоникой.

BTX ECM 2001 Электросварные генераторы для слияния ячеек производства BTX Harvard Apparatus, Холлистон, Массачусетс, США

Электрический синтез клеток является важным шагом в некоторых из самых инновационных методов современной биологии. Этот метод начинается, когда две ячейки вступают в контакт посредством диэлектрофорез. В диэлектрофорезе используется переменный ток высокой частоты, в отличие от электрофорез в котором приложен постоянный ток. Как только ячейки собраны вместе, подается импульсное напряжение. Импульсное напряжение вызывает клеточная мембрана для проникновения и последующего объединения мембран и клеток, затем сливаются. После этого на короткое время подается переменное напряжение для стабилизации процесса. Результатом этого является то, что цитоплазма смешались вместе, и клеточная мембрана полностью слилась. Все, что остается отдельным, - это ядра, который позже будет сливаться в ячейке, в результате чего гетерокарион клетка.[6]

Полиэтиленгликоль слияние клеток это самый простой, но наиболее токсичный способ слияния клеток. В этом типе слияния клеток полиэтиленгликоль, ПЭГ, действует как обезвоживание агент и объединяет не только плазматические мембраны, но и внутриклеточный мембраны. Это приводит к слиянию клеток, поскольку ПЭГ вызывает агглютинацию клеток и межклеточный контакт. Хотя этот тип слияния клеток является наиболее широко используемым, он все же имеет недостатки. Часто ПЭГ может вызывать неконтролируемое слияние нескольких клеток, что приводит к появлению гигантских поликарионов. Кроме того, стандартное слияние клеток с ПЭГ плохо воспроизводимо, и разные типы клеток обладают различной чувствительностью к слиянию. Этот тип слияния клеток широко используется для производства Соматическая клетка гибриды и для передача ядер в клонировании млекопитающих.[7]

Сендайский вирус индуцированное слияние клеток происходит на четырех различных температурных стадиях. На первом этапе, который длится не более 10 минут, происходит адсорбция вируса, и адсорбированный вирус может подавляться вирусным антитела. Второй этап, который длится 20 минут, зависит от pH, и добавление вирусной антисыворотки все еще может ингибировать окончательное слияние. На третьей стадии, резистентной к антителам, компоненты вирусной оболочки остаются обнаруживаемыми на поверхности клеток. На четвертом этапе становится очевидным слияние клеток и HA нейраминидаза и фактор слияния начинают исчезать. Первая и вторая стадии - единственные две, которые зависят от pH.[8]

Термоплазмоника индуцированное слияние клеток Термоплазмоника основана на лазере ближнего инфракрасного диапазона (NIR) и плазмонной наночастице. Лазер, который обычно действует как оптическая ловушка, используется для нагрева наноскопической плазмонной частицы до очень высоких и чрезвычайно локально повышенных температур. Оптический захват такого нанонагревателя на границе раздела между двумя мембранными пузырьками или двумя клетками приводит к немедленному слиянию двух мембран, что подтверждается как содержанием, так и смешиванием липидов. Преимущества включают полную гибкость того, какие клетки для слияния и слияния могут быть выполнены в любых буферных условиях, в отличие от гальванопластики, на которую влияет соль.

В человеческой терапии

Необходимы альтернативные формы восстановления функции органов и замены поврежденных клеток донорскими органами и ткань за трансплантация быть таким редким. Именно из-за редкости биологи начали рассматривать возможность терапевтический слияние клеток. Биологи обсуждают последствия наблюдения, что слияние клеток может происходить с восстановительными эффектами после повреждения ткани или клетка трансплантация. Хотя об использовании слияния клеток для этого говорят и работают, все еще остается много проблем, с которыми сталкиваются те, кто желает реализовать слияние клеток в качестве терапевтического инструмента. Эти задачи включают в себя выбор лучших клеток для использования для репаративного слияния, определение наилучшего способа введения выбранных клеток в желаемую ткань, открытие методов увеличения частоты слияния клеток и обеспечение правильного функционирования полученных продуктов слияния. Если эти проблемы удастся преодолеть, слияние клеток может иметь терапевтический потенциал.[9]

Микроорганизмы

Грибы

Плазмогамия это стадия полового цикла грибов, на которой две клетки сливаются вместе, чтобы иметь общую цитоплазму, в то же время объединяя гаплоидные ядра от обоих партнеров в одной и той же клетке.

Амебозоа

Слияние клеток (плазмогамия или сингамии) является этапом в Амебозоа половой цикл.[10]

Бактерии

В кишечная палочка спонтанный зигогенез (Z-соединение ) включает слияние клеток и, по-видимому, является формой истинной сексуальности в прокариоты. Бактерии, осуществляющие Z-спаривание, называются Szp.+.[11]

Другое использование

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «6.3. Слияние клеток». Herkules.oulu.fi. Получено 2013-08-16.
  2. ^ Огл, Бренда М .; Платт, Джеффри Л. (1 января 2004 г.). «Биология слияния клеток: клетки разных типов и разных видов могут сливаться, потенциально передавая болезнь, восстанавливая ткани и принимая участие в развитии». Американский ученый. 92 (5): 420–427. Дои:10.1511/2004.49.943. JSTOR  27858450.
  3. ^ «Определение слияния клеток».
  4. ^ Ogle, B.M .; Cascalho, M .; Платт, Дж. Л. (2005). «Клетки, полученные путем слияния». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 6 (7): 567–575. Дои:10.1038 / nrm1678. PMID  15957005.
  5. ^ Сингек, Ильяс; Снайдер, Эван Ю. (2008). «Воспаление как сваха: возвращение к слиянию клеток». Природа клеточной биологии. 10 (5): 503–505. Дои:10.1038 / ncb0508-503. PMID  18454127.
  6. ^ «Принципы и применения синтеза электрических ячеек».
  7. ^ Педраццоли, Филиппо; Хрисанцас, Ираклис; Деззани, Лука; Рости, Витторио; Винчиторио, Массимо; Ситар, Джаммария (1 января 2011 г.). «Слияние клеток при прогрессировании опухоли: выделение продуктов слияния клеток физическими методами». Cancer Cell International. 11: 32. Дои:10.1186/1475-2867-11-32. ЧВК  3187729. PMID  21933375.
  8. ^ Вайнберг, М. А .; Хау, К. (1 октября 1973 г.). «Факторы, влияющие на слияние клеток, вызванное вирусом Сендай». J Virol. 12 (4): 937–939. Дои:10.1128 / JVI.12.4.937-939.1973. ЧВК  356713. PMID  4359961.
  9. ^ Салливан, Стивен; Эгган, Кевин (1 января 2006 г.). «Возможности слияния клеток для терапии человека». Стволовые клетки Rev. 2 (4): 341–349. Дои:10.1007 / BF02698061. PMID  17848721.
  10. ^ Hofstatter PG, Brown MW, Lahr DJG (ноябрь 2018 г.). «Сравнительная геномика поддерживает секс и мейоз у различных амебозоа». Геном Биол Эвол. 10 (11): 3118–3128. Дои:10.1093 / gbe / evy241. ЧВК  6263441. PMID  30380054.
  11. ^ Gratia JP, Thiry M (сентябрь 2003 г.). «Спонтанный зигогенез у Escherichia coli, форма истинной сексуальности у прокариот». Микробиология (чтение, англ.). 149 (Pt 9): 2571–84. Дои:10.1099 / мик. 0.26348-0. PMID  12949181.
  12. ^ Gammal, Roseann; Бейкер, Криста; Хейлман, Дестин (2011). «Методика гетерокарионов для анализа клеточной локализации». Журнал визуализированных экспериментов (49): 2488. Дои:10.3791/2488. ISSN  1940-087X. ЧВК  3197295. PMID  21445034.

дальнейшее чтение

Библиотечные ресурсы о
Слияние клеток