Клетки почек собак Madin-Darby - Madin-Darby Canine Kidney cells

Типичные колонии, образованные клетками почек собак Madin-Darby при культивировании в типичном 2D-формате на пластике. Клетки растут как плотные колонии благодаря своим межклеточным соединениям, отличительным признаком клеток эпителиального происхождения.

Собачья почка Мадина-Дарби (MDCK) клетки являются модельным млекопитающим клеточная линия используется в биомедицинских исследованиях. Клетки MDCK используются для широкого спектра исследований клеточной биологии, включая: полярность ячейки, межклеточные адгезии (называемые прилипает к стыкам ), коллективной подвижности клеток, а также реакции на факторы роста. Это одна из немногих моделей клеточных культур, которая подходит для 3D клеточная культура и многоклеточные перестройки, известные как морфогенез ветвления.[1]

История

После первоначального выделения в 1958 г. эпителиальных клеток из почечных канальцев взрослого человека Кокер-спаниель собака С. Х. Мадина и Н. Б. Дарби,[2] линия клеток, носящая их название, использовалась прежде всего в качестве модели вирусной инфекции клеток млекопитающих.[3][4] Действительно, они решили изолировать почечные канальцы именно с этой целью, поскольку ранее им удалось добиться вирусной инфекции клеток, полученных из почечных канальцев других млекопитающих.[5] Таким образом, первоначальной целью выделения и культивирования клеток из этой ткани не было создание новой модельной системы для биологии эпителиальных клеток. Только в 1970 году лаборатория Збинека Брада опубликовала работу, описывающую клетки MDCK как репрезентативную клеточную линию, несущую отличительные черты эпителиальных клеток почечных канальцев.[6] Они основали этот вывод на транспортной активности монослоев, образованных из клеток MDCK, на присутствии микроворсинки на их апикальной (верхней) поверхности и на их способности самоорганизовываться при выращивании в 3D в полые сферы. В своем отчете авторы предположили, что «гистотипическое выражение», с помощью которого клетки MDCK формируют структуры, напоминающие ткань их происхождения, может быть плодотворно применено к изучению других тканей. Последующие десятилетия доказали, что они в значительной степени правы, хотя репертуар для изучения организации и поведения клеток в тканях значительно расширился.[7]

В 1970-е годы клеточная линия MDCK нашла новое применение в качестве модели эпителиальной ткани млекопитающих. В 1982 году Мина Бисселл и ее коллеги показали, что монослои MDCK реагируют на добавление коллаген наложение (получившее название «сэндвич-культура») путем разрастания и образования полых канальцев.[8] Это впервые намекнуло на то, что клеточная линия будет реагировать на трехмерную среду, самоорганизуясь в соответствующую трехмерную структуру, напоминающую почечные канальцы. В последующие годы было показано, что культура клеток MDCK, полностью встроенных в коллаген, дает полые сферы или ацинусы.[9] Это были простые эпителиальные монослои с определенными внутренними и внешними частями. Однако тот факт, что клетки MDCK не образовывали канальцы в этих условиях, оставался необъясненным до позднего времени.

В тот же период 1980-х годов биологи, изучающие подвижность клеток, обнаружили интересное и воспроизводимое поведение клеток в культуре: реакцию рассеяния. Эпителиальные клетки в культуре обычно растут в виде плотных скоплений. Однако они могут быть побуждены к разрыву межклеточных контактов и их удлинению и подвижности после воздействия «фактора рассеяния», который секретируется мезенхимальными клетками, такими как Swiss 3T3. фибробласты.[10] Лучше всего это описала группа Джулии Грей в 1987 году.[11] В тот же период в середине 1980-х гг. моноклональное антитело Группа Вальтера Бирчмайера сообщила, что нарушает межклеточные контакты и изменяет переднюю-заднюю полярность клеток в культуре.[12][13] Мишень этого антитела позже была идентифицирована как компонент межклеточных соединений, E-кадгерин.[14] Эти разрозненные наблюдения в конечном итоге объединились в устойчивую парадигму клеточной подвижности и клеточной полярности. Эпителиальные клетки обычно неподвижны, но могут стать подвижными, подавляя межклеточные соединения или добавляя факторы роста, которые вызывают рассеяние.[15] Оба они обратимы, и оба связаны с разрывом межклеточных соединений.

В 1991 г. об ответе MDCK acini в 3D-культуре на фактор рассеяния впервые сообщил Лелио Орчи и коллеги.[16] Они культивировали ацинусы клеток MDCK в коллагеновых гелях с фибробластами Swiss 3T3 или без них, в которых среда могла обмениваться, но типы клеток не находились в прямом контакте. Эта стратегия культивирования клеток, называемая сокультивированием, индуцировала MDCK acini для морфогенеза ветвления, при котором клетки перестраиваются в сеть взаимосвязанных канальцев, которая напоминает развитие многих тканей.[17] В том же году было показано, что «фактор рассеяния» представляет собой ранее описанный белок, секретируемый фибробластами, фактор роста гепатоцитов (HGF).[18] Эта работа разрешила выдающуюся загадку культуры MDCK, поскольку ткань, из которой были получены эти клетки, является трубчатой, но ранее они развились в сферические ацинусы только в 3D-культуре. Помимо этого непосредственного парадокса, была установлена ​​решающая связь между острой индукцией подвижности клеток в 2D-культуре с помощью «фактора рассеяния» и его влиянием на пространственную организацию, принятую тканями в 3D. Эта связь остается важной связью между точно определенными механизмами подвижности клеток в 2D и сложными перестройками в 3D, регуляция которых еще не полностью изучена.

Морфогенез ветвления

Морфогенез ветвления в течение 2 дней клетками почек собак Madin-Darby в ответ на фактор роста гепатоцитов (HGF). Изображения были получены с помощью флуоресцентной конфокальной микроскопии, показывая структурный белок актин, который выделяет границы клеток. Слева: многоклеточные полые сферы клеток, называемые ацинусами, выращивали в 3D-культуре. Справа: через 2 дня лечения клетками HGF образовалось множество ветвей.

За последние 20 лет понимание клеточной биологии MDCK в 3D-культуре было особенно заметно в лаборатории Кита Мостова. Эта группа сосредоточилась на регуляции полярности клеток и ее последующих эффектах на морфогенез ветвления.[19][20] В самом деле, объем работ, созданных группой Мостова, позволил успешно синтезировать десятилетия знаний о пространственной сегрегации клеточных функций и их молекулярных маркеров в замечательную модель для генерации и гомеостаза клеточной полярности в тканях.[21][22] В 2003 г. группа Мостова сообщила о первом исчерпывающем отчете, связывающем морфогенез ветвления с признаками апикально-базальной полярности.[23] Эта работа установила, что клетки MDCK не теряют контактов с соседями во время начала морфогенеза ветвления, но что канонические маркеры клеточной полярности временно теряются. Одним из результатов этого сдвига полярности является переориентация клеточного деления вдоль вновь растущей ветви клеток, чтобы правильно расположить дочерние клетки для продолжения расширения ветвей. Подвижность клеток, с помощью которой клетки MDCK продуцируют удлиненные ветви, была связана с этими изменениями полярности.

Эти находки были интегрированы в модель морфогенеза ветвления, сфокусированную на временной перестройке передачи сигналов клеточной полярности. Это позволяет обычно неподвижным клеткам генерировать выпячивания и коллективно мигрировать с последующей повторной дифференцировкой и образованием полых канальцев. В поддержку этой модели Мостов с коллегами идентифицировали эффекты HGF на ацинусы MDCK как вызывающие частичный переход от фенотипов эпителиальных к мезенхимальным клеткам.[24] Этот аргумент определяет установленную сигнальную программу, называемую эпителиально-мезенхимальный переход (EMT), благодаря которому сидячие эпителиальные клетки становятся подвижными и разрывают межклеточные контакты.[15] EMT был предложен в качестве транскрипционного сигнального каскада, который управляет рассеянием клеток, хотя ранее исследователи не объединяли их.[25][26] Учитывая различие, что для ацинусов в 3D, межклеточные соединения не разрываются, неясно, как точно связать концепцию EMT с морфогенезом ветвления.

Группа Мостова также исследовала средства, с помощью которых HGF активирует подвижность клеток во время морфогенеза ветвления MDCK.[27][28] Их исследования показали, что для морфогенеза ветвления необходим фактор транскрипции Erk, расположенный ниже митоген-активированная протеинкиназа каскад, четко определенный путь передачи сигнала, участвующий в подвижности и пролиферации клеток.[29] Точный механизм клеточной подвижности, ответственный за морфогенез ветвления MDCK, не был определен группой Мостова, за исключением потребности в сигнальном белке, участвующем в регуляции малой GTPase. Ро.[28] Более того, лаборатория Гардела показала, что для инвазивной подвижности клеток MDCK в ацинусах требуется Dia1, который регулирует адгезию клеток к отдельным фибриллам коллагена.[30]

Между тем, др. Группы продемонстрировали потребность в адгезионных белках клетка-ECM или их регуляторах в морфогенезе ветвления MDCK.[31][32] Используя модифицированный протокол для клеточной культуры MDCK и морфогенеза ветвления, Gierke и Wittman установили потребность в динамике микротрубочек для регуляции ранних стадий ветвления.[33] Они наблюдали недостаточное адгезивное сцепление клеток с коллагеновым матриксом при нарушении регуляции микротрубочек. Этот фенотип указывает на важность доставки соответствующих белков клеточной адгезии и протрузии к клеточному фронту, когда инициируется морфогенез ветвления. В сочетании с наблюдениями группы Mostov, эта работа подтвердила, что полярность клеток необходима для ацинарного гомеостаза MDCK, а также для миграционного поведения во время морфогенеза ветвления.

Рекомендации

  1. ^ Эрин О'Брайен, Люси; Zegers, Mirjam M. P .; Мостов, Кейт Э. (2002). «Строительная эпителиальная архитектура: выводы из трехмерных моделей культуры». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 3: 531–537. Дои:10.1038 / nrm859.
  2. ^ «АТСС». ATCC. Получено 28 августа 2017.
  3. ^ Леманн-Грубе, Фриц (1963). «Чувствительный анализ зубного налета на вирусы гриппа». Вирусология. 21: 520–522. Дои:10.1016/0042-6822(63)90219-8.
  4. ^ Moulton, J.E .; Фрейзер, Л. М. (1961). «Дезоксирибонуклеиновая кислота и изменения белка в клетках почек собак, инфицированных вирусом инфекционного гепатита собак». Вирусология. 15: 91–101. Дои:10.1016/0042-6822(61)90226-4.
  5. ^ Карл Матлин, PhD, личное сообщение
  6. ^ Лейтон, Дж; Estes, LW; Мансухани, S; Брада, Z (1970). «Клеточная линия, полученная из нормальной почки собаки (MDCK), проявляющая свойства папиллярной аденокарциномы и эпителия почечных канальцев». Рак. 26: 1022–8. Дои:10.1002 / 1097-0142 (197011) 26: 5 <1022 :: aid-cncr2820260509> 3.0.co; 2-м. PMID  4248968.
  7. ^ Шамир, ER; Эвальд, AJ (2014). «Трехмерная органотипическая культура: экспериментальные модели биологии и болезней млекопитающих». Нат Рев Мол Cell Biol. 15: 647–64. Дои:10.1038 / nrm3873. ЧВК  4352326. PMID  25237826.
  8. ^ Холл, HG; Фарсон, Д.А.; Бисселл, MJ (1982). «Формирование просвета эпителиальными клеточными линиями в ответ на наложение коллагена: морфогенетическая модель в культуре». Proc Natl Acad Sci U S A. 79: 4672–6. Дои:10.1073 / pnas.79.15.4672. ЧВК  346738. PMID  6956885.
  9. ^ Макэтир, Джеймс А .; Эван, Эндрю П .; Гарднер, Кеннет Д. (1987). «Морфогенетический клональный рост линии клеток эпителия почек MDCK». Анатомический рекорд. 217: 229–239. Дои:10.1002 / ар.1092170303.
  10. ^ Стокер, М; Перриман, М. (1985). «Фактор эпителиального рассеяния, выделяемый фибробластами эмбриона». J Cell Sci. 77: 209–23. PMID  3841349.
  11. ^ Стокер, Майкл; Герарди, Эрманно; Перриман, Мэрион; Грей, Джулия (1987). «Фактор рассеяния представляет собой производный от фибробластов модулятор подвижности эпителиальных клеток». Природа. 327: 239–242. Дои:10.1038 / 327239a0.
  12. ^ Беренс, Дж; Бирхмайер, Вт; Гудман, С.Л .; Имхоф, Б.А. (1985). «Диссоциация эпителиальных клеток почек собак Madin-Darby моноклональным антителом против arc-1: механистические аспекты и идентификация антигена как компонента, связанного с увоморулином». J Cell Biol. 101: 1307–15. Дои:10.1083 / jcb.101.4.1307. ЧВК  2113935. PMID  2995405.
  13. ^ Имхоф, бит А .; Фоллмерс, Х. Питер; Гудман, Саймон Л .; Бирчмайер, Вальтер (1983). «Межклеточное взаимодействие и полярность эпителиальных клеток: специфические нарушения с использованием моноклональных антител». Клетка. 35: 667–675. Дои:10.1016/0092-8674(83)90099-5.
  14. ^ Беренс, Дж; Марил, ММ; Ван Рой, FM; Birchmeier, W (1989). «Рассекающая инвазия опухолевых клеток: эпителиальные клетки приобретают инвазивные свойства после потери увоморулин-опосредованной межклеточной адгезии». J Cell Biol. 108: 2435–47. Дои:10.1083 / jcb.108.6.2435. ЧВК  2115620. PMID  2661563.
  15. ^ а б Поль Тьери, Жан (2009). «Эпителиально-мезенхимальные переходы в развитии и болезни». Клетка. 139: 871–890. Дои:10.1016 / j.cell.2009.11.007. PMID  19945376.
  16. ^ Montesano, R .; Schaller, G .; Орчи, Л. (1991). «Индукция морфогенеза эпителиальных канальцев in vitro с помощью растворимых факторов, производных фибробластов». Клетка. 66: 697–711. Дои:10.1016 / 0092-8674 (91) 90115-Ф.
  17. ^ Аффольтер, Маркус; Целлер, Рольф; Caussinus, Эммануэль (2009). «Ремоделирование тканей посредством морфогенеза ветвления». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 10: 831–842. Дои:10.1038 / nrm2797.
  18. ^ Weidner, KM; Аракаки, ​​N; Hartmann, G; Vandekerckhove, J; Вайнгарт, S; Rieder, H; Fonatsch, C; Tsubouchi, H; Хисида, Т; Дайкухара, Y (1991). «Доказательства идентичности человеческого фактора рассеяния и человеческого фактора роста гепатоцитов». Proc Natl Acad Sci U S A. 88: 7001–5. Дои:10.1073 / pnas.88.16.7001. ЧВК  52221. PMID  1831266.
  19. ^ Брайант, DM; Мостов, К.Е. (2008). «От клеток к органам: построение поляризованной ткани». Нат Рев Мол Cell Biol. 9: 887–901. Дои:10.1038 / nrm2523. ЧВК  2921794. PMID  18946477.
  20. ^ Эрин О'Брайен, Люси; Zegers, Mirjam M. P .; Мостов, Кейт Э. (2002). «Строительная эпителиальная архитектура: выводы из трехмерных моделей культуры». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 3: 531–537. Дои:10.1038 / nrm859.
  21. ^ Мартин-Бельмонте, Фернандо; Гассама, Ама; Датта, Анирбан; Ю, Вэй; Решер, Урсула; Герке, Фолькер; Мостов, Кейт (2007). "PTEN-опосредованная апикальная сегрегация фосфоинозитидов контролирует эпителиальный морфогенез посредством Cdc42". Клетка. 128: 383–397. Дои:10.1016 / j.cell.2006.11.051. ЧВК  1865103.
  22. ^ Брайант, Дэвид М .; Ругно, Джули; Датта, Анирбан; Оверим, Аренд В .; Ким, Минджи; Ю, Вэй; Пэн, Сяо; Истберн, Деннис Дж .; Эвальд, Эндрю Дж .; Верб, Зена; Мостов, Кейт Э. (2014). «Молекулярный переключатель ориентации поляризации эпителиальных клеток». Клетка развития. 31: 171–187. Дои:10.1016 / j.devcel.2014.08.027.
  23. ^ Ю, Вэй; О'Брайен, Люси Э .; Ван, Фэй; Борн, Генри; Мостов, Кейт Э .; Зегерс, Мирьям М. (2003). «Фактор роста гепатоцитов переключает ориентацию полярности и режим движения во время морфогенеза многоклеточных эпителиальных структур». Молекулярная биология клетки. 14: 748–763. Дои:10.1091 / mbc.E02-06-0350. ЧВК  150005.
  24. ^ Zegers, Mirjam M.P .; О'Брайен, Люси Э .; Ю, Вэй; Датта, Анирбан; Мостов, Кейт Э. (2003). «Полярность эпителия и тубулогенез in vitro». Тенденции в клеточной биологии. 13: 169–176. Дои:10.1016 / S0962-8924 (03) 00036-9.
  25. ^ Янда, Эльзбета; Леманн, Керстин; Киллиш, Ирис; Jechlinger, Martin; Герциг, Микаэла; Вниз, Джулиан; Беуг, Хартмут; Грюнерт, Стефан (2002). «Ras и TGFβ совместно регулируют пластичность эпителиальных клеток и метастазирование». Журнал клеточной биологии. 156: 299–314. Дои:10.1083 / jcb.200109037.
  26. ^ Каллури, Рагху (2003). «Эпителиально-мезенхимальный переход и его значение для фиброза». Журнал клинических исследований. 112: 1776–1784. Дои:10.1172 / JCI20530. ЧВК  297008. PMID  14679171.
  27. ^ Эрин О'Брайен, Люси (2004). «ERK и MMP последовательно регулируют различные стадии развития эпителиальных канальцев». Клетка развития. 7: 21–32. Дои:10.1016 / j.devcel.2004.06.001. PMID  15239951.
  28. ^ а б Kim, M .; Shewan, A. M .; Ewald, A.J .; Werb, Z .; Мостов, К. Э. (2015). «p114RhoGEF регулирует подвижность клеток и образование просвета во время тубулогенеза посредством пути ROCK – миозин-II». Журнал клеточной науки. 128: 4317–4327. Дои:10.1242 / jcs.172361.
  29. ^ Флакон, Эммануэль; Сахай, Эрик; Маршалл, Кристофер Дж. (2003). «Передача сигналов ERK-MAPK скоординированно регулирует активность Rac1 и RhoA для подвижности опухолевых клеток». Раковая клетка. 4: 67–79. Дои:10.1016 / S1535-6108 (03) 00162-4.
  30. ^ Тимоти Бест (2017-05-06), Защита диссертации Тима Фессендена 05-02-2017, получено 2017-09-28
  31. ^ Хантер, Майкл П .; Зегерс, Мирьям М. (2010). «Pak1 регулирует морфогенез ветвления в культуре клеток 3D MDCK с помощью PIX и β1-интегрин-зависимого механизма». Американский журнал физиологии. Клеточная физиология. 299: C21 – C32. Дои:10.1152 / ajpcell.00543.2009. ЧВК  2904258.
  32. ^ Цзян, Си-Цзе; Чиу, Сью-Жан; Чен, Хун-Чен; Чуанг, Woei-Jer; Тан, Мин-Джер (2001). «Роль α 3 β 1 интегрина в тубулогенезе клеток почек собак Madin-Darby». Kidney International. 59: 1770–1778. Дои:10.1046 / j.1523-1755.2001.0590051770.x.
  33. ^ Гирке, Сара; Виттманн, Торстен (2012). «Рекрутируемые EB1 комплексы микротрубочек + TIP координируют динамику протрузии во время трехмерного ремоделирования эпителия». Текущая биология. 22: 753–762. Дои:10.1016 / j.cub.2012.02.069.

внешняя ссылка