Жасушалардың беттік градиенттер бойымен қозғалуы (Haptotaxis)
Haptotaxis
Жасушалардың беткейдегі жақындық арқылы қозғалуы (гаптотаксис) – жараның жазылуында, ұлпа жаңаруында маңызды роль атқарады. Биоматериалдарда да кездеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Гаптотаксис (грекше ἅπτω (hapto, "тиісу, бекіту") және τάξις (taxis, "реттелу, тәртіп")) – жасушалардың бағытталған қозғалысы немесе өсуі, мысалы, аксональды өсу кезінде, әдетте жасушалық жабысу орындарының градиенті бойымен немесе субстратқа байланысқан хемоаттрактанттарға (хемоаттрактанттың градиенті бетте білінеді немесе байланысады, бұл классикалық хемотаксис моделінен өзгеше, онда градиент ерігіш сұйықтықта қалыптасады.). Мұндай градиенттер организмнің жасушадан тыс матрицасында (ECM) табиғи түрде, мысалы, ангиогенез процесінде кездеседі, немесе полимерлік субстратта жабысу орындарының концентрациясын өзгерту арқылы жасалатын биоматериалдарда жасанды түрде құрылуы мүмкін.
Haptotaxis (from Greek ἅπτω (hapto, "touch, fasten") and τάξις (taxis, "arrangement, order")) is the directional motility or outgrowth of cells, e. g. in the case of axonal outgrowth, usually up a gradient of cellular adhesion sites or substrate bound chemoattractants (the gradient of the chemoattractant being expressed or bound on a surface, in contrast to the classical model of chemotaxis, in which the gradient develops in a soluble fluid.). These gradients are naturally present in the extracellular matrix (ECM) of the body during processes such as angiogenesis or artificially present in biomaterials where gradients are established by altering the concentration of adhesion sites on a polymer substrate.
Клиникалық мәні
Гаптотаксис жаралардың тиімді жазылуында маңызды рөл атқарады. Мысалы, мүйіз қабығының толықтығы бұзылғанда, эпителий жасушалары зақымдалған аймақты пролиферация және қозғалыс (гаптотаксис) арқылы жылдам жабады. Мүйіз қабығы стромасында жараланған аймақтағы кератоциттер апоптозға ұшырайды, нәтижесінде стромада жаңадан толтырылуы керек жасушалар болмайды. Жараланған аймақты қоршап тұрған кератоциттер көбейіп, фибробластарға айналады және жараны толтыру үшін қозғалады. Бұл миофибробластар мен жасушадан тыс матрицаның қатысуымен денсаулықты ортаны құрайды. Бұл құбылыс жарық шағылысуы немесе субепителиалды тұман деп аталады.
Haptotaxis plays a major role in the efficient healing of wounds. For example, when corneal integrity is compromised, epithelial cells quickly cover the damaged area by proliferation and migration (haptotaxis). In the corneal stroma, keratocytes within the wounded area undergo apoptosis, leaving the stroma devoid of cells that must be replaced. Keratocytes surrounding the wounded area proliferate and become fibroblasts that migrate to fill the wounded area. This creates a healthy environment with myofibroblasts and extracellular matrix. This is known as light backscattering or subepithial haze.
Зерттеу әдістері
Жоғарыда көрсетілгендей, гаптотаксис – субстратқа байланысқан молекулалардың градиенті бойынша жасушалардың қозғалуы. Гаптотаксисті зерттеу үшін in vitro жағдайында осы градиентті құру үшін көптеген әртүрлі процедуралар бар. Екі негізгі санатқа үздіксіз және цифрлық түрлері жатады. Екі түрін де жасау салыстырмалы түрде оңай, бірақ цифрлық градиенттер концентрацияны есептеуде дәлдік береді. Жалпы алғанда, қазіргі қолданылып жүрген әдістерді in vivo ортасын жақсырақ бейнелеу үшін жетілдіруге болады, себебі in vitro градиенттердің шешілуі in vivo градиенттердей өткір емес. Сонымен қатар, биологиялық градиенттер геометрияны өзгерте алады, ал қазіргі in vitro модельдер мұны имитациялай алмайды. Қан сарысуының таралу факторының болуы кейбір қатерлі жасуша түрлерінде субстрат молекулаларының градиенті бойынша бағытталған қозғалысқа әсер ететіні көрсетілген. Осымен қатар, ісік жасушаларының гаптотаксисі үшін маңызды компонент – MenaINV, ол актиннің реттелуін қамтамасыз ететін ақуыз және ісік жасушаларында жоғары деңгейде экспрессияланады. Бұл актиннің реттелуін қамтамасыз ететін ақуыз фибронектин рецепторларымен байланысып, ісік жасушаларының гаптотаксикалық және хемотаксикалық процестеріне көмектеседі.
As defined above, haptotaxis is the motility of cells up a gradient of substrate bound molecules. There is a wide variety of procedures to set up this gradient in vitro for the study of haptotaxis. The two main categories can be classified into either continuous or digital. Both types are relatively easy to produce, but digital gradients give more accurate concentration calculations. Overall, the methods in use currently can be improved to mirror the in vivo environment more, as the resolution of the gradients is not as sharp in vitro as they are in vivo. Also, biological gradients have the ability to change geometry, which current models in vitro cannot mimic. The presence of serum spreading factor was shown to influence directed migration along a gradient of substrate molecules in a few types of cancer cells. Another component important in the haptotaxis of tumor cells is MenaINV, which is an actin regulatory protein that becomes increasingly expressed in tumor cells. This actin regulatory protein binds to fibronectin receptors and aids in the haptotactic and chemotactic processes of tumor cells.
Патология
Гаптотаксис жасушалардың қозғалысы немесе жиналуы симптомдарға себеп болатын бірнеше ауруларда маңызды рөл атқарады. Бұрын айтылғандай, метастаздық қатерлі ісіктер организмде таралу үшін гаптотаксис жасау қабілетіне ие. Бұл қабілет тек ісік жасушаларына ғана тән емес. Идиопатиялық өкпе фиброзы (ИӨФ) – өкпе мезотелий жасушаларында фиброз дамуымен сипатталатын ауру. TGF β1 – ИӨФ-ке шалдыққан науқастардың өкпесінде жоғары концентрацияда табылатын цитокин, ол плевралық мезотелий жасушаларының гаптотаксисін тудырады. Сонымен қатар, TGF β1 мезотелий жасушаларының миофибробластарға айналуына себеп болады, бұл ИӨФ симптомдарын күшейтеді. Нәтижесінде өкпеде миофибробластар жинақталып, мезотелий жасушаларының фиброзына алып келеді. Нефрит кезінде VCAM 1 нефрон түтікшелерінде жоғары деңгейде өрнектеледі, бұл VCAM 1 құратын градиент арқылы лейкоциттердің қозғалуын күшейтеді. Басқа лейкоциттер де гаптотаксистік қозғалыс көрсетеді: нейтрофилдер IL 8-ге байланысты көші-қонға ұшырайды, ал моноциттер, базафилдер, эозинофилдер және кейбір T-жасушалары RANTES химиокиндерінің әсеріне түседі. Аутоиммундық ревматоидты артрит және остеоартритте нейтрофильдердің ісінуі мен зардап шеккен жерге қозғалуы мембранаға байланысқан мидкин цитокинімен байланысты екені анықталды. Бұл цитокин гаптотаксистік механизм арқылы әрекет етеді, жергілікті нейтрофильдерді өрнектелу орнына тартады.
Haptotaxis plays a role in several kinds of diseases where the movement or aggregation of cells causes the symptoms. As mentioned before, cancers that are metastatic have the ability to perform haptotaxis in order to spread throughout the body. This ability is not limited to tumor cells. Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a disease marked by fibrosis in lung mesothelial cells. TGF β1 is a cytokine found in higher concentrations of lungs from patients who have IPF, and induces haptotaxis of pleural mesothelial cells. At the same time, TGF β1 causes the mesothelial cells to develop into myofibroblasts, which contribute to the symptoms in IPF. The result is that there becomes an aggregation of myofibroblasts in the lungs, which leads to fibrosis of the mesothelial cells. During nephritis, VCAM 1 is expressed in higher levels on the tubules of nephrons, which leads to increased leukocyte migration via the gradient established by VCAM 1. Other leukocytes also exhibit haptotactic movement: neutrophils undergo IL 8 mediated migration, while monocytes, basophils, eosinophils and some T cells are influenced by RANTES chemokines. In the autoimmune disorder rheumatoid arthritis and in osteoarthritis, the associated swelling and migration of neutrophils to the affected site has been shown to be linked to membrane bound midkine cytokine. This cytokine operates in a haptotactic fashion, attracting local neutrophils to the site of expression.
Тіндердің дамуы
Гаптотаксис жасушаларды тіндерді және олардың белгілі бір аймақтарын қалыптастыру үшін ұйымдастыруда маңызды рөл атқарады. Фибронектин мен ламининнің екеуі де бүйрек үсті безінде адреноциттердің ерекше таралуына мутациялануында рөл атқарады. Адреноциттер жетілгенде бүйрек үсті безінің миына қарай центрипеттік қозғалыс жасайды, және бұл қозғалыс фибронектин мен ламинин арқылы жүзеге асырылатын гаптотаксикалық күштердің нәтижесі болуы мүмкін. Бұл ақпаратты жүйке зақымдалған пациенттерде жүйке регенерациясын ынталандыру әдістерін әзірлеу үшін қолдануға болады. Тағы бір регенерациялық стратегия – жараның жазылу процесінде әртүрлі буынтық тіндерге дифференциалданатын мезенхималық дің жасушаларын пайдалану. Гаптотаксис фибронектин, витронектин және I типті коллаген арқылы жүзеге асырылады. Соңғы зерттеуде мембраналық протеин градиенттерін сезуге жауапты жасушалардағы құрылымдардың әлсіреген филоподиялар екені болжамдалды. Сонымен қатар, миграциялық жасушаның алдыңғы жиегінде филоподияның саны неғұрлым көп болса, жасуша гаптотаксикалық градиентке соғұрлым сезімтал болады. Бұл маңызды, себебі филоподияны көрсететін барлық қозғалмалы жасушалар гаптотаксикалық градиенттерге жауап беруі мүмкін. Бұл тақырыпта қосымша зерттеулер қажет, бірақ бастапқыда ойлағаннан гөрі көптеген жасуша түрлері гаптотаксиске ұшырайтыны анық.
Haptotaxis plays a role in organizing cells to form tissues and specific regions of those tissues. Fibronectin and laminin both play a role in adrenocyte mutation into distinctive distribution in the adrenal gland. The adrenocytes migrate centripetally as they mature towards the medulla of the adrenal gland, and this movement may be a result of haptotactic forces mediated by fibronectin and laminin. This information could be used to possibly develop methods to promote nerve regeneration in patients that have nerve damage. Another regenerative strategy is the use of mesenchymal stem cells, which can differentiate into different kinds of connective tissue in the wound healing process. The haptotaxis is mediated by fibronectin, vitronectin, and type I collagen. A recent study has tentatively proposed the idea that the structures on cells responsible for sensing the membrane protein gradients are attenuated filopodia. Also, the more amount of filopodia present on the leading edge of the migrating cell, the more responsive the cell is to the haptotactic gradient. This is important because there is the possibility that all motile cells that display filopodia may be responding to haptotactic gradients. Further research is required in the subject, but it is clear that more and more kinds of cell undergo haptotaxis than originally believed.
Емдеудегі қолданысы
Гаптотаксикалық молекулаларды орналастыру, емдеу процесін тікелей немесе жасушалық өнімдері арқылы жеделдету үшін, қажетті жерге көбірек жасушалардың қозғалуын қамтамасыз ету қажеттілік туғанда ең тиімді болады. Гаптотаксикалық пептидтерді енгізу қант диабеті, гемофилия А және В кемшіліктері, Паркинсон ауруы сияқты бірнеше ауруларды емдеуге көмектесе алады. Гаптотаксикалық молекулалар, қажетті жасушалық өнімдерді өндіруге қабілетті басқа биоинженерленген жасушаларды емдеу қажетті дене аймағына бағыттап, емдеуде маңызды рөл атқарады. Бұл тәсіл жараның жазылуында да қолданылуы мүмкін, онда фибробластар мен кератиноциттердің санының артуы жараның грануляциялық тінінің қалыптасуына көмектеседі, соның салдарынан емделу уақыты қысқарады. Бұл процесте гаптотаксис жүрмесе де, гаптотаксис туралы білімді пайдаланудың мүмкіндіктерінің кеңдігін көрсетеді.
The placement of haptotactic molecules would benefit most in situations where increased numbers of cells are required to move to a desired location to help the healing process either directly or by their cell products. The introduction of haptotactic peptides may help in healing several diseases such as diabetes mellitus, hemophilia A and B deficiencies, and Parkinson's disease. The haptoctatic molecules would play a role in healing by restricting other bioengineered cells that have the ability to produce the needed cell products to the desired area of the body where therapy is needed. This application can also be used in wound healing, where increased numbers of fibroblasts and keratinocytes aid in wound re granularization, thus decreasing overall healing time. While haptotaxis may not be occurring in this process, it demonstrates the diversity with which this knowledge about haptotaxis can be used.