Полярность эпителия - Epithelial polarity

Полярность клеток - фундаментальная особенность многих типов клеток . Эпителиальные клетки являются одним из примеров типа поляризованных клеток, отличающихся отдельными «апикальными», «боковыми» и «базальными» доменами плазматической мембраны . Эпителиальные клетки соединяются друг с другом через свои боковые мембраны, образуя эпителиальные листы , выстилающие полости и поверхности по всему телу животного. Каждый домен плазматической мембраны имеет особый белковый состав, придающий им особые свойства и позволяющий направленный транспорт молекул через эпителиальный лист. Как эпителиальные клетки генерируют и поддерживают полярность, остается неясным, но было обнаружено, что определенные молекулы играют ключевую роль.

На апикальной мембране расположены различные молекулы, но только несколько ключевых молекул действуют как детерминанты, необходимые для поддержания идентичности апикальной мембраны и, таким образом, эпителиальной полярности. Эти молекулы представляют собой белки Cdc42 , атипичную протеинкиназу C (aPKC), Par6 , Par3 / Bazooka / ASIP. Крошки, «Звездная пыль» и белок на плотных контактах (PATJ). Эти молекулы, по-видимому, образуют два различных комплекса: комплекс aPKC-Par3-Par6 «aPKC» (или «Par»), который также взаимодействует с Cdc42; и комплекс Crumbs-Stardust-PATJ "Crumbs". Из этих двух комплексов комплекс aPKC является наиболее важным для эпителиальной полярности, он необходим, даже когда комплекс Crumbs не является. Crumbs - единственный трансмембранный белок в этом списке, а комплекс Crumbs служит апикальным сигналом для поддержания апикального комплекса aPKC во время сложных изменений клеточной формы.

Базолатеральные мембраны

В контексте почечной канальцевой физиологии, термин базолатеральная мембрана или серозные мембраны относятся к клеточной мембране , которая ориентирована в стороне от просвета каналец, в то время как термин просветной мембраны или апикальная мембрана относится к клеточной мембране , которая ориентирована в стороне просвета . Основная функция этой базолатеральной мембраны - поглощать продукты метаболизма в эпителиальную клетку для вывода в просвет, где они выводятся из организма в виде мочи . Вторичная роль базолатеральной мембраны состоит в том, чтобы позволить рециркуляцию желательных субстратов, таких как глюкоза , которые были выведены из просвета канальца для секретирования в интерстициальные жидкости .

Базальные и боковые мембраны имеют общие детерминанты, белки LLGL1 , DLG1 и SCRIB . Все эти три белка локализованы в базолатеральном домене и важны для базолатеральной идентичности и эпителиальной полярности.

Механизмы полярности

Как поляризуются эпителиальные клетки, до сих пор не совсем понятно. Некоторые ключевые принципы были предложены для сохранения полярности, но механизмы, лежащие в основе этих принципов, еще предстоит обнаружить.

Первый принцип - положительная обратная связь . В компьютерных моделях молекула, которая может быть либо ассоциированной с мембраной, либо цитоплазматической, может поляризоваться, когда ее ассоциация с мембраной является предметом положительной обратной связи: эта мембранная локализация происходит наиболее сильно там, где молекула уже наиболее высококонцентрирована. В аналогичных моделях исследователи показали, что эпителиальные клетки могут самостоятельно собираться в богатый набор устойчивых биологических форм. У дрожжей saccharomyces cerevisiae имеются генетические доказательства того, что Cdc42 подвержен положительной обратной связи такого рода и может спонтанно поляризоваться даже в отсутствие внешнего сигнала. У плодовой мушки Drosophila melanogaster Cdc42 рекрутируется комплексом aPKC и затем способствует апикальной локализации комплекса aPKC в вероятной петле положительной обратной связи. Т.о., в отсутствие Cdc42 или комплекса aPKC апикальные детерминанты не могут поддерживаться на апикальной мембране и, следовательно, апикальная идентичность и полярность теряются.

Второй принцип - это разделение детерминант полярности. Резкое различие между апикальными и базо-латеральными доменами поддерживается с помощью активного механизма, предотвращающего смешивание. Природа этого механизма неизвестна, но явно зависит от детерминант полярности. В отсутствие комплекса aPKC базо-латеральные детерминанты распространяются на бывший апикальный домен. Напротив, в отсутствие любого из Lgl, Dlg или Scrib, апикальные детерминанты распространяются на бывший базо-латеральный домен. Таким образом, эти две детерминанты ведут себя так, как будто они взаимно отталкивают друг друга.

Третий принцип - направленный экзоцитоз . Белки апикальной мембраны транспортируются от Гольджи к апикальной, а не базо-латеральной мембране, потому что апикальные детерминанты служат для идентификации правильного места назначения для доставки везикул . Родственный механизм, вероятно, действует для базо-латеральных мембран.

Четвертый принцип - модификация липидов. Компонент липидного бислоя, фосфатидилинозитолфосфат (PIP), может фосфорилироваться с образованием PIP 2 и PIP 3 . В некоторых эпителиальных клетках PIP 2 локализуется апикально, тогда как PIP 3 локализуется базолатерально. По крайней мере, в одной культивируемой клеточной линии, клетке MDCK, эта система необходима для эпителиальной полярности. Связь между этой системой и детерминантами полярности в тканях животных остается неясной.

Базальный против латерального

Поскольку базальная и боковая мембраны имеют одни и те же детерминанты, другой механизм должен различать эти два домена. Форма ячейки и контакты обеспечивают вероятный механизм. Боковые мембраны являются местом контакта между эпителиальными клетками, тогда как базальные мембраны соединяют эпителиальные клетки с базальной мембраной , слоем внеклеточного матрикса, который расположен вдоль базальной поверхности эпителия. Некоторые молекулы, такие как интегрины , специфически локализуются на базальной мембране и образуют связи с внеклеточным матриксом.

Форма эпителиальных клеток

Эпителиальные клетки бывают разных форм, которые связаны с их функцией в развитии или физиологией. Как эпителиальные клетки принимают определенные формы, плохо изучено, но это должно включать пространственный контроль актинового цитоскелета , который является центральным для формы клеток во всех растительных клетках.

Эпителиальный кадгерин

Все эпителиальные клетки экспрессируют молекулу трансмембранной адгезии E-cadherin , кадгерин, который локализуется наиболее заметно на стыке между апикальной и латеральной мембранами. Внеклеточные домены молекул E-кадгерина из соседних клеток связываются друг с другом посредством гомотипического взаимодействия. Внутриклеточные домены молекул E-кадгерина связываются с актиновым цитоскелетом через адаптерные белки альфа-катенин и бета-катенин . Таким образом, E-кадгерин образует адгезивные соединения, которые соединяют актиновые цитоскелеты соседних клеток. Адгезивные соединения являются первичными силовыми соединениями между эпителиальными клетками и фундаментально важны для поддержания формы эпителиальных клеток и для динамических изменений формы во время развития ткани. Как E-cadherin локализуется на границе между апикальной и латеральной мембранами, неизвестно, но поляризованные мембраны важны для поддержания E-cadherin на стыках спаек.

Смотрите также

Ссылки

Брюс Альбертс; Александр Джонсон; Джулиан Льюис; Мартин Рафф; Кейт Робертс; Питер Уолтер, ред. (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Наука о гирляндах. ISBN 978-0-8153-3218-3.