Toplu hücre göçü - Collective cell migration
Kolektif hücre göçü , hücre gruplarının hareketlerini ve hücre-çevre etkileşimleri ve hücre-hücre iletişiminden kolektif davranışın ortaya çıkışını tanımlar . Kolektif hücre göçü çok hücreli organizmaların yaşamlarında temel bir süreçtir , örneğin embriyonik gelişim , yara iyileşmesi ve kanser yayılması ( metastaz ). Hücreler, kohezif bir grup (örneğin epitel hücreleri ) olarak göç edebilir veya geçici hücre-hücre yapışma bölgelerine (örneğin mezenkimal hücreler) sahip olabilir. Ayrıca tabakalar, şeritler, tüpler ve kümeler gibi farklı modlarda da göç edebilirler. Da tek hücre göçü kapsamlı olarak araştırılmıştır, toplu hücre göçü doğum kusurlarına ve embriyo bozukluğunu önlemek uygulamaları ile nispeten yeni bir alandır. Doktorların tümörlerin yayılmasını ve yeni tümörler oluşturmasını önlemesini sağlayarak kanser tedavisini iyileştirebilir.
Hücre-çevre etkileşimleri
| Bir serinin parçası |
| Mikrobiyal ve mikrobot hareketi |
|---|
 |
Göç eden hücrenin ortamı, onu uyararak hızını, kalıcılığını ve göç yönünü etkileyebilir. Hücre dışı matris (ECM) sadece yapısal ve biyokimyasal destek sağlar, fakat aynı zamanda hücre davranışını düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Farklı ECM proteinleri ( kollajen , elastin , fibronektin , laminin ve diğerleri gibi) , önde fokal adezyonlar oluştururken ve arkada onları sökerken hücrelerin yapışmasına ve göç etmesine izin verir . Bu yapışma bölgelerini kullanarak hücreler ayrıca ECM'nin mekanik özelliklerini de algılar. Hücreler, bu proteinlerin bir gradyanı ( haptotaksis ) veya hücreyi çevreleyen sıvı fazdaki çözünür substratların bir gradyanı ( kemotaksi ) tarafından yönlendirilebilir. Hücreler, substratı reseptörleri aracılığıyla algılar ve konsantrasyona (veya ters yöne) doğru göç eder. Başka bir stimülasyon şekli, ECM'nin ( durotaksis ) rijitlik gradyanları olabilir .
Kapatılma
Toplu hücre göçü, bir geometrik yalnız kalma sureti ile arttırılır hücre dışı matris molekülü (örneğin, proteoglikan versikamn olarak nöral tepe teşvik etmek için bir bariyer olarak görev yapan hücre), ortaya ayrılmış akışlarında organize göç. En uygun genişliğin farklı türlerin farklı akışlarındaki göç eden hücrelerin sayısının bir fonksiyonu olduğu in vivo hapsetme de gözlenir .
Hücre-hücre iletişimi
Göç eden izole hücre, çevresindeki ipuçlarına yanıt verir ve davranışını buna göre değiştirir. Bu durumda hücre-hücre iletişimi önemli bir rol oynamadığından, farklı izole hücrelerde benzer yörüngeler gözlenir. Bununla birlikte, hücre topluluğun bir parçası olarak göç ettiğinde, yalnızca çevreye tepki vermekle kalmaz, aynı zamanda çözünür substratlar ve fiziksel temas yoluyla diğer hücrelerle etkileşime girer. Bu hücre-hücre iletişim mekanizmaları , izole hücrenin toplu ve rastgele yürüyüş hareketlerinin verimli göçü arasındaki farkın ana nedenleridir . Hücre-hücre iletişim mekanizmaları deneysel olarak ( in vivo ve in vitro ) ve sayısal olarak ( in silico ) geniş çapta incelenir .
ortak çekim
Toplu olarak göç eden hücreler arasındaki ortak çekim, aynı tipteki hücrelerin kemo-çekici madde salgıladığı (örn . nöral krest hücrelerinde C3a ), bu kemo-çekici maddeye karşı reseptörlere sahip gruptaki diğer hücreleri uyaran süreçtir . Hücreler salgılanan substratı algılar ve uyarıya birbirlerine doğru hareket ederek yanıt verir ve yüksek hücre yoğunluğunu korur.
Hareketin temas inhibisyonu
Hareketin temas inhibisyonu (CIL), hücrenin başka bir hücreye çarptıktan sonra hareket yönünü değiştirdiği bir süreçtir. Bu hücreler aynı hücre tipinde veya farklı tiplerde olabilir. Kontaklar ( hücre-bağlantıları ), kaderinler ( E-cadherin , N-cadherin veya cadherin 11 ) ve diğer proteinler olarak adlandırılan transmembran glikoproteinler tarafından oluşturulur . Hücre-hücre temasından sonra hücrelerin temas yönündeki çıkıntıları engellenir. CIL işleminde hücreler yeni yönde repolarize olarak birbirlerinden uzaklaşırlar, böylece ön tarafta yeni çıkıntılar oluşurken kasılmalar arkayı temastan çeker.
- Proliferasyonun temas inhibisyonu (CIP), artan izdiham yüzdesi ile hücre bölünmesinin inhibisyonudur. CIP ve CIL, bazen yanlışlıkla birbiriyle ilişkili olan iki farklı süreçtir.
İncelenen sistem örnekleri
Kolektif hücre göçü birçok model tür üzerinde incelenmiştir.
Sineklerdeki sınır hücreleri ( Drosophila melanogaster ): Sınır hücreleri, yumurta hücrelerinin farklılaşması sırasında döllenmeye hazır olmak için göç eder.
Yan hat içinde zebra balığı : kuyrukları tırnağa toplu hücre göçü balık duyu sisteminin gelişimi için çok önemlidir. Yanal çizginin sensörleri, balığın vücut yüzeyi üzerindeki akışı ölçer.
Yara iyileşmesi : Toplu hücre göçü bu iyileşme sürecinin önemli bir parçasıdır, yara bölgesi göç eden hücreler tarafından kapatılır. Yara iyileşmesi, yaygın olarak, Madin-Darby Canine Böbrek hücreleri gibi hücre dizileri kullanılarak in vitro olarak incelenir .
Nöral tepe hücreleri farelerde , Legorn piliçler , amfibi ( Xenopus laevis ) ve balık ( zebra balığı ), nöral tepe hücreleri, toplu taşıma omurgalıların embriyo gelişimi sırasında meydana gelir. Farklı dokulara yol açmak için kafadan ( nöral tüp ) uzun mesafelere göç ederler .
Kanserin yayılması ( metastaz ): kanserin yaygın komplikasyonu, kanser hücrelerinin birincil tümörden göç etmesinin bir sonucu olarak yeni tümörlerin (ikincil tümörler) oluşumunu içerir. Gelişimdeki ve yara iyileşmesindeki toplu hücre göçüne benzer şekilde, kanser hücreleri de hücre-hücre adezyonlarını azaltan ve kanserin yayılmasına izin veren epitelyalden mezenkimal geçişe (EMT) uğrar .
Sağdaki diyagram şunları gösterir:
- C: Bir Drosophila embriyosunda sınır hücre göçü . (a) devasa hemşire hücreleriyle çevrili kapalı bir alanda göç eden sınır hücrelerini gösterir.
- B: Zebra balığı arka yanal çizgi primordia (pLLP) hücrelerinin başlangıç konumu . (b) bu hücrelerin somatik mezoderm ve epidermis arasındaki sınırlı bir alanda nasıl göç ettiğini gösteren bir sagital kesittir.
- C: Sırttan karına ve öne doğru iyi tanımlanmış akışlarda göç eden pençeli kurbağa Xenopus'un sefalik sinir tepesi . (c) bir Xenopus embriyosunun başı boyunca , epidermis ve alttaki baş mezodermi arasına sıkıştırılmış göç ederken nöral krest tarafından deneyimlenen yüksek derecede hapsedilmeyi gösteren enine bir kesittir .
Matematiksel modeller
Toplu hücre hareketini tanımlayan birkaç matematiksel model vardır. Tipik olarak, bir hücre sistemi için Newton hareket denklemi çözülür. Her bir hücreye çeşitli kuvvetler etki eder, örnekler sürtünme (çevre ve diğer hücreler arasında), kemotaksis ve kendi kendine tahriktir . İkincisi, hücrelerin, miyozin-aktin kasılma hareketinden dolayı kuvvet üretebilen , termal dengeden uzak aktif madde olduğunu ima eder . Toplu hücre göçünün fiziksel açıklamasına genel bir bakış, aşağıdaki model türlerinin kullanılabileceğini açıklar:
- Kafes modelleri (örn. BIO-LGCA modelleri)
- Enerji tüketen ve rastgele kuvvetlerle Newton'un hareket denklemini çözen Enerji tüketen parçacık dinamiğine benzer modeller
- Hücrelerin Voronoi bölgelerini gösterdiği ve doku için etkili bir potansiyelin (Voronoi grafiklerine dayalı olarak) kullanıldığı modeller
- Süreklilik modelleri, örneğin bir faz alanı kullanımı ile
Bu matematiksel modeller, kanser, yara iyileşmesi ve ektoplazmalar gibi karmaşık fenomenler hakkında bazı bilgiler verir .
Toplu hücre göçü spektrumu
Hemen aşağıdaki şemada, toplu hücre göçünün farklı morfolojileri, göç sırasındaki yapışkanlıkları (yoğunlukla ters orantılı) ve bir hücrenin hareket ederken etkileşime girdiği en yakın komşuların sayısı (yani, tek tek hücrelerin topolojik düzenlemesi) ile karakterize edilir. nüfus). Hücreler (elipsler) doğrusal zincirler halinde (sol üstte), yanlarındaki hücrelerle sürekli temas halinde veya önceki hücreler tarafından oluşturulan yollar boyunca (sol altta) göç edebilir. Geçiş sayfalarında, hücreler zaman içinde en yakın komşularının çoğunu koruyabilir (sağ üstte), akış geçişinde hücre-hücre temasları daha uzun menzilde ve potansiyel olarak sık komşu yeniden düzenlemesiyle (sağ altta) meydana gelir. Bu kavramlar kolayca üç boyutlu göçe kadar uzanır, bu durumda göç eden tabakaların yeri hareketli kümeler veya sferoidler tarafından alınabilir.
