Polaryzacja komórki planarnej
Planar Cell Polarity (PCP) to sygnalizacja za pośrednictwem białek, która koordynuje orientację komórek w warstwie tkanki nabłonkowej. U kręgowców przykładami dojrzałych tkanek ukierunkowanych na PCP są pęczki rzęsek stereo w uchu wewnętrznym, ruchome rzęski nabłonka i ruchliwość komórek w gojeniu się ran naskórka. Ponadto wiadomo, że PCP ma kluczowe znaczenie dla głównych punktów czasowych rozwoju, w tym koordynowania zbieżnego wydłużania podczas gastrulacji i koordynowania zachowania komórek w celu zamknięcia cewy nerwowej. Komórki orientują się i swoich sąsiadów, ustanawiając asymetryczną ekspresję składników PCP na przeciwległych elementach komórek w komórkach, aby ustalić i utrzymać kierunkowość komórek. Niektóre z tych składników PCP to białka transbłonowe, które mogą proliferować sygnał orientacji do otaczających komórek.
Historia badań polaryzacji komórek planarnych (PCP).
Polarność komórek planarnych została po raz pierwszy opisana u owadów, a następnie zdefiniowana u muszek owocówek ( Drosophila melanogaster ). Niektóre z wcześniejszych prac na temat polaryzacji skrzydeł muchy kontrolowanej przez geny zostały opublikowane przez D. Gubba i A. García-Bellido w 1982 roku, opisując, w jaki sposób mutacja niektórych genów spowodowała zmianę morfologii orientacji naskórka na ciele muchy. Historia ścieżki PCP, która została rozszerzona przez prace nad genetyką much, które doprowadziły do interesujących nazw komponentów PCP, takich jak Frizzled , Van-gogh i Disheveled . Są to typowe nomenklatury dla nowych genów odkrytych u much, które często opierają się na opisie wizualnej prezentacji zmutowanych much dla każdego genu. Wczesne badania PCP koncentrowały się na jego roli w embriologii i genetyce, ale odkrycie, że białka PCP były zlokalizowane asymetrycznie w komórce, pchnęło ten temat do świata biologii komórki.
Nastąpił gwałtowny wzrost zainteresowania szlakiem Planar Cell Polarity po odkryciu, że konserwatywne geny PCP biorą udział w ważnych procesach kręgowców, takich jak gastrulacja kręgowców, modelowanie uszu ssaków i słyszenie oraz zamykanie cewy nerwowej. Odkrycia z tej popularnej fali badań PCP wykazały, że jest on zaangażowany w spolaryzowane bicie rzęsek w tchawicy i komorach mózgu, zorientowane podziały komórkowe, rozgałęzienia płuc i wyrównanie mieszków włosowych.
Głównym wyzwaniem w badaniu PCP jest to, że białko in vivo i sygnalizacja kontaktu z komórką wymagane do ułatwienia tego są trudne do podsumowania w naczyniu do hodowli komórkowej. Jednak ostatnie postępy w technologii obrazowania i ekspansja narzędzi genetycznych pomagają odkryć, jak PCP działa w żywej komórce i jaką rolę odgrywa w rozwoju komórki i biologii.
Komponenty biegunowości rdzenia planarnego komórki
Wszystkie podstawowe geny PCP scharakteryzowane w mutantach Drosophila wpływają na wiele struktur Drosophila z cechami PCP, w tym na włosy i włosie na ciele muchy. Podstawowe geny PCP u Drosophila i innych kręgowców to Frizzled (Fz), Flamingo (Fmi), Strabismus (Stbm) / Van-gogh (Vang), Prickle (Pk), Disheveled (Dsh), Diego (Dgo) i trimeryczny G białko Gao.
Frizzled ( Fz ) - Pierwszy mutant kędzierzawy u Drosophila został zidentyfikowany w 1982 roku przez D. Gubba i A. Garcia-Bellido. Mutant miał defekty polaryzacji w skrzydle, notum, przezroczyście, nogach, tergitach brzusznych i sternitach brzusznych. Konkretnie, D. Gubb i A. Garcia-Bellido zauważyli defekt polaryzacji we włosach naskórka i włosiu na skrzydłach. Późniejsze badania wykazały, że funkcja genu Frizzled (Fz) u Drosophila melanogaster jest wymagana do koordynowania cytoszkieletów komórek naskórka w celu ukierunkowania włosków i włosia naskórka na powierzchni owada. "W Fz nie zmieniają struktury poszczególnych włosów i szczeciny, ale ich orientację w stosunku do sąsiadów i organizmu jako całości”. Jak pokazano na rycinie 2, w skrzydle typu dzikiego wszystkie włosy są skierowane w kierunku dystalnej końcówki, ale w Fz włosy są skierowane w nieuporządkowany sposób. Frizzled koduje siedmioprzebiegowe białko transbłonowe i dzięki temu daje komórkom nabłonkowym zdolność do przekazywania i interpretowania informacji o polaryzacji z sąsiednich komórek nabłonkowych.
Flamingo ( Fmi ) - Kolejny siedmioprzebiegowy receptor transbłonowy, Flamingo jest również kadheryną, która lokalizuje się na granicach komórka-komórka w komórkach nabłonka skrzydła Drosophila . W przypadku braku Fmi polaryzacja planarna była zniekształcona. Lokalizacja Fmi na proksymalnej / dystalnej granicy komórki jest najpierw zależna od lokalizacji Frizzled na tych samych granicach.
kanoniczne vs. Niekanoniczne ścieżki Wnt i PCP
Szlak sygnałowy PCP obejmuje kilka składników ( Fz, Dsh i Gαo ) „kanonicznego” szlaku sygnałowego Wnt. Jednak podstawowe białka PCP mogą funkcjonować niezależnie od β-kateniny, powodując dalsze zmiany w cytoszkielecie komórkowym i są znane jako „niekanoniczny” szlak Wnt.
Interakcje krzyżowe z białkami w celu ustalenia asymetrii PCP
Cechą charakterystyczną systemu PCP jest asymetryczna i spolaryzowana ekspresja błonowa białek PCP. Disheveled i Diego są białkami cytoplazmatycznymi i są rekrutowane do błony przez siebie nawzajem i przez ich połączenie z transbłonowym białkiem PCP Frizzledl. Strabismus / Vang jest białkiem czterotransbłonowym i może rekrutować cytoplazmatyczne białko PCP Prickle. Wiadomo, że Prickle może wchodzić w interakcje z Disheveled i zakłócać jego rekrutację przez Frizzled. Poprzez pętlę sprzężenia zwrotnego domen zewnątrzkomórkowych Frizzled i Strabismus na połączeniach dwóch sąsiednich błon komórkowych, kompleks Strabismus i Prickle oraz kompleks Frizzled and Disheveled i Diego są zlokalizowane po przeciwnych stronach komórek wzdłuż osi polaryzacji. Uważa się, że Flamingo lokalizuje się po obu stronach i odgrywa rolę w adhezji homofilnej, adhezji komórek w wyniku interakcji podobnych typów kadheryny. Brak prawidłowej segregacji tych białek PCP w granicach komórki może prowadzić do zakłóceń w PCP, takich jak komórki rzęsate na skrzydłach muchy i skórze myszy.