Polaryzacja nabłonka
Polaryzacja nabłonka jest jednym z przykładów polaryzacji komórek , która jest podstawową cechą wielu typów komórek . Komórki nabłonkowe charakteryzują się odrębnymi błony komórkowej „wierzchołkowej”, „bocznej” i „podstawnej” . Komórki nabłonkowe łączą się ze sobą za pośrednictwem błon bocznych, tworząc arkusze nabłonkowe , które wyścielają jamy i powierzchnie w całym ciele zwierzęcia. Każda domena błony komórkowej ma odrębny skład białek, co nadaje im różne właściwości i umożliwia kierunkowy transport cząsteczek przez warstwę nabłonka. Sposób, w jaki komórki nabłonkowe generują i utrzymują polaryzację, pozostaje niejasny, ale stwierdzono, że pewne cząsteczki odgrywają kluczową rolę.
błonie wierzchołkowej znajduje się wiele cząsteczek , ale tylko kilka kluczowych cząsteczek działa jako determinanty, które są wymagane do utrzymania tożsamości błony wierzchołkowej, a tym samym polarności nabłonka. Te cząsteczki to białka Cdc42 , atypowa kinaza białkowa C (aPKC), Par6 , Par3 /Bazooka/ASIP. Okruchy, „Stardust” i białko na ciasnych skrzyżowaniach (PATJ). Cząsteczki te wydają się tworzyć dwa odrębne kompleksy: kompleks aPKC-Par3-Par6 „aPKC” (lub „Par”), który również oddziałuje z Cdc42; oraz kompleks Crumbs-Stardust-PATJ „Okruszki”. Z tych dwóch kompleksów kompleks aPKC jest najważniejszy dla polarności nabłonka i jest wymagany nawet wtedy, gdy kompleks Crumbs nie jest. Crumbs jest jedynym białkiem transbłonowym na tej liście, a kompleks Crumbs służy jako wierzchołkowa wskazówka, aby utrzymać wierzchołkowy kompleks aPKC podczas złożonych zmian kształtu komórki. [ potrzebne źródło ]
Membrany podstawno-boczne
W kontekście fizjologii kanalików nerkowych termin błona podstawno-boczna odnosi się do błony komórkowej , która jest zorientowana z dala od światła kanalika, podczas gdy termin błona wierzchołkowa lub luminalna odnosi się do błony komórkowej zorientowanej w kierunku światła. Główną funkcją tej błony podstawno-bocznej jest pobieranie produktów przemiany materii do komórek nabłonka w celu ich usunięcia do światła, gdzie są one transportowane z organizmu w postaci moczu . Drugorzędną rolą błony podstawno-bocznej jest umożliwienie recyklingu pożądanych substratów, takich jak glukoza , które zostały uratowane ze światła kanalika w celu wydzielania ich do płynów śródmiąższowych .
Błony podstawne i boczne mają wspólne determinanty, białka LLGL1 , DLG1 i SCRIB . Wszystkie te trzy białka lokalizują się w domenie podstawno-bocznej i są niezbędne dla tożsamości podstawno-bocznej i dla polarności nabłonka.
Mechanizmy polaryzacji
Sposób polaryzacji komórek nabłonka wciąż nie jest w pełni poznany. Zaproponowano kilka kluczowych zasad zachowania biegunowości, ale mechanizmy stojące za tymi zasadami pozostają do odkrycia.
Pierwsza zasada to pozytywna informacja zwrotna . W modelach komputerowych cząsteczka, która może być związana z błoną lub cytoplazmatyczna, może polaryzować, gdy jej połączenie z błoną podlega dodatniemu sprzężeniu zwrotnemu: ta lokalizacja błony występuje najsilniej tam, gdzie cząsteczka jest już najbardziej skoncentrowana. W podobnych modelach naukowcy wykazali, że komórki nabłonkowe mogą samoorganizować się w bogaty zestaw solidnych kształtów biologicznych. U drożdży Saccharomyces cerevisiae istnieją dowody genetyczne, że Cdc42 podlega tego rodzaju dodatniemu sprzężeniu zwrotnemu i może spontanicznie polaryzować, nawet przy braku zewnętrznego sygnału. U muszki owocowej Drosophila melanogaster Cdc42 jest rekrutowany przez kompleks aPKC, a następnie promuje wierzchołkową lokalizację kompleksu aPKC w prawdopodobnej pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego. Tak więc, pod nieobecność Cdc42 lub kompleksu aPKC, determinanty wierzchołkowe nie mogą być utrzymane na błonie wierzchołkowej, aw konsekwencji tracona jest tożsamość wierzchołkowa i polarność.
Drugą zasadą jest segregacja wyznaczników biegunowości. Ostre rozróżnienie między domenami wierzchołkowymi i podstawno-bocznymi jest utrzymywane przez aktywny mechanizm, który zapobiega mieszaniu. Natura tego mechanizmu nie jest znana, ale wyraźnie zależy od uwarunkowań polaryzacji. W przypadku braku kompleksu aPKC determinanty podstawno-boczne rozprzestrzeniły się na dawną domenę wierzchołkową. I odwrotnie, przy braku któregokolwiek z Lgl, Dlg lub Scrib, determinanty wierzchołkowe rozprzestrzeniły się na dawną domenę podstawno-boczną. Zatem te dwa determinanty zachowują się tak, jakby wzajemnie się odpychały.
Trzecia zasada to egzocytoza skierowana . Białka błony wierzchołkowej są przemieszczane z aparatu Golgiego do błony wierzchołkowej, a nie podstawno-bocznej, ponieważ determinanty wierzchołkowe służą do identyfikacji prawidłowego miejsca docelowego dostarczania pęcherzyków . Powiązany mechanizm prawdopodobnie będzie działał w przypadku błon podstawno-bocznych.
Czwarta zasada to modyfikacja lipidów. Składnik dwuwarstwy lipidowej, fosfatydyloinozytolu (PIP), może ulegać fosforylacji, tworząc PIP2 i PIP3 . W niektórych komórkach nabłonkowych PIP 2 jest zlokalizowany wierzchołkowo, podczas gdy PIP 3 jest zlokalizowany podstawno-bocznie. W co najmniej jednej hodowanej linii komórkowej, komórce MDCK, ten system jest wymagany do polaryzacji nabłonka. Związek między tym systemem a determinantami polarności w tkankach zwierzęcych pozostaje niejasny.
Podstawowy kontra boczny
Ponieważ błony podstawne i boczne mają te same determinanty, inny mechanizm musi różnicować te dwie domeny. Kształt komórki i kontakty zapewniają prawdopodobny mechanizm. Błony boczne są miejscem kontaktu między komórkami nabłonkowymi, podczas gdy błony podstawne łączą komórki nabłonkowe z błoną podstawną , warstwą macierzy zewnątrzkomórkowej, która leży wzdłuż podstawowej powierzchni nabłonka. Niektóre cząsteczki, takie jak integryny , lokalizują się specyficznie w błonie podstawnej i tworzą połączenia z macierzą zewnątrzkomórkową.
Kształt komórek nabłonkowych
Komórki nabłonkowe mają różne kształty , które odnoszą się do ich funkcji w rozwoju lub fizjologii. Sposób, w jaki komórki nabłonkowe przyjmują określone kształty, jest słabo poznany, ale musi obejmować przestrzenną kontrolę cytoszkieletu aktynowego , który ma kluczowe znaczenie dla kształtu komórki we wszystkich komórkach roślinnych.
Kadheryna nabłonkowa
Wszystkie komórki nabłonkowe wykazują ekspresję przezbłonowej cząsteczki adhezyjnej E-kadheryny , kadheryny , która jest zlokalizowana najbardziej w miejscu połączenia między błonami wierzchołkowymi i bocznymi. Zewnątrzkomórkowe domeny cząsteczek E-kadheryny z sąsiednich komórek wiążą się ze sobą poprzez oddziaływanie homotypowe. Wewnątrzkomórkowe domeny cząsteczek E-kadheryny wiążą się z cytoszkieletem aktynowym poprzez białka adaptorowe alfa-katenina i beta-katenina . W ten sposób E-kadheryna tworzy połączenia przylegające , które łączą cytoszkielety aktynowe sąsiednich komórek. Połączenia przylegające są głównymi połączeniami przenoszącymi siły między komórkami nabłonka i są fundamentalnie ważne dla utrzymania kształtu komórek nabłonka i dynamicznych zmian kształtu podczas rozwoju tkanki. Nie wiadomo, w jaki sposób E-kadheryna lokalizuje się na granicy między błonami wierzchołkowymi i bocznymi, ale spolaryzowane błony są niezbędne do utrzymania E-kadheryny na połączeniach przylegających.
Zobacz też
Bruce'a Albertsa; Aleksandra Johnsona; Juliana Lewisa; Martina Raffa; Keitha Robertsa; Peter Walter, wyd. (2002). Biologia molekularna komórki (wyd. 4). Nauka girlandy. ISBN 978-0-8153-3218-3 .