Sygnały „Znajdź mnie”.

Sygnały „Znajdź mnie”.

Komórki przeznaczone do apoptozy uwalniają cząsteczki zwane sygnałami „znajdź mnie”. Te cząsteczki sygnałowe są wykorzystywane do przyciągania fagocytów , które pochłaniają i eliminują uszkodzone komórki. Sygnały „Znajdź mnie” są zwykle uwalniane przez komórki apoptotyczne, podczas gdy błona komórkowa pozostaje nienaruszona. Zapewnia to, że komórki fagocytarne są w stanie usunąć umierające komórki, zanim ich błony zostaną naruszone. Nieszczelna błona prowadzi do wtórnej martwicy, która może wywołać dodatkowy stan zapalny, dlatego najlepiej jest usunąć obumierające komórki zanim do tego dojdzie. Jedna komórka jest w stanie wysłać wiele sygnałów „znajdź mnie”. Jeśli komórka nie ma możliwości uwolnienia sygnału „znajdź mnie”, inne komórki mogą uwolnić dodatkowe sygnały „znajdź mnie”, aby przezwyciężyć rozbieżność.

Dodatkowe role sygnałów Znajdź mnie

Zapalenie można stłumić za pomocą sygnałów „znajdź mnie” podczas usuwania komórek. Fagocyt może również być w stanie pochłonąć więcej materiału lub zwiększyć swoją zdolność do pochłaniania materiałów, gdy jest stymulowany przez sygnały „znajdź mnie”.

Obecnie znane sygnały znajdź mnie

Nukleotydy: trifosforan adenozyny (ATP), difosforan adenozyny (ADP), trifosforan urydyny (UTP) i difosforan urydyny (UDP); lipidy: lizofosfatydylocholina (lysoPC) i sfingozyno-1-fosforan (S1P); oraz białka (lub peptydy): fraktalkina (CX3CL1), interleukina-8 (IL-8), składniki dopełniacza C3a i C5a , rozszczepiona syntetaza tyrozylo-tRNA (mini TyrRS), dimeryzowane białko rybosomalne S19 (RP S19), aktywator monocytów śródbłonka polipeptyd II (EMAP II) i peptydy formylowe (w tym N-formylometionino-leucylo-fenyloalanina , fMLP).

Historia

Korelację między wczesnymi stadiami śmierci komórki a usuwaniem komórek apoptotycznych badano po raz pierwszy w C. elegans . Mutanty, które nie były w stanie przeprowadzić normalnej kaspazy , wykorzystano do wykazania, że ​​komórki w początkowych stadiach śmierci były nadal skutecznie rozpoznawane i usuwane przez fagocyty. Stało się tak, ponieważ mechanizm pochłaniania fagocytów nadal funkcjonował normalnie, mimo że proces apoptozy w umierającej komórce został zakłócony.

Badanie przeprowadzone w 2003 roku wykazało, że komórki raka piersi uwalniają sygnały znane jako lizofosfatydylocholina. Badania te sprawiły, że koncepcja sygnałów „znajdź mnie” znalazła się na pierwszym miejscu w badaniach nad usuwaniem komórek i wprowadziła ideę, że umierające komórki uwalniają sygnały, które przepływają przez tkanki organizmu, aby zaalarmować i rekrutować monocyty do ich lokalizacji.

Rodzaje sygnałów „Znajdź mnie”.

Odkryto cztery rodzaje sygnałów „znajdź mnie” uwalnianych z komórek apoptotycznych:

• Lipidowa lizofosfatydylocholina (LPC)
• Sfingozyno-1-fosforan (S1P)
• Fraktalkina CX3CL1
• Nukleotydy ATP i UTP

Wszystkie te cząsteczki są połączone z rekrutacją monocytów lub makrofagów w kierunku umierających komórek. Wykazano, że receptorem na monocytach lub innym fagocycie dla sygnałów ATP i UTP jest P2Y2 in vivo. Wykazano, że receptorem na monocytach lub innym fagocycie dla sygnału CX3CL1 jest CX3CR1 in vivo. Role sygnałów S1P i LPC pozostały do ​​ustalenia za pomocą modelu in vivo.

Lipidowa lizofosfatydylocholina (LPC)

Zidentyfikowane w komórkach raka piersi, te sygnały „znajdź mnie” są uwalniane przez komórki MCF-7 w celu przyciągnięcia monocytów THP-1 . Inne komórki i różne metody apoptozy mogą być zdolne do uwalniania LPC, ale komórki MCF-7 zostały zbadane najdokładniej.

Enzym niezależna od wapnia fosfolipaza A2 (iPLA2) jest najprawdopodobniej odpowiedzialna za uwalnianie LPC przez komórkę apoptotyczną podczas jej umierania. Ilość uwolnionego LPC jest niewielka, więc nie jest jasne, w jaki sposób jest w stanie ustawić gradient stężenia w surowicy lub osoczu, aby przyciągnąć fagocyty do ich lokalizacji. Wysokie stężenia LPC powodują lizę wielu komórek w jego pobliżu. LPC może być obecny w innej substancji chemicznej niż w postaci natywnej, gdy jest uwalniany przez komórkę apoptotyczną. Może wiązać się ze składnikami surowicy, uniemożliwiając jej modyfikację lub przenoszenie do innych tkanek. LPC może również działać z innymi rozpuszczalnymi cząsteczkami.

Uważa się, że receptor na fagocycie związany z LPC to G2A, ale nie zostało to potwierdzone. Rola LPC jako sygnału „znajdź mnie” również nie została scharakteryzowana in vivo.

Sfingozyno-1-fosforan (S1P)

Sugerowano, że indukcja apoptozy skutkuje zwiększoną ekspresją kinazy S1P 1 (SphK1). Zwiększona obecność SphK1 jest związana z tworzeniem S1P, który następnie rekrutuje makrofagi do bezpośredniego obszaru otaczającego komórki apoptotyczne. Sugerowano również, że kinaza S1P 2 (SphK2) jest celem kaspazy 1 i że rozszczepiony fragment SphK2 jest uwalniany z umierających komórek do otaczającej przestrzeni pozakomórkowej, gdzie jest przekształcany w S1P. Wszystkie dotychczasowe badania charakteryzujące S1P przeprowadzono in vitro, a rola lub S1P w rekrutacji fagocytów do komórek apoptotycznych in vivo nie została określona. Wykazano, że śmierć komórek indukowana staurozyną wpływa na kaspazę-1 w celu zainicjowania rozszczepienia SphK2. W innych formach apoptozy kaspaza-1 nie jest normalnie indukowana, co oznacza, że ​​tworzenie S1P wymaga dalszych badań.

S1P może być rozpoznawany przez receptory sprzężone z białkiem G od S1P1 do S1P5. Nie wiadomo jeszcze, który z tych receptorów jest istotny w rekrutacji fagocytów do komórek apoptotycznych.

Kinaza sfingozyny 1 i kinaza sfingozyny 2 zostały połączone z wytwarzaniem S1P podczas apoptozy różnymi szlakami. Poziom SphK1 wzrasta podczas apoptozy, podczas gdy kaspazy rozszczepiają SphK2.

CX3CL1

CX3CL1 to rozpuszczalny fragment białka fraktalkiny , który służy jako sygnał „znajdź mnie” dla monocytów. Rozpuszczalny fragment fraktalkiny, który zwykle znajduje się na błonie plazmatycznej jako międzykomórkowa cząsteczka adhezyjna, jest wysyłany jako fragment o masie 60 kDa podczas apoptozy jako sygnał znajdź mnie. Uwalnianie CX3CL1 zależy pośrednio od kaspazy. CX3CL1 może być również uwalniany jako część mikrocząstek z początkowych stadiów śmierci apoptotycznej komórek chłoniaka Burkitta .

Receptory na monocytach, które są zdolne do wykrywania obecności CX3CL1, to receptory CX3R1, jak wykazano zarówno w badaniach in vivo, jak i in vitro.

Nukleotydy ATP i UTP

Były to najnowsze sygnały typu find me do scharakteryzowania jako składniki supernatantu komórek apoptotycznych. Badania wykazały, że kontrolowane uwalnianie nukleotydów ATP i UTP z komórek w początkowej fazie apoptozy może potencjalnie przyciągać monocyty in vivo i in vitro. Zaobserwowano to w komórkach Jurkat (tymocytach pierwotnych), komórkach MCF-7 i komórkach nabłonka płuc. Uwalnianie zależy od aktywności kaspazy.

Mniej niż 2% ATP uwolnionego z początkowych stadiów śmierci komórki jest uwalniane, gdy błona plazmatyczna umierającej komórki jest nadal nienaruszona. Uwolniony ATP preferencyjnie przyciąga fagocyty poprzez chemotaksję , a nie przypadkową migrację poprzez chemokinezę .

Receptory na monocytach, które są w stanie wyczuć uwalnianie nukleotydów, należą do rodziny receptorów nukleotydowych P2Y. Wykazano, że monocytowy P2Y2 jest zdolny do rozpoznawania nukleotydów in vitro i u genetycznie zmodyfikowanych myszy.

Nukleotydy są często degradowane przez trifosfatazy nukleotydów ( NTPazy ), gdy znajdują się w przestrzeni pozakomórkowej. Tylko niewielka ilość ATP jest uwalniana podczas sygnalizacji znajdź mnie, więc nie jest jasne, w jaki sposób nukleotyd unika degradacji przez NTPazy w celu ustalenia gradientu używanego do usuwania sygnału przez monocyty. NTPazy mogą służyć jako regulatory w różnych tkankach w celu kontrolowania, jak daleko może dotrzeć sygnał nukleotydowy.

Szlak sygnałowy w monocytach poniżej aktywacji receptora P2Y jest nadal nieznany.

Inni

Rybosomalne białko S19 zostało zasugerowane jako możliwy sygnał znajdź mnie. Apoptoza powoduje dimeryzację S19, indukując zmianę konformacji, która umożliwia jej wiązanie się z receptorem C5a na monocytach. Badania sugerują, że S19 jest uwalniany podczas późnych i końcowych etapów apoptozy.

Wykazano również, że EMAPII, fragment syntetazy tyrozylo-tRNA, przyciąga monocyty. Ta cząsteczka ma właściwości zapalne, co oznacza, że ​​jest zdolna do przyciągania i aktywacji neutrofili .

W apoptozie

ludzie

Ludzie każdego dnia wymieniają miliardy komórek w ramach normalnych procesów zachodzących w organizmie, co odpowiada wymianie około 1 miliona komórek na sekundę. Ostatecznym celem wewnętrznych mechanizmów śmierci komórek organizmu jest skuteczne i bezobjawowe usuwanie umierających komórek. Istnieje wiele powodów, dla których organizm musi pozbyć się komórek zdrowych i chorych.

W ramach naturalnego procesu podziału komórki nadmiar komórek może powstawać podczas normalnego wzrostu, rozwoju lub naprawy tkanek po chorobie lub urazie. Tylko ułamek tych nowych komórek pozostanie i dojrzeje, podczas gdy reszta umrze i zostanie usunięta przez układ odpornościowy organizmu.

Komórki mogą również wymagać usunięcia, ponieważ są zbyt stare lub ulegają uszkodzeniu w nadgodzinach. Uszkodzenie komórek może wystąpić w wyniku czynników środowiskowych, takich jak zanieczyszczenie powietrza, promieniowanie UV ze słońca lub uraz fizyczny.

W większości przypadków umierające komórki są rozpoznawane przez fagocyty za pomocą sygnałów „znajdź mnie” i usuwane. Szybkie i skuteczne usuwanie komórek apoptotycznych ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania wtórnej martwicy umierających komórek i unikania autoantygenów wywołujących odpowiedzi immunologiczne. Sygnały „znajdź mnie” ostrzegają fagocyty o obecności komórek apoptotycznych, gdy znajdują się one w początkowych stanach umierania. Fagocyty są w stanie wykorzystać sygnały „znajdź mnie”, aby zlokalizować umierającą komórkę.

Sygnały „znajdź mnie” tworzą gradient w tkance, w której się znajdują, aby przyciągnąć fagocyty do ich lokalizacji. Fagocyty migrują do umierającej komórki za pomocą swoich receptorów odpowiadających na sygnały „znajdź mnie”, inicjując wewnątrz nich ścieżkę sygnalizacyjną, powodując ich przemieszczanie się w pobliże komórki emitującej te sygnały.

Brak usunięcia umierających komórek

Jeśli układ odpornościowy organizmu, a dokładniej fagocyty, nie usuwają umierających komórek w ciele, wykazano, że występują objawy, takie jak przewlekłe zapalenie, zaburzenia autoimmunologiczne i nieprawidłowości rozwojowe. Dopóki proces pochłaniania przebiega sprawnie i sprawnie, niewyczyszczone komórki apoptotyczne pozostają niezauważone w organizmie i nie powodują żadnych długotrwałych objawów. Jeśli proces ten zostanie w jakikolwiek sposób zakłócony, może dojść do gromadzenia się wtórnych komórek martwiczych w tkankach organizmu. Jest to związane z zaburzeniami autoimmunologicznymi, w których układ odpornościowy atakuje własne antygeny na nieoczyszczonych komórkach.

Jak można przerwać proces usuwania komórek

1. Geny kontrolujące proces pochłaniania są zmutowane lub uszkodzone.
2. Leki lub inne środki farmaceutyczne, które hamują proces pochłaniania.
3. Nagromadzenie nieoczyszczonych martwych komórek, uniemożliwiające skuteczne usunięcie nowej umierającej komórki.

Rola fagocytów

Fagocyty są w stanie wyczuć sygnały „znajdź mnie” prezentowane przez komórkę apoptotyczną podczas początkowych etapów śmierci komórki. Wyczuwają gradient sygnału „znajdź mnie” i migrują w pobliże komórki sygnalizacyjnej. Wykorzystując przedstawiony sygnał znajdź mnie wraz z sygnałem „zjedz mnie”, również eksponowanym przez komórkę apoptotyczną, fagocyt jest w stanie rozpoznać umierającą komórkę i pochłonąć ją.

Fagocyty przyczyniają się do „końcowych etapów” śmierci komórki przez apoptozę. Często znajdują się już w pobliżu umierającej komórki i nie muszą podróżować daleko, aby ją pochłonąć i oczyścić. Jednak w większości systemów ssaków tak nie jest. w ludzkiej grasicy umierający tymocyt prawdopodobnie zostanie pochłonięty przez zdrowy sąsiedni tymocyt, a makrofag lub komórka dendrytyczna , która znajduje się w grasicy, prawdopodobnie przeprowadzi oczyszczanie zwłok. W takim przypadku umierająca komórka musi być w stanie wysłać coś w rodzaju reklamy, aby zadeklarować swój stan śmierci, aby rekrutować fagocyty do swojej lokalizacji. Komórki fagocytarne wykorzystują do tego rozpuszczalne sygnały „znajdź mnie”, uwalniane przez sygnały apoptotyczne. Fagocyty wykrywają gradient ustanowiony przez sygnały „znajdź mnie” prezentowane przez umierającą komórkę, aby nawigować do ich lokalizacji.

Pochłonięcie i usuwanie komórek apoptotycznych przez fagocyty

Etapy pochłaniania i usuwania komórek apoptotycznych przez fagocyty:

1. Fagocyty muszą znajdować się w pobliżu komórek prezentujących sygnały „znajdź mnie”. Fagocyty wykorzystują sygnały „znajdź mnie”, aby zlokalizować te komórki i przenieść się do ich lokalizacji.
2. Fagocyty oddziałują z umierającymi komórkami poprzez prezentację sygnałów „zjedz mnie” poprzez specyficzne receptory sygnału „zjedz mnie” na komórce fagocytarnej.
3. Fagocyt pochłonie komórkę prezentującą sygnał zjedz mnie poprzez indukowaną sygnalizację receptorów pochłaniania i reorganizację cytoszkieletu komórki fagocytarnej.
4. Składniki umierającej komórki są przetwarzane przez fagocyty w ich lizosomach.

Jak uwalniane są sygnały Find-Me

Główną funkcją sygnału subtelnego me jest uwolnienie, gdy komórka przechodząca apoptozę jest nadal nienaruszona, aby przyciągnąć fagocyty, aby przyszły i oczyściły umierającą komórkę, zanim może wystąpić wtórna martwica. Sugeruje to, że inicjacja apoptozy może być połączona z uwolnieniem sygnałów „znajdź mnie” z umierających komórek.

Na razie nie wiadomo, w jaki sposób LPC jest uwalniane z komórek apoptotycznych.

Generowanie S1P obejmowało zależne od kaspazy-1 uwalnianie fragmentów kinazy sfingozyny 2 (SphK2).

Uwalnianie CX3CL1 odbywa się za pośrednictwem uwalniania fragmentu mikrocząstki fraktalkiny o masie 60 kDa z początkowych etapów apoptozy komórek chłoniaka Burkitta.

Uwalnianie nukleotydów jest jednym z lepiej zdefiniowanych mechanizmów uwalniania sygnału znajdź mnie. Są uwalniane przez pannexin znany jako PANX1 . PANX1 to białko transbłonowe z czterema przejściami , które tworzy duże pory w błonie komórkowej komórki, umożliwiając przejście cząsteczkom o wielkości do 1 kDa. Nukleotydy są wykrywane przez P2Y2 na monocytach, co powoduje ich migrację do lokalizacji komórki apoptotycznej.

Nieapoptotyczne role sygnałów „Znajdź mnie”.

Sygnały „Znajdź mnie” mogą również odgrywać rolę w aktywności fagocytarnej komórki znajdującej się w bezpośrednim sąsiedztwie komórek ulegających apoptozie. Zjawisko to pozwala sąsiednim komórkom sąsiadującym z komórką apoptotyczną wysyłającą sygnał znajdź mnie, aby zostały pochłonięte bez przechodzenia przez problem z uwolnieniem własnych sygnałów znajdź mnie.

Sygnały „Znajdź mnie” mogą prawdopodobnie odgrywać rolę w pobudzaniu fagocytów w celu zwiększenia ich zdolności fagocytarnych . Ponadto mogą również zwiększać produkcję niektórych cząsteczek mostkujących tworzonych przez makrofagi.

Zobacz też

• Sygnały „zjedz mnie”.