Zwężenie wierzchołkowe

Dwa etapy zwężania wierzchołkowych powierzchni (kolor niebieski) pary komórek w C. elegans .

Zwężenie wierzchołkowe to proces, w którym skurcz wierzchołkowej strony komórki powoduje, że komórka przybiera klinowaty kształt. Ogólnie rzecz biorąc, ta zmiana kształtu jest koordynowana w wielu komórkach warstwy nabłonkowej , generując siły, które mogą zginać lub fałdować arkusz komórek.

Rola morfogenetyczna

Zwężenie wierzchołkowej strony komórek w warstwie nabłonkowej generuje wystarczającą siłę do zainicjowania wgłobienia. W gastrulacji komórki zwężające się wierzchołkowo są znane jako komórki butelkowe. Kształt butelki powstaje, gdy zwężenie wierzchołkowej strony komórki ściska cytoplazmę, rozszerzając w ten sposób stronę podstawową.

Zwężenie wierzchołka odgrywa kluczową rolę w ważnych zdarzeniach morfogenetycznych zarówno u bezkręgowców , jak i kręgowców . Jest to zazwyczaj pierwszy krok w każdym procesie wgłobienia i jest również ważny w fałdowaniu tkanek w określonych punktach zawiasowych.

Podczas gastrulacji zarówno u bezkręgowców, jak i kręgowców, wierzchołkowe zwężenie pierścienia komórek prowadzi do powstania blastoporów . Komórki te są znane jako komórki butelkowe ze względu na ich ostateczny kształt. Ponieważ wszystkie komórki zwężają się po stronie wierzchołkowej, warstwa nabłonkowa wygina się wypukle po podstawnej .

U kręgowców zwężenie wierzchołkowe odgrywa rolę w szeregu innych procesów morfogenetycznych, takich jak neurulacja , tworzenie łożyska i prymitywne tworzenie smug.

Mechanizm

Mechanizmy zwężania wierzchołka (czerwony: nitkowata aktyna. Pomarańczowy: miozyna).

Zwężenie wierzchołkowe występuje głównie w wyniku skurczu elementów cytoszkieletu . Specyficzny mechanizm zależy od gatunku, typu komórki i ruchu morfogenetycznego. Zbadane organizmy modelowe to żaba Xenopus i mucha Drosophila .

Xenopus

Podczas gastrulacji Xenopus komórki butelkowe znajdują się w grzbietowej strefie brzeżnej i wierzchołkowo zwężają się do wewnątrz, aby zainicjować inwolucję blastoporu. W tych komórkach zwężenie wierzchołkowe występuje, gdy kurczliwość aktomiozyny fałduje błonę komórkową , zmniejszając powierzchnię wierzchołkową. Endocytoza błony po stronie wierzchołkowej dodatkowo zmniejsza pole powierzchni. Uważa się również, że ważny jest aktywny ruch tych endocytozowanych pęcherzyków wzdłuż ścieżek mikrotubul , ponieważ depolimeryzacja (ale nie stabilizacja) mikrotubul zmniejsza stopień zwężenia wierzchołka.

Chociaż zawsze obserwuje się zwężenie wierzchołka, nie jest ono konieczne do gastrulacji, co wskazuje, że równolegle działają inne siły morfogenetyczne. Badacze wykazali, że usunięcie komórek butelkowych nie hamuje gastrulacji, a po prostu czyni ją mniej wydajną. Usunięcie komórek butelkowych powoduje jednak zdeformowanie zarodków.

Zwężenie wierzchołkowe komórek w punktach zawiasowych fałdów nerwowych generuje siły, które uczestniczą w zamykaniu cewy nerwowej .

cewy nerwowej w Xenopus wierzchołkowo zwężają się podczas początkowego wgłębienia, jak również podczas fałdowania punktu zawiasowego. Tutaj mechanizm zależy od białka Shroom3 , które jest wystarczające do wywołania zwężenia wierzchołka. Ponieważ Shroom3 jest białkiem wiążącym aktynę i gromadzi się po stronie wierzchołkowej, najbardziej prawdopodobnym mechanizmem jest to, że Shroom3 agreguje siatkę aktynową , generując siłę ściskającą. Wykazano, że ektopowy Shroom3 jest wystarczający do wywołania zwężenia wierzchołkowego, ale tylko w komórkach o biegunowości szczytowo-podstawnej.

Drosophila

Molekularny obraz zwężenia wierzchołka jest najbardziej kompletny w przypadku Drosophila . Podczas gastrulacji Drosophila zwężenie wierzchołkowe komórek linii środkowej inicjuje wgłobienie w celu utworzenia bruzdy brzusznej. Podobnie jak w przypadku Xenopus , kurczliwość aktomiozyny odgrywa główną rolę w zwężaniu wierzchołkowej strony komórki. Komórki zwężające mają siatkę aktynową bezpośrednio pod błoną wierzchołkową, a także obwodowe pasy aktynowe wyściełające połączenia przylegające między komórkami. Uważa się, że pulsacyjne skurcze siatki aktyny są przede wszystkim odpowiedzialne za zmniejszenie powierzchni wierzchołkowej.

U Drosophila naukowcy wskazali również cząsteczki odpowiedzialne za koordynację zwężenia wierzchołka w czasie. Białkowa gastrulacja fałdowa (mgła), wydzielane białko i Concertina , białko G alfa , należą do tego samego szlaku, który zapewnia inicjację zwężenia wierzchołkowego we właściwych komórkach we właściwym czasie. Białko transbłonowe T48 jest częścią nadmiarowej ścieżki, która jest również potrzebna do koordynacji zwężenia wierzchołka. Obie ścieżki muszą zostać przerwane, aby całkowicie zablokować tworzenie się bruzdy brzusznej. Oba szlaki regulują również lokalizację RhoGEF2, członka rodziny GTPaz Rho, o których wiadomo, że regulują dynamikę aktyny.

Linki zewnętrzne