Гипотеза дифференциальной адгезии - Differential adhesion hypothesis

Гипотеза дифференциальной адгезии (DAH) это гипотеза это объясняет движение клеток во время морфогенез с термодинамическими принципами. В DAH ткани рассматриваются как жидкости, состоящие из подвижных клеток, разная степень поверхностной адгезии которых заставляет их спонтанно реорганизовываться, чтобы минимизировать их межфазные границы. свободная энергия.[1] Другими словами, согласно DAH, клетки перемещаются, чтобы быть рядом с другими клетками с аналогичной силой сцепления, чтобы максимизировать прочность связи между клетками и создать более термодинамически стабильную структуру.[2] Таким образом, движение клеток во время формирования ткани, согласно DAH, пародирует поведение смеси жидкостей.[3] Хотя первоначально он был мотивирован проблемой понимания поведения сортировки клеток у эмбрионов позвоночных, DAH впоследствии был применен для объяснения некоторых других морфогенных явлений.[4]

Фон

Истоки DAH можно проследить до исследования 1955 г. Филип Л. Таунс и Йоханнес Хольтфретер.[4] В этом исследовании Таунс и Хольтфретер поместили три ростковые отростки амфибии в щелочной раствор, позволяя им диссоциировать на отдельные клетки, и смешивать эти разные типы клеток вместе. Клетки разных видов использовались, чтобы иметь возможность визуально наблюдать за их движениями. Клетки сходных типов мигрировали в свои правильные места и повторно собрались, чтобы сформировать зародышевые листы в их правильных для развития положениях. Этот эксперимент продемонстрировал, что организация ткани может происходить независимо от выбранного пути, подразумевая, что она опосредуется силами, которые постоянно присутствуют, и не возникает исключительно из хронологической последовательности предшествующих ему событий развития.[3]

На основе этих результатов Хольтфретер разработал свою концепцию селективное сродство, и предположили, что своевременные изменения селективного сродства клеток друг к другу на протяжении развития управляют морфогенезом.[3] Для объяснения этих результатов было предложено несколько гипотез, включая «гипотезу времени» и «гипотезу дифференциального сжатия поверхности».[3] В 1964 г. Малькольм Стейнберг представил «гипотезу дифференциальной адгезии», которая использует термодинамические принципы для описания и объяснения наблюдаемых закономерностей сортировки и расположения клеток.[4]

Обзор

Согласно DAH, клеточное движение и ассортимент регулируется спонтанной перестройкой клеток - во многом так же, как жидкость - до более термодинамически стабильного равновесия. Это достигается за счет максимального увеличения количества энергии, которая используется для связывания ячеек вместе, что снижает доступную свободную энергию в системе. Поскольку ячейки с одинаковой прочностью поверхностной адгезии связываются друг с другом, энергия связи во всей системе увеличивается, а свободная межфазная энергия уменьшается, что делает систему более термодинамически стабильной. Жидкости ведут себя аналогичным образом, но молекулы движутся из-за кинетическая энергия вместо подвижных клеток, перемещающихся из-за комбинации их кинетики и активного движения.[4]

Это позволяет привести примеры расположения тканей в соответствие с поведением жидкостей, например, растекание одной ткани по другой соответствует растеканию масла по воде; масло распространяется по воде, чтобы минимизировать слабые взаимодействия масло-вода и максимизировать более сильные взаимодействия вода-вода и масло-масло, клетки аналогичным образом сортируются, чтобы быть рядом с другими ячейками с аналогичной силой сцепления и связываться с ними.[3] Другие тканевые взаимодействия, которые DAH предлагает объяснение, включают иерархию тканей, где ткани с более слабой поверхностной адгезией окружают ткани с более сильной поверхностной адгезией, округление нерегулярных клеточных масс, чтобы стать сферическими, а также сортировку клеток и построение анатомических структур, которое происходит независимо от пройденный путь.[3]

DAH не полагается на качественные различия в адгезии клеток, а только на количественные различия в силе их поверхностной адгезии.[5] DAH был подтвержден экспериментально и с помощью вычислительных моделей.[4]

Приложения

С момента своего первоначального определения в контексте эмбриогенеза позвоночных, DAH использовался для объяснения нескольких других морфогенных явлений, включая лечение раны, и эпителиально-мезенхимальный переход в прогрессировании рака и метастаз.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Foty, Ramsey A .; Стейнберг, Малкольм С. (1 февраля 2005 г.). «Гипотеза дифференциальной адгезии: прямая оценка». Биология развития. 278 (1): 255–263. Дои:10.1016 / j.ydbio.2004.11.012. PMID  15649477.
  2. ^ Дюгуай, герцог; Foty, Ramsey A .; Стейнберг, Малькольм С. (15 января 2003 г.). «Кадгерин-опосредованная адгезия клеток и сегрегация тканей: качественные и количественные детерминанты». Биология развития. 253 (2): 309–323. Дои:10.1016 / S0012-1606 (02) 00016-7. PMID  12645933.
  3. ^ а б c d е ж Стейнберг, Малькольм С. (15 декабря 1996 г.). «Адгезия в развитии: исторический обзор». Биология развития. 180 (2): 377–388. Дои:10.1006 / dbio.1996.0312. PMID  8954711.
  4. ^ а б c d е ж Стейнберг, Малькольм С. (август 2007 г.). «Дифференциальная адгезия в морфогенезе: современный взгляд». Текущее мнение в области генетики и развития. 17 (4): 281–286. Дои:10.1016 / j.gde.2007.05.002. PMID  17624758.
  5. ^ Форгач, Габор; Foty, Ramsey A .; Шафрир, Йинон; Стейнберг, Малькольм С. (май 1998 г.). «Вязкоупругие свойства живых эмбриональных тканей: количественное исследование». Биофизический журнал. 74 (5): 2227–2234. Bibcode:1998BpJ .... 74.2227F. Дои:10.1016 / S0006-3495 (98) 77932-9. ЧВК  1299566. PMID  9591650.