Механизм Fusion - Википедия - Fusion mechanism

А термоядерный механизм это любой механизм, с помощью которого слияние клеток или происходит слияние вируса и клетки, а также механизмы, которые облегчают эти процессы. Слияние клеток - это образование гибридной клетки из двух отдельных клеток.[1][2] Есть три основных действия, предпринимаемых как при слиянии вируса с клеткой, так и при слиянии клетки с клеткой: дегидратация полярных головных групп, стимулирование гемифузионного стебля, а также открытие и расширение пор между сливающимися клетками.[3] Слияние вируса с клеткой происходит во время заражения несколькими вирусами, которые сегодня вызывают беспокойство по поводу здоровья. Некоторые из них включают ВИЧ, Эбола, и грипп.[4] Например, ВИЧ заражается путем слияния с мембраны из клетки иммунной системы. Чтобы ВИЧ слился с клеткой, он должен быть способен связываться с рецепторами. CD4, CCR5, и CXCR4. Слияние клеток также происходит во множестве клеток млекопитающих, включая гаметы и миобласты.[5]

Вирусные механизмы

Фузогены

Белки, которые позволяют вирусным или клеточным мембранам преодолевать барьеры для слияния, называются фузогены. Фузогены, участвующие в механизмах слияния вируса с клеткой, были первыми из этих белков, которые были обнаружены.[6] Белки слияния вирусов необходимы для слияния мембран. Есть свидетельства того, что предковые виды млекопитающих могли включить эти же белки в свои собственные клетки в результате инфекции. По этой причине сходные механизмы и механизмы используются при слиянии клеток.[7]

В ответ на определенные стимулы, такие как низкий pH или связывание с клеточными рецепторами, эти фузогены изменят конформацию. Изменение конформации позволяет обнажить гидрофобные области фузогенов, которые обычно скрыты внутри из-за энергетически неблагоприятных взаимодействий с фузогенами. цитозоль или же внеклеточной жидкости. Эти гидрофобные области известны как слитые пептиды или слитые петли, и они ответственны за локализованную нестабильность и слияние мембран. Ученые обнаружили, что следующие четыре класса фузогенов участвуют в слияниях вирус-клетка или клетка-клетка.[4]

Фузогены I класса

Эти фузогены являются тример, то есть они сделаны из трех подразделения. Их петли слияния скрыты внутри на стыках мономеров до того, как произойдет слияние. По завершении слияния они снова складываются в тримерную структуру, отличную от той, которая была у них до слияния. Эти фузогены характеризуются группой из шести α-спирали в их структуре пост-слияния. Этот класс фузогенов содержит некоторые белки, используемые грипп, ВИЧ, коронавирусы, и Эбола во время заражения. К этому классу фузогенов также относятся: синцитины, которые используются в слияниях клеток млекопитающих.[4][8]

Фузогены II класса

В отличие от фузогенов класса I, фузогены класса II содержат несколько β-гофрированные листы. Эти белки также являются тримерными и участвуют во встраивании петель слияния в мембрану-мишень. Изменения их внешнего вида являются результатом воздействия кислой среды.[4]

Фузогены III класса

Фузогены класса III участвуют в слияниях вирус-клетка. Как и фузогены двух предыдущих классов, эти белки являются тримерными. Однако они содержат как α-спирали, так и β-складки. Во время слияния клеток мономеры этих белков будут диссоциировать, но после завершения слияния вернутся к другой тримерной структуре. Они также участвуют во внедрении петель слияния в мембрану.[4]

Фузогены IV класса

Эти реовирусный межклеточные фузогены содержат петли слияния, которые могут индуцировать слияние клеток. Они образуют полимерные структуры, вызывающие слияние мембран. Реовирусы сами по себе не имеют мембран, поэтому фузогены класса IV обычно не участвуют в традиционном слиянии вирус-клетка. Однако, когда они экспрессируются на поверхности клеток, они могут индуцировать слияние клеток.[4]

Механизм класса I – III

Фузогены I – III классов имеют много структурных отличий. Однако метод, который они используют для индукции слияния мембран, механически похож. При активации все эти фузогены образуют удлиненные тримерные структуры и зарывают свои слитые пептиды в мембрану клетки-мишени. Они закреплены в вирусной мембране за счет гидрофобных трансмембранных участков. Затем эти фузогены складываются сами по себе, образуя структуру, напоминающую шпильку.[4] Это сворачивающее действие сближает трансмембранную область и петлю слияния. Следовательно, вирусная мембрана и мембрана клетки-мишени также сближаются.[6] По мере сближения мембран происходит их обезвоживание, что позволяет мембранам контактировать.[3] Взаимодействие между гидрофобными аминокислотными остатками и соседними мембранами вызывает дестабилизацию мембран. Это позволяет фосфолипиды во внешнем слое каждой мембраны взаимодействовать друг с другом. Наружные створки двух мембран образуют ножку гемифузии, чтобы минимизировать энергетически неблагоприятные взаимодействия между гидрофобными фосфолипидными хвостами и окружающей средой. Этот стебель расширяется, позволяя внутренним листочкам каждой мембраны взаимодействовать. Эти внутренние листочки затем сливаются, образуя поры слияния. В этот момент цитоплазматические компоненты клетки и вируса начинают смешиваться. Когда поры слияния расширяются, слияние вируса и клетки завершается.[6]

Механизмы слияния клеток млекопитающих

Хотя существует много различий в различных слияниях между клетками млекопитающих, существует пять стадий, которые происходят в большинстве этих событий слияния: «программирование статуса компетентности слияния, хемотаксис, мембранная адгезия, слияние мембран и восстановление после слияния ».[5]

Программирование статуса компетенции слияния

Этот первый шаг, также известный как прайминг, включает в себя необходимые события, которые должны произойти для того, чтобы клетки приобрели способность слиться. Чтобы клетка стала компетентной к слиянию, она должна манипулировать составом своей мембраны, чтобы облегчить слияние мембран. Он также должен создавать необходимые белки для слияния. Наконец, он должен устранить препятствия для слияния. Например, ячейка может освободиться от внеклеточный матрикс чтобы позволить клетке больше подвижности, чтобы облегчить слияние.[5]

Моноциты, макрофаги и остеокласты

Моноциты и макрофаги может стать компетентным в отношении синтеза в ответ на цитокины, которые представляют собой белковые сигнальные молекулы. Немного интерлейкины побуждают моноциты и макрофаги сливаться с образованием гигантские клетки инородного тела как часть иммунного ответа организма. Например, интерлейкин-4 может способствовать активации фактора транскрипции. STAT6 путем фосфорилирования. Затем это может вызвать экспрессию матричной металлопротеиназы 9 (MMP9 ).[5] MMP9 может расщеплять белки внеклеточного матрикса, что способствует примированию макрофагов для слияния.[7]

Остеокласты представляют собой многоядерные клетки, резорбирующие кость. Они образуются путем слияния дифференцированных моноцитов, очень похожих на гигантские клетки инородного тела. Однако молекулы, которые вызывают способность к слиянию макрофагов, которым суждено стать остеокластами, отличаются от тех, которые способствуют образованию гигантских клеток инородного тела. Например, фактор транскрипции NFATC1 регулирует гены, специфичные для дифференцировки остеокластов.[5]

Гаплоидные клетки

Зигота Формирование является решающим шагом в половом размножении, и оно зависит от слияния сперматозоидов и яйцеклеток. Следовательно, эти клетки должны быть примированы, чтобы обрести способность к слиянию. Фосфатидилсерин представляет собой фосфолипид, который обычно находится на внутреннем слое клеточной мембраны. После праймирования сперматозоидов фосфатидилсерин можно найти на наружном листке мембраны. Считается, что это помогает стабилизировать мембрану на головке сперматозоида и может играть роль в том, чтобы позволить сперматозоиду войти в zona pellucida покрывающий яйцеклетки. Это необычное расположение фосфатидилсерина является примером перестройки мембраны во время прайминга для слияния клеток.[5]

Хемотаксис

Хемотаксис - это процесс рекрутирования в ответ на присутствие определенных сигнальных молекул. Клетки, которым суждено сливаться, притягиваются друг к другу посредством хемотаксиса. Например, сперматозоиды притягиваются к яйцеклетке посредством передачи сигналов прогестероном.[5] Точно так же в мышечной ткани миобласты могут быть задействованы для слияния с помощью IL-4.[7]

Мембранная адгезия

Прежде чем ячейки смогут слиться, они должны войти в контакт друг с другом. Это может быть достигнуто за счет распознавания и прикрепления клеток клеточными механизмами.[5] Синцитин-1 представляет собой фузоген класса I, участвующий в слиянии клеток с образованием остеокластов у человека.[9] Во время ранних действий фузогенов класса I при слиянии клеток они вставляют свои петли слияния в мембрану-мишень. Следовательно, действие синцитина-1 является примером мембранной адгезии, поскольку он связывает две клетки вместе, чтобы подготовить их к слиянию.[6] Этот этап также включает обезвоживание мембран в месте слияния. Это необходимо для преодоления потребности в энергии, необходимой для слияния, и для обеспечения того, чтобы мембраны находились в непосредственной близости от слияния.[3]

Мембранный синтез

Слияние мембран характеризуется образованием поры слияния, что позволяет смешивать внутреннее содержимое обеих ячеек.[5] Сначала это достигается путем смешивания липидов наружных слоев сливающихся мембран, в результате чего образуется стебель гемифузии.[6] Затем внутренние листочки могут взаимодействовать и сливаться, создавая открытый разрыв, где мембраны сливаются. Этот промежуток и есть поры слияния. Этот процесс опосредуется фузогенами.[5] Фузогены высоко консервативны у млекопитающих, и предполагается, что млекопитающие усвоили их после заражения ретровирусами.[7] Поскольку они являются высококонсервативными, они выполняют свою задачу посредством механизма, аналогичного тому, который используется вирусными фузогенами, как описано ранее.[6] Предполагается, что полимеризация актина и другие действия цитоскелета могут способствовать расширению поры слияния до полного слияния.[5]

Сброс после сварки

По завершении слияния механизмы, используемые для слияния, должны быть разобраны или изменены, чтобы избежать слияния новой многоядерной клетки с большим количеством клеток.[5] Одним из примеров этого является окончательная тримерная структура, принятая фузогенами I, II и III классов. Каждый из них принимает структуру, которая заметно отличается от их формы до слияния.[4] Это, вероятно, изменяет их активность, не позволяя им инициировать новое слияние.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ [1] В архиве 6 апреля 2006 г. Wayback Machine
  2. ^ Глоссарий биотехнологии и генной инженерии. Fao.org. Проверено 4 мая 2011.
  3. ^ а б c Эрнандес, Хавьер М .; Подбилевич, Бенджамин (2017-12-15). «Признаки слияния клеток». Разработка. 144 (24): 4481–4495. Дои:10.1242 / dev.155523. ISSN  0950-1991. PMID  29254991.
  4. ^ а б c d е ж грамм час Подбилевич, Бенджамин (11.10.2014). «Вирусы и механизмы слияния клеток». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития. 30 (1): 111–139. Дои:10.1146 / annurev-cellbio-101512-122422. ISSN  1081-0706. PMID  25000995. S2CID  3394179.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Слияние клеток в здоровье и болезни. Я, Слияние клеток в здоровье. Диттмар, Томас., Зенкер, Курт С. Дордрехт: Springer. 2011. С. 34–52. ISBN  9789400707634. OCLC  719363218.CS1 maint: другие (связь)
  6. ^ а б c d е ж Сегев, Надав; Авиноам, Ори; Подбилевич, Бенджамин (23 апреля 2018 г.). «Краткое руководство Fusogens». Текущая биология. 28 (8): R378 – R380. Дои:10.1016 / j.cub.2018.01.024. PMID  29689218 - через Elsevier Science Direct.
  7. ^ а б c d Слияние клеток: регуляция и контроль. Ларссон, Ларс-Инге. Дордрехт: Springer Science + Business Media B.V., 2011. стр.10 –11, 240. ISBN  9789048197729. OCLC  694733891.CS1 maint: другие (связь)
  8. ^ Walls, Alexandra C .; Торторичи, М. Алехандра; Босх, Беренд-Ян; Френц, Брэндон; Rottier, Peter J. M .; ДиМайо, Франк; Rey, Félix A .; Вислер, Дэвид (8 февраля 2016 г.). «Криоэлектронная микроскопия структуры тримера гликопротеина шипа коронавируса». Природа. 531 (7592): 114–117. Bibcode:2016 Натур.531..114Вт. Дои:10.1038 / природа16988. ЧВК  5018210. PMID  26855426.
  9. ^ Этирадж, Пурушот; Link, Джессика Р .; Sinkway, Джеймс М .; Браун, Габриэлла Д .; Парлер, Уильям А .; Редди, Сакамури В. (25 марта 2018 г.). «Модуляция экспрессии синцитина-A в условиях микрогравитации усиливает образование остеокластов». Журнал клеточной биохимии. 119 (7): 5696–5703. Дои:10.1002 / jcb.26750. ISSN  0730-2312. PMID  29388695.