Polarita epitelu - Epithelial polarity

Polarita buněk je základním rysem mnoha typů buněk . Epiteliální buňky jsou jedním příkladem polarizovaného buněčného typu, který obsahuje odlišné „apikální“, „boční“ a „bazální“ domény plazmatické membrány . Epiteliální buňky se navzájem spojují prostřednictvím svých postranních membrán a vytvářejí epiteliální vrstvy, které lemují dutiny a povrchy v celém těle zvířete. Každá doména plazmatické membrány má odlišné složení bílkovin, což jim dává odlišné vlastnosti a umožňuje směrový transport molekul přes epiteliální vrstvu. Jak epiteliální buňky generují a udržují polaritu, zůstává nejasné, ale bylo zjištěno, že některé molekuly hrají klíčovou roli.

Na apikální membráně je umístěna celá řada molekul, ale pouze několik klíčových molekul působí jako determinanty, které jsou vyžadovány k udržení identity apikální membrány, a tedy epiteliální polarity. Tyto molekuly jsou proteiny Cdc42 , atypická protein kináza C (aPKC), Par6 , Par3 / Bazooka / ASIP. Drobky, „hvězdný prach“ a bílkoviny v těsných spojích (PATJ). Zdá se, že tyto molekuly tvoří dva odlišné komplexy: komplex aPKC-Par3-Par6 "aPKC" (nebo "Par"), který také interaguje s Cdc42; a komplex „Drobky“ Crumbs-Stardust-PATJ. Z těchto dvou komplexů je komplex aPKC nejdůležitější pro polaritu epitelu, je vyžadován, i když komplex Drobků není. Drobky jsou jediným transmembránovým proteinem v tomto seznamu a komplex Drobků slouží jako apikální narážka k udržení apikálního komplexu aPKC během komplexních změn buněčného tvaru.

Basolaterální membrány

V kontextu fyziologie renálních tubulů se termín bazolaterální membrána nebo serosální membrána vztahuje na buněčnou membránu, která je orientována směrem od lumenu tubulu, zatímco termín luminální membrána nebo apikální membrána odkazuje na buněčnou membránu, která je orientována směrem k lumenu . Hlavní funkcí této bazolaterální membrány je přijímat metabolické odpadní produkty do epiteliální buňky a ukládat je do lumen, kde je transportován z těla ve formě moči . Sekundární úlohou bazolaterální membrány je umožnit recyklaci požadovaných substrátů, jako je glukóza , které byly zachráněny z lumen tubulu, který má být sekretován do intersticiálních tekutin .

Bazální a boční membrány sdílejí společné determinanty, proteiny Lethal Giant Larvae (Lgl), Discs Large (Dlg) a Scribble (Scrib). Všechny tyto tři proteiny se lokalizují do bazolaterální domény a jsou nezbytné pro bazolaterální identitu a pro polaritu epitelu.

Mechanismy polarity

Jak polarita epiteliálních buněk stále není zcela objasněna. Pro zachování polarity byly navrženy některé klíčové principy, ale mechanismy, které stojí za těmito principy, je třeba ještě objevit.

Prvním principem je pozitivní zpětná vazba . V počítačových modelech může molekula, která může být buď asociovaná s membránou, nebo cytoplazmatická, polarizovat, když její asociace s membránou podléhá pozitivní zpětné vazbě: k lokalizaci membrány dochází nejsilněji tam, kde je molekula již vysoce koncentrovaná. U kvasinek Saccharomyces cerevisiae existují genetické důkazy o tom, že Cdc42 podléhá pozitivní zpětné vazbě tohoto druhu a může se spontánně polarizovat, i když chybí vnější signál. U ovocné mušky Drosophila melanogaster je Cdc42 získáván komplexem aPKC a poté podporuje apikální lokalizaci komplexu aPKC v pravděpodobné smyčce pozitivní zpětné vazby. V nepřítomnosti Cdc42 nebo komplexu aPKC tedy nelze na apikální membráně udržovat apikální determinanty a následně dochází ke ztrátě apikální identity a polarity.

Druhým principem je segregace determinantů polarity. Ostré rozlišení mezi apikální a bazo-laterální doménou je udržováno aktivním mechanismem, který zabraňuje smíchání. Povaha tohoto mechanismu není známa, ale jasně závisí na determinantech polarity. Při absenci aPKC komplexu se bazo-laterální determinanty rozšířily do dřívější apikální domény. Naopak, při absenci kteréhokoli z Lgl, Dlg nebo Scrib se apikální determinanty rozšířily do dřívější bazo-laterální domény. Tyto dva determinanty se tedy chovají, jako by na sebe vzájemně odporovaly.

Třetím principem je řízená exocytóza . Apikální membránové proteiny jsou přenášeny z Golgiho na apikální, spíše než bazo-laterální membránu, protože apikální determinanty slouží k identifikaci správného cíle pro dodání vezikul . Související mechanismus pravděpodobně bude fungovat pro bazo-laterální membrány.

Čtvrtým principem je modifikace lipidů. Složka lipidové dvojvrstvy, fosfatidyl inositolfosfát (PIP), může být fosforylován za vzniku PIP 2 a PIP 3 . V některých epiteliálních buňkách je PIP 2 apikálně lokalizován, zatímco PIP 3 je bazolaterálně lokalizován. V alespoň jedné kultivované buněčné linii, buňce MDCK, je tento systém vyžadován pro polaritu epitelu. Vztah mezi tímto systémem a determinanty polarity ve zvířecích tkáních zůstává nejasný.

Bazální versus boční

Jelikož bazální a laterální membrány sdílejí stejné determinanty, musí rozdíl mezi těmito dvěma doménami dělat jiný mechanismus. Pravděpodobným mechanismem je tvar buňky a kontakty. Boční membrány jsou místem kontaktu mezi epiteliálními buňkami, zatímco bazální membrány spojují epiteliální buňky se základní membránou , vrstvou extracelulární matrice, která leží podél bazálního povrchu epitelu. Některé molekuly, jako jsou Integriny , se lokalizují specificky na bazální membránu a vytvářejí spojení s extracelulární matricí.

Tvar epiteliální buňky

Epiteliální buňky přicházejí v různých tvarech, které souvisejí s jejich funkcí ve vývoji nebo fyziologii. Jak epiteliální buňky přijímají konkrétní tvary, je špatně pochopeno, ale musí zahrnovat prostorovou kontrolu nad aktinovým cytoskeletem , který je ústředním bodem buněčného tvaru ve všech rostlinných buňkách.

Epiteliální kadherin

Všechny epiteliální buňky exprimují transmembránovou adhezní molekulu E-kadherin , kadherin, který se nejvýrazněji lokalizuje na spojení mezi apikální a boční membránou. Extracelulární domény molekul E-kadherinu ze sousedních buněk se na sebe váží prostřednictvím homotypické interakce. Intracelulární domény molekul E-kadherinu se váží na aktinový cytoskelet prostřednictvím adaptačních proteinů alfa-katenin a beta-katenin . E-kadherin tedy tvoří adherentní spoje, které spojují aktinové cytoskelety sousedních buněk. Adhezní křižovatky jsou primární křižovatkové spoje mezi buňkami epitelu a jsou zásadně důležité pro udržení tvaru buněk epitelu a pro dynamické změny tvaru během vývoje tkáně. Jak se E-kadherin lokalizuje na hranici mezi apikální a boční membránou, není známo, ale polarizační membrány jsou nezbytné pro udržení E-kadherinu na spojích adherenů.

Viz také


Reference

Bruce Alberts; Alexander Johnson; Julian Lewis; Martin Raff; Keith Roberts; Peter Walter, vyd. (2002). Molekulární biologie buňky (4. vydání). Věnec věnec. ISBN  978-0-8153-3218-3 .