Маълумот

10: Ҳуҷайраҳо ва бофтаҳо - Биология


10: Ҳуҷайраҳо ва бофтаҳо

Асосҳо дар биологияи ҳуҷайра | Бофтаҳои ҳуҷайра & Функсияҳои | Биология

Биологияи ҳуҷайра бо воҳиди хурдтарини ҳаёт сарукор дорад. Ин курс дорои видеоҳои тавзеҳӣ дар бораи ҳуҷайраҳо ва инчунин бофтаҳо мебошад. Дар охири ҳар як видео шумо метавонед консепсияҳои худро бо машқҳои пурмазмун аз нав дида бароед.

Ин курс аз ҷаласаҳои видеоӣ бо аниматсияҳои асосӣ барои визуализатсия ва фаҳмиши беҳтар иборат аст.

Дар охири ҳар як ҷаласа шумо метавонед ба машқҳои пурмазмун ҷавоб диҳед, ки ба шумо барои аз нав дида баромадани консепсияҳои худ кӯмак мекунанд.

Пас аз хатми ин курс, шумо метавонед ба ҳама саволҳои бобҳои Ҳуҷайраҳо ва бофтаҳо ҷавоб диҳед.

Шумо инчунин дар бораи тамоми функсияҳои ҳуҷайраҳо ва бофтаҳо фаҳмиши дақиқ хоҳед гирифт.

Биологияи ҳуҷайра омӯзиши сохтор ва функсияҳои ҳуҷайра мебошад ва он дар атрофи консепсия меистад, ки ҳуҷайра воҳиди асосии ҳаёт аст.

Таваҷҷӯҳ ба ҳуҷайра имкон медиҳад, ки бофтаҳо ва организмҳоеро, ки ҳуҷайраҳо ташкил медиҳанд, фаҳманд. Баъзе организмҳо танҳо як ҳуҷайра доранд, дар ҳоле ки дигарон ба гурӯҳҳои кооперативӣ бо шумораи зиёди ҳуҷайраҳо муттаҳид шудаанд.

Дар маҷмӯъ, биологияи ҳуҷайра ба сохтор ва функсияи ҳуҷайра, аз хосиятҳои умумие, ки аз ҷониби ҳамаи ҳуҷайраҳо муштараканд, то функсияҳои беназир ва хеле мураккаби хоси ҳуҷайраҳои махсусгардонидашуда тамаркуз мекунад.

Пас аз фаҳмидани ин, шумо метавонед омӯзиши худро дар биология идома диҳед ва системаҳои гуногуни узвҳоро омӯзед.


Ҳуҷайраи пластикӣ: деформатсияи механикии ҳуҷайраҳо ва бофтаҳо

Ҳуҷайраҳои эпителиалӣ қобилияти тағир додани шакли худро дар посух ба фишори механикӣ тавассути азнавсозии пайвандҳо ва ситоскелети худ доранд. Ин хосият дар маркази морфогенези бофтаҳо дар ҷанинҳо ҷойгир аст. Хусусияти асосии тағирёбии шакли ҳуҷайраҳои ҷанин дар он аст, ки онҳо аз воридоти такрории механикӣ ба вуҷуд меоянд, ки онҳоро дар ҳар як қадам қисман бебозгашт мегардонанд. Корҳои қаблӣ оид ба реологияи ҳуҷайраҳо кам ба назар гирифта шудаанд, ки чӣ гуна тағирот дар бофтаи мураккаб бебозгашт шуда метавонанд. Дар ин ҷо мо бозёфтҳои нав ва ҳаяҷоновареро баррасӣ мекунем, ки баъзе принсипҳои физикӣ ва механизмҳои молекулавиро, ки тағироти бебозгашти шакли ҳуҷайраро ба ҳисоб мегиранд, ҷудо мекунанд. Мо мафҳумҳои калтакҳои механикӣ ва ҳадди шиддатро, ки барои ба вуҷуд овардани деформатсияи доимии ҳуҷайра ба монанди пластикии механикӣ лозиманд, муҳокима мекунем. Кор дар системаҳои гуногун аҳамияти ремоделизатсияи актин ва эндоцитозҳои E-cadherin-ро қайд кард. Мо инчунин баъзе равишҳои таҷрибавии навро барои дуруст танзим кардани шиддати механикӣ бо истифода аз оптогенетика, маҳтобҳои магнитӣ ё дароз кардани бофтаҳои эпителиалии боздошташуда номбар мекунем. Ниҳоят, мо баъзе моделҳои математикиро муҳокима мекунем, ки барои тавсифи ҷанбаҳои миқдории баҳисобгирии пластикии механикии ҳуҷайраҳо ва пешниҳоди дурнамо дар ин соҳаи босуръат рушдёбанда истифода мешаванд.

1. Муқаддима

Кайҳо боз маълум аст, ки ҳуҷайраҳо дар зери таъсири ангезаҳои механикӣ шакли худро тағир медиҳанд [1,2]. Дар аксари ҳолатҳо, ҳуҷайраҳо пас аз деформатсия шакли аввалаи худро барқарор мекунанд. Масалан, дар шароити муқаррарии физиологӣ, баъзе ҳуҷайраҳо такроран дароз карда мешаванд, ба мисли шуш дар тӯли якчанд сония, ё дар масона ва рӯда дар тӯли якчанд дақиқа, аммо дароз нашуда мемонанд [3,4]. Ба ҳамин монанд, ҳуҷайраҳо барои тақсимоти дуруст ё муҳоҷират тавассути сӯрохиҳои хурд муваққатан деформатсия мекунанд [5]. Аммо дар ҳолатҳои дигар, тағироти шакли ҳуҷайра ҳангоми равандҳои морфогенетикӣ, ки барои тавлиди бофтаҳо ва узвҳо ҳангоми рушд заруранд, бебозгашт мешаванд [6-8].

Дар ҳоле ки in vitro тадқиқот принсипҳои ҷисмониро, ки аксуламали ҳуҷайраҳоро ба қувваҳои механикӣ роҳнамоӣ мекунанд, хуб шарҳ додаанд [9,10], камтар тадқиқотҳо таҳқиқ кардаанд, ки чӣ тавр ҳуҷайраҳои ҷанин ба деформатсияи такрорӣ вокуниш нишон медиҳанд [11-13]. Ба ҳамин монанд, чӣ гуна ҳуҷайраҳо пас аз хориҷ кардани қувваҳои калон пас аз боркунӣ истироҳат мекунанд, дар тафсилоти ҷисмонӣ тавсиф карда нашудаанд [14].

Як фарқи байни таҳқиқоти механикаи барвақтии ҳуҷайраҳо, ки одатан ба як ҳуҷайраҳои ягона такя мекард [9,10] ва таҳқиқоти навтар бо иштироки ҷанинҳо дар он аст, ки охирин пайвандҳои пайвандакро ҷамъ мекунад, ки хосиятҳои механикии онҳоро тағир медиҳанд. Тафовути дигари потенсиалӣ дар он аст, ки бофтаҳои ҷанин нисбат ба ҳуҷайраҳои хуб фарқкунанда нармтаранд ва аз ҷониби матритсаҳои камтар мураккаби ECM дастгирӣ карда мешаванд [15-17]. Хусусияти муайянкунандаи аксари тағирёбии шакли ҳуҷайраҳои ҷанин ва тамаркузи ин баррасӣ дар он аст, ки онҳо тавассути давраҳои такрории ихтисоршавӣ ва истироҳат ба амал меоянд, ки тағироти бебозгашти шакли ҳуҷайраҳоро дар давоми морфогенез ба вуҷуд меоранд. Бебозгашт ҳам саволҳои ҷисмонӣ ва ҳам биологиро ба миён меорад: чӣ гуна кори механикӣ дар системаҳои зинда пароканда мешавад ва механизмҳои молекулавии ин тағиротҳо кадомҳоянд?

Дар ин баррасӣ, мо муҳокима мекунем, ки чӣ тавр тағирнопазирии тағирёбии шакли ҳуҷайраҳоро ба пластикии механикӣ нисбат додан мумкин аст, ки онро чанд таҳқиқоти охирин нишон доданд ва он аз ҷиҳати ҷисмонӣ чиро дар бар мегирад. Аз ҷумла, мо дарсҳои гирифташударо муқоиса мекунем дар зинда ҳолатҳо ва аз in vitro тақлид кардани деформатсияҳои доимии дар ҷанин мушоҳидашуда, бо таваҷҷӯҳ ба он чизе, ки мо ҳоло дар бораи сабабҳои асосии молекулавии пластикии механикӣ дар ҳуҷайраҳо ва бофтаҳо медонем. Мо усулҳои нави таҷрибавиро зикр мекунем, ки барои омӯзиши пластикии механикӣ истифода мешаванд in vitro ва ба таври оддӣ моделҳои гуногуни математикии аз физикаи классикӣ гирифташударо пешниҳод мекунанд, ки барои тавсифи деформатсияҳои доимие, ки дар бофтаҳо дар натиҷаи деформатсия ба вуҷуд меоянд (қуттии 1).

Қуттии 1. Фарҳанги истилоҳоти физикӣ.

Маводи фаъол. Маҷмӯи зарраҳои мустақил, ки энергияро истеъмол мекунанд, ки боиси рафтори коллективӣ мешаванд. Мисолҳо иборатанд аз рамаи паррандагон, ки дар тӯда парвоз мекунанд ё ситоскелет бо мономерҳои ҷузъии он ҷамъоварӣ ё ҷамъ кардан.

Вомбаргро сайд кунед. Як намуди таъсири мутақобилаи ғайриковалентӣ, ки дар он қувваи кашиш пайвандро мустаҳкамтар мекунад. Тасвири ин принсип дар бозичаи машҳури кӯдак, ба истилоҳ доми ангуштони чинӣ, пайдо шудааст.

Мувофиқат. Мувофиқат баръакси сахтгирӣ аст. Ин ченакест, ки чӣ гуна объект ҳангоми зери таъсири қувва деформатсия мекунад (m N -1 дар воҳидҳои SI).

Dashpot. Дастгоҳи механикӣ, ки одатан барои моделсозии маводи часпак истифода мешавад. Намунаи воқеии ин дастгоҳро дар қафои дарҳо ёфтан мумкин аст, ки онҳо аз баста шудани онҳо пешгирӣ мекунанд.

Эластикӣ. Эластикӣ, умуман хусусияти ашёи сахт, қобилиятест, ки тавассути он ашё пас аз деформатсия шакли аввалаи худро барқарор мекунад.

Моеъ. Тамоюли ҷараёни мавод дар зери суръати механикии сарбории муайяншуда (Па -1 с -1 дар воҳидҳои СИ).

Маводи Келвин-Войгт. Мавод бо хосиятҳои часпак ва пластикӣ, ки бо истифода аз пружина ва тирезаи параллелӣ модел карда шудааст. Дар зери фишори доимӣ, он деформатсияи фавриро нишон намедиҳад ва ба деформатсияи ниҳоии стационарӣ мерасад.

маводи Максвелл. Маводе, ки ҳам часпак ва ҳам пластикӣ ва хосиятҳо дорад, ки бо истифода аз пружина ва тирезаи силсилавӣ тарҳрезӣ шудаанд. Дар зери фишори доимӣ, он деформатсияи фавриро нишон медиҳад ва дар моеъи дароз мисли моеъи комил ҷараён мегирад.

Пластикӣ. Ҳангоми фишор, объекти сахт деформатсияи доимиро аз сар мегузаронад, ки ҳатто ҳангоми бартараф кардани стресс, бар хилофи ҳолати чандирӣ боқӣ мемонад (расми 1).

Қонуни қудрат. Функсияе, ки ҷадвали хоси вақт надорад, дар қитъаи лог-лог хаттӣ аст. Функсия дар шакли x α .

Пеш аз стресс. Маҷмӯи тамоми қувваҳо ба як воҳиди буриш дар самти перпендикуляр ба ин минтақа ишора мекунад, аммо бар хилофи фишор он пеш аз деформатсия ба амал меояд.

Ратчет. Раванди зина ба зина ва бебозгашт танҳо дар як самт идома дорад, мисолҳо воситаи маъмул бо номи калтакча ё чархи об. Дар заминаи биология, энергияе, ки ҳаракатро пеш мебарад, бояд тавассути тағирёбии ҳарорат ё гидролизи ATP таъмин карда шавад.

Реология. Соҳаи омӯзиш дар бораи он ки чӣ гуна ҷараёни моддӣ ҳангоми дучор шудан ба қувваҳо ҷараён мегирад.

Инварианти миқёс. Вақте ки унсури объект бетағйир мемонад, вақте ки миқёсҳо ё тағирёбандаҳо бо омили умумӣ зарб карда мешаванд. Масалан, кунҷҳои дарунии секунҷаи баробарҷониба новобаста аз андозаи секунҷа ҳамеша як хеланд.

Муқовимат ба моеъ. Ин тафовут ночиз нест ва дар асл як масъалаи вақт аст. Баъзе маводҳо, ки одатан ҳамчун моддаҳои сахт ҳисобида мешаванд, метавонанд дар тӯли солҳо оҳиста мисли моеъҳо ҷорӣ шаванд (масалан, пиряхҳо). Маводи сахт моддаест, ки дар он атомҳои таркибӣ бо ҳамсоягони худ пайванди сахт доранд ва мавқеъро тағир намедиҳанд, агар ба онҳо қувваи хеле қавӣ нарасад. Ҷисми сахти чандир аст ва ба қонуни Гук итоат мекунад. Моеъ маводест, ки дар он зарраҳои алоҳида бо вуҷуди пайвандҳои заифтар ва муваққатӣ бо ҳамсоягони худ нисбат ба якдигар ҳаракат мекунанд. Системаҳои биологӣ аслан моеъ мебошанд, зеро онҳо материяи фаъолро ифода мекунанд, ки метавонанд шабакаҳои дохилиро ҷудо кунанд.

Сахтгирӣ. Дараҷаи муқовимат ба деформатсияи мавод дар зери қувваи татбиқшаванда, баръакси мувофиқат, чен карда шудааст (N m -1 дар воҳидҳои SI).

Шиддат. Деформацияи нисбӣ, ки ҳангоми дучор шудани фишори механикӣ ба вуҷуд меояд, он андоза надорад.

Стресс. Қувваи як минтақа (Па дар воҳидҳои SI). Дар шабакаҳои актин, стресс метавонад ғайрифаъол бошад, ки дар натиҷаи қувваи беруна (деформатсияи шабака) ё фаъол, ки дар натиҷаи кашишҳои худи актомиозин ба вуҷуд омадааст.

Viscoelasticity. Маводе, ки ҳам хусусиятҳои часпак ва ҳам чандирӣ дорад. Чунин мавод пас аз деформатсия шакли аввалааш бармегардад, аммо нисбат ба ҷисми соф эластикӣ аз сабаби сустшавии часпак сусттар.

Вископластикӣ. Монанд ба маводи часпакӣ, ба истиснои он, ки деформатсияи доимӣ низ рух медиҳад.

Часпакӣ. Часпакӣ дараҷаест, ки моеъ дар зери фишори беруна ба ҷараён муқовимат мекунад. Маводҳои часпак пас аз деформатсия ба шакли аввалаи худ бармегарданд (Па × s дар воҳидҳои СИ).

Модули ҷавон. Таносуби фишор ба шиддат ҳангоми деформатсияи чандирии хатӣ (Воҳиди СИ дар Па).

Расми 1. Деформацияҳои нисбии маводи эластикӣ, пластикӣ ва часпак. Давомнокии фишори беруна бо ранги хокистарӣ нишон дода шудааст.

2. Параметрҳои физикии пластикӣ нисбат ба деформатсияи viscoelastic

Дар илми материалсозӣ, як сахти эластикӣ (масалан, чашма) пас аз бартараф кардани бори механикӣ шакли аввалаи нопурраашро барқарор мекунад, дар ҳоле ки моеъи часпак деформатсия боқӣ мемонад. Бисёр полимерҳо дар байни сахти чандир ва моеъи часпак рафтори мобайнии механикӣ нишон медиҳанд, ки онро viscoelasticity меноманд. Ҳангоми фишорҳои калон ва дароз, ки аз ҳадди муайян зиёданд, аксари маводҳо ба режими пластикӣ дохил мешаванд, ки дар он онҳо бебозгашт деформатсия мешаванд. Дар чунин шароит пайвандҳои молекулавӣ канда мешаванд ва пайвандҳои нав метавонанд ислоҳ шаванд. Вақте ки чунин маводҳо инчунин хосиятҳои часпакро нишон медиҳанд, онҳоро маводи вископластикӣ меноманд.

Ҳуҷайраҳои зинда синфҳои мушаххаси маводи вискоэластикӣ ва вископластикиро намояндагӣ мекунанд, зеро меъмории механикии онҳо мураккабтар аст, зеро онҳо мувозинат надоранд ва барои мутобиқ шудан ба муҳити худ энергия сарф мекунанд. Хуб ҳуҷҷатгузорӣ шудааст, ки ҳуҷайраҳо тағиротро барои маҷбур кардани майдонҳо дар тӯли чанд сония эҳсос мекунанд ва сипас тавассути механизмҳои гуногун дар миқёси тӯлонӣ ба онҳо мутобиқ мешаванд [18,19]. Механизмҳои мутобиқшавӣ метавонанд равандҳои кӯтоҳмуддатро тавассути механикотрансдуксия дар бар гиранд, ки боиси гардиши сафедаҳо, тағирёбии конформатсияи сафедаҳо ё локализатсияи зерҳуҷайраҳо ва бозгашти дарозмуддат тавассути ифодаи генҳо шаванд. Ҳангоми деформатсия, ҳуҷайраҳо одатан дар миқёси кӯтоҳ (сонияҳо то дақиқаҳо) як рафтори асосан эластикӣ нишон медиҳанд, аммо рафтори асосан часпак дар миқёси дарозтар [14]. Дар ин ҳолатҳои бифазӣ, қонуни қудрат аксар вақт яке аз режимҳоро тавсиф мекунад, дар ҳоле ки вазифаи экспоненсиалӣ дигареро ифода мекунад [20]. Таҳқиқоти охирин бо Дрозофила ҷанинҳо нишон медиҳанд, ки кортекси ҳуҷайра асосан чандир аст, дар ҳоле ки ситоплазма часпак аст [21]. Дар ин замина, пластикии механикии як ҳуҷайра ё бофта ба деформатсияи доимӣ ва бебозгашт мувофиқат мекунад, ки дар натиҷаи тағйири сохтори қабати он ва комплексҳои сафедаҳои ба ҳам пайвастшуда ба амал меояд.

Усулҳои классикии таҳқиқи реологияи ҳуҷайраҳо ва бофтаҳо аз он иборат аст, ки онҳо ба бори механикӣ дучор мешаванд, масалан тавассути кашидани онҳо ё деформатсияи онҳо дар маҳал ва пас аз бартараф кардани манбаи берунии деформация. Чунин усулҳо муайян карданд, ки реологияи якҳуҷайра миқёси озод аст ва ҳуҷайраҳо қаблан фишор оварда шудаанд [9,10]. Вобаста аз геометрия, хосиятҳои моддии онҳо, аз он ки чӣ қадар ҳуҷайраҳо тавассути муҳаррикҳои молекулавӣ фаъолона пешакӣ фишор меоранд (ниг. ба чорчӯбаи 1 барои таърифи фишори пешакӣ), ҳуҷайраҳо дар зери фишори механикӣ сахт мешаванд ё нарм мешаванд [22-27]. Махсусан, пас аз дарозии доимӣ, ҳуҷайраҳо умуман сахт мешаванд, дар ҳоле ки ҳуҷайраҳои ба дарозии муваққатӣ дучоршуда майли бештар ба моеъ монанд мешаванд [22,28-31]. Чунин мушоҳидаҳо ҳоло дар ҷанинҳо гузаронида мешаванд [32]. Хусусиятҳои маводи ҳуҷайра ва бофтаҳо асосан ташкили ситоскелети актинии онҳоро бо сафедаҳои байниҳамдигарии онҳо, фаъолияти сафедаҳои моторӣ ва хосиятҳои матритсаи берун аз ҳуҷайраҳои атроф инъикос мекунанд [33].

Корҳои қаблӣ барои навъҳои гуногуни ҳуҷайраҳо ва бо истифода аз усулҳои гуногуни таҷрибавӣ муайян карданд, ки деформатсияи шакли ҳуҷайра аксар вақт (баъзан танҳо қисман) вобастагии қонуни қудрат аз тағирёбандаи вақт ба амал меояд (ниг. чорчӯбаи 1) [34–36].

Хулоса, пластикии ҳуҷайра деформатсияи доимии ҳуҷайраҳо ва бофтаҳоро ифода мекунад. Дар мавриди дигар маводҳо, он танҳо вақте рух медиҳад, ки фишор аз ҳадди муайян ё ҳадди давомнокӣ зиёд бошад. Он аксар вақт тағйироти ситоскелет ё пайвандро дар бар мегирад, тавре ки минбаъд дар зер баррасӣ хоҳанд шуд. Илова бар ин, рӯйдодҳои механикӣ метавонад ба деформатсияи доимӣ тавассути ба вуҷуд овардани каскади сигнализатсия, ба вуҷуд овардан ё осон кардани таҷдиди ситоскелет ё пайвандҳо мусоидат кунанд (нигаред ба поён).

3. Шакли бебозгашти ҳуҷайра тавассути калламушҳо тағир меёбад

Рушд умуман бебозгашт аст, хоҳ дар сатҳи сарнавишти ҳуҷайра ё дар сатҳи механикӣ. Хусусияти хоси бисёр тағйироти шакли ҳуҷайраҳои ҷанинӣ, ки тавассути таҳқиқоти вақтгузаронӣ ошкор шудааст, ин аст, ки онҳо ба таври зина ба зина ба вуҷуд меоянд. Чунин ҳодисаҳо бори аввал дар Дрозофила ҳангоми густариши занҷабил тавассути интеркалкалатсияи ҳуҷайраҳо аз сабаби кӯтоҳшавии пайванди асимметрӣ ё ҳангоми гаструляция, пӯшидани дорал ё ташаккули баъзе плацодҳо, ки аз тангии апикалӣ вобастаанд [37-40]. Ҳодисаҳои шабеҳ дар дигар намудҳо низ рух медиҳанд, ки нигоҳдории эволютсионии онҳоро дар назар доранд [41-45]. Корҳои гузашта собит кардаанд, ки давраҳои ихтисоршавӣ ва истироҳат ба сабаби гузариши муваққатии фокусҳои актомиозинҳои кортикалӣ вобастаанд, ки майдони апикалиро танг мекунанд ва ба узвҳо мекашанд, ё дар ҷараёни як қутби поляризатсияшуда ба нуқтаҳои дорсовентралӣ нигаронида шудаанд ва онҳоро кӯтоҳ мекунанд (расми 2)а, б) [38,39,46–48].

Расми 2. Кабелҳои актинӣ ва пайвандҳои ҳуҷайра. (а) Набзи актомиозин Дрозофила ки дар натиҷа актин дар сабз, миозин дар афлесун ихтисор мешавад. (б) Наќши миозин њангоми кашишхўрї, ки ба таври мањаллї дар ќад-ќади пайвандакњо тамаркуз мекунад. (в) Марҳилаи дуввуми вобаста ба мушакҳо аз C. elegans морфогенез, бо ҳуҷайраҳои эпителиалӣ (гулобӣ) ва ноқилҳои актинӣ (сабз) инчунин ҳуҷайраи мушакҳоро бо ранги хокистарӣ нишон медиҳанд (чор қатори дарозии даҳ ҳуҷайра мавҷуданд, танҳо як нишон дода шудааст).

Дар Дрозофила Ҳодисаҳои морфогенетикии дар боло зикршуда асосан бофтаҳои калон ва қариб ҳамворро дар бар мегиранд. Баръакс, ба C. elegans ҷанин дар охири гаструлятсия ва тақсимоти ҳуҷайра метавонад ҳамчун найчаи дарозкунанда модел карда шавад. Морфогенези он як раванди дигарро дар бар мегирад, ки ба ҳар ҳол кашишҳои механикии такрориро дар бар мегирад. Пас аз марҳилаи аввали дарозшавӣ, ки дар он ҷанин дар зери таъсири қувваҳои пульсмили NMYII тавлиднашаванда ва бастаҳои актинии ба таври атроф нигаронидашуда, ки ҳамчун корсет молекулавӣ амал мекунанд, дарозии худро дучанд мекунад, ҷанин аз кашишхӯрии мушакҳо вобаста аст, то онҳо боз ҳам дарозтар шаванд [49] (расм) 2в). Мушакҳои ҳар як тарафи ҷанин ҳар 30-40 сония ба таври навбатӣ шартнома мебанданд, ки ин ба таври маҳаллӣ боиси ташаннуҷ дар ҳуҷайраҳои эпидермалии дорсалӣ ва вентралии дар тамос бо мушакҳо мегардад ва як қатор реаксияҳои биохимиявиро дар ин ҳуҷайраҳо тавассути раванди механикӣ интиқол медиҳад [50,51].

Бо назардошти давраҳои дар боло зикршуда барои импулсҳои ғайримушакии миозини II ва кашишҳои мушакҳои нематод, ки дар доираи бо аксуламали эластикии ҳуҷайраҳои эпителиалӣ пас аз деформатсияҳои муваққатӣ мувофиқанд, масъалаи ҷолиб он аст, ки ҳангоми ба таври доимӣ шудан ҳуҷайраҳо дар сатҳи молекулавӣ ба амал меоянд. деформатсияшуда

Чунин тағйироти бебозгашт пешниҳод шудааст, ки дар натиҷаи раванди ратчетӣ (ниг. чорчӯбаи 1) [39] ба вуҷуд меоянд ва аз ин рӯ ба он чизе, ки физикҳо ба пластикии механикӣ ишора мекунанд, мувофиқат мекунанд. Ҳамин тавр, C. elegans Гумон меравад, ки дарозшавӣ тавассути як раванди ратчет монанд ба амал меояд, зеро кашишҳои мушакҳо ба тағирёбии корсети актин ба зина, на пайваста, мусоидат мекунанд [50]. Дар физика, ратчети Броунӣ бори аввал аз ҷониби Мариан Смолуховский муаррифӣ карда шуд ва баъдтар аз ҷониби Ричард Фейнман машҳур карда шуд, як мошини ратчет ва павли назариявӣ мебошад, ки метавонад аз тағирёбии тасодуфӣ кори муфидро ба даст орад. Тавре Фейнман нишон дод, он набояд кор кунад, зеро он қонуни дуюми термодинамикаро вайрон мекунад [52]. Бо вуҷуди ин, дар заминаи биологӣ, бо ду сабаби асосӣ, як ратчет, ки тартиб ва корро аз тағирёбии тасодуфӣ истихроҷ мекунад, имконпазир аст. Аввалан, объектҳои биологӣ энергияро истеъмол мекунанд - масалан, муҳаррикҳои биологӣ АТФ-ро истеъмол мекунанд, ки тағироти конформии нигаронидашударо ба вуҷуд меоранд. Сониян, бисёр объектҳои биологӣ асимметрӣ ё қутбӣ мебошанд-масалан актин, ки дар он миозинҳо мегузаранд, як қутбият доранд (барои муҳокимаи амиқи каламушҳо дар биология, ба [53] нигаред). Ҷанбаи тасодуфии ратчетҳои биологӣ ба садои гармӣ ва он вобаста аст, ки импулсҳои актомиозин ё кашиши мушакҳои кирм дар вақт ва фазо баробар нестанд.

Ба наздикӣ, ду гурӯҳ барои тарҳрезии усул дар ҳуҷайраҳои фарҳанги бофтаҳо, ки ба таҷдиди ба ратчет монанд ба тақлидшуда монанданд, ҳамкорӣ карданд. Дрозофила ҳангоми васеъшавии гермбанд [54,55]. Бо тағир додани генетикии сигнали RhoA бо истифода аз оптогенетика (нигаред ба қуттии 2), муфаттишон метавонанд ба таври маҳаллӣ ва такроран ба ҷалби актомиозин мусоидат кунанд. Ин равиш ба онҳо имкон дод, ки модели деформатсияи пайванди доимиро, ки ба риштаи як пайвандак монанд аст, тасдиқ кунанд. Афзалияти он қобилияти назорат кардани давомнокӣ ва шиддатнокии контраксия дар пайвандҳо тавассути таъсири лазерӣ мебошад. Илова бар ин, онҳо мушоҳида карданд, ки дарозии нисбии пайвандак то тақрибан 20 дақиқаи фишори амалӣ коҳиш ёфтааст ва аз ин нуқтаи кӯтоҳии тофтаи 25% ба даст омадааст.

Қуттии 2. Усулҳои маъмул ва пешқадами таҷрибавӣ.

Якчанд баррасиҳои охирин усулҳои гуногунро пешниҳод мекунанд (аспиратсияи микропипетка, фишурдани параллелии параллел, биосенсорҳои FRET, аблясияи лазерӣ, пинҳони оптикӣ/магнитӣ ва микроскопияи қувваи кашиш) барои миқдор кардани қувваҳо дар ҳуҷайраҳо, стрессҳо дар ҷой ва махсусан дар бофтаҳои ҷанин [61-63]. Ин баррасиҳо барои паймоиш осон ва хеле мукаммал мебошанд. Аз ин рӯ, ҳадафи ин қуттӣ танҳо нишон додани якчанд усулҳои нави таҷрибавӣ мебошад, ки шояд камтар маълуманд: пешрафтҳои ба наздикӣ дар оптогенетика, ворид кардани зарраҳои ҳаракаткунанда ба системаҳои зинда ва дастгоҳ барои дароз кардани қабатҳои овезон эпителиалӣ.

Оптогенетика. Назорати оптогенетикии фаъолияти сигнализатсияи RhoA GTPase метавонад бо қарори баланди муваққатӣ ва фазоӣ [64,65] барои тақлид кардани рӯйдодҳои пульсилӣ [54,55] истифода шавад. Бо ворид кардани протеини ба рӯшноӣ ҳассос LOVpep ба мембранаҳои ҳуҷайра тавассути манипуляцияи генетикӣ, шумо метавонед лазерро барои пешбурди тағирёбии конформатсияи LOVpep истифода баред ва баъдан версияи тағирёфтаи RhoGEF LARG-ро ба мембрана ҷалб кунед. Дар навбати худ, ин ба таври маҳаллӣ GTPase-и хурди RhoA, сипас Rho-kinase ROCK ва формини Diaphanous-ро фаъол карда, дар ниҳоят ба фаъолсозии миозин II ва полимеризатсияи актин мусоидат мекунад [54,55]. Чанд маротиба такрор кардани импулсҳои лазерӣ метавонад ба рӯйдодҳои пульсилӣ, ки ҳангоми тамдиди гермбанд мушоҳида карда мешаванд, тақлид карда тавонад, гарчанде ки дар тӯли давраи тӯлонии пульсилӣ (расми 3)а).

Зарраҳои магнитӣ. Ворид кардани зарраҳои магнитӣ ва феррофлюидҳо ба ҳуҷайраҳои зинда ё тавассути тазриқ ба зинда анҷом дода шудааст Дрозофила ҷанинҳо ё тавассути фагоцитози зарраҳои дар муҳити онҳо монданд [21,57-59]. Тавассути майдони магнитии чархзананда тела додан ва кашидани дандонҳо (Б.) барои чен кардани хосиятҳои механикии ҳуҷайраҳо имкон медиҳад (расми 3б). Муносибати марбут ба истифодаи пинҳонҳои оптикӣ барои мустақиман истифода бурдани қувва ба пайвандҳо дар он буд Дрозофила ҷанинҳо, ки тахмин мезананд, ки шиддат дар ҳудуди 44 pN дар оғози паҳншавии занбӯруғ ба 100 pN афзоиш меёбад [66,67].

Замини якқабата. Пас аз парвариши якқабати эпителиалӣ ва сипас онро аз матрицаи берун аз ҳуҷайраи худ тавассути ҳазми ферментативӣ ҷудо кардан, шумо метавонед як қабати дар ҳаво бо ду чӯб овезоншударо ба даст оред. Асои дасти чап, ки метавонад ба дастгоҳи дарозкунии моторӣ пайваст карда шавад, ҳам ҳамчун нозанин ва ҳам табдилдиҳандаи қувва амал карда, шиддати бофтаи дар дастгоҳ бударо ҳис мекунад [20,56]. Пас аз ба амал омадани дарозкунӣ, матоъ шиддатро тавассути дароз кардан пароканда мекунад (расми 3).в).

Расми 3. Якчанд усулҳои нави таҷрибавӣ ва ратчет. (а) Тасвири системаи назорати оптогенетикии LOVpep, ки қисман дар мембранаи плазма ҷойгир шудааст. (б) Фибробласт, ки дорои ҳалқаи магнитӣ мебошад, бо магнити калон бо сиёҳ ба пеш ва пас ҳаракат мекунад. (в) Якқабати эпителиалии боздошташудаи бе ягон ECM (гулобӣ), ки бо системаи чубҳо кашида шудааст, ва ҳаракаткунанда инчунин ҳамчун ченкунандаи қувва барои чен кардани шиддат рафтор мекунад. (г) Принсипи ратчет, ки бо истифода аз чархи обӣ тасвир шудааст, танҳо қодир аст, ки дар як самт қадам ба қадам гардиш кунад (i) ва дар самти дигар баста шавад (ii).

Тағироти пешрафта ва бебозгашт, ки дар боло тавсиф шудаанд, қувваи мавҷи набзро дар бар мегирад, ки дар натиҷа давраҳои истироҳатии даврӣ ба вуҷуд меоянд. Равишҳои гуногун реологияи ҳуҷайраҳоро пас аз раҳо кардани стресс омӯхтаанд. Дар як насб, як қабати эпителиалӣ дар байни ду асои параллелӣ парвариш карда мешавад, ки яке аз онҳо табдилдиҳандаи қувваи хамшаванда аст ва сипас аз ECM-и он ҷудо карда мешавад. Сипас, якқабати муваққатӣ ҳадди аққал 30% дароз карда мешавад ва ба истироҳат иҷозат дода мешавад [20,56] (нигаред ба қуттии 2). Хатти релаксатсия дуфазаӣ ба назар мерасад, ки бо барқарорсозии ибтидоии зуди эластики ва ҳаракати сусттар ба сӯи платои пластикӣ. Марҳилаи аввалро метавон бо қонуни қудрат ва дуюмро бо экспоненсиалӣ такрор кард. Илова бар пешниҳоди тавсифи дақиқи математикӣ, фарқияти байни ду истироҳат ба таври таҷрибавӣ тасдиқ карда шуд, вақте ки ATP барои дуюм зарур аст, аммо на марҳилаи аввал [20]. Дар дигар дастгоҳҳо, ҳуҷайраҳо ё ҷанинҳое, ки пас аз ҷорӣ шудани микробҳо, моеъи ферромагнитӣ ё равғани ферромагнитӣ ба майдони магнитӣ дучор шудаанд, қисман барқароршавии зудро нишон доданд ва пас аз истироҳати нопурра аз сабаби тағироти пластикӣ, тавре ки барои як қабати боздошташуда тавсиф шудааст [ 21,57–59]. Муҳим он аст, ки вақти истироҳати кортекс дар ҳамон диапазон бо рӯйдодҳои дар равандҳои ҷанинӣ мушоҳидашуда, аз қабили гаструляцияи пашша, васеъшавии гермбанд ва пӯшидани дорсал мебошад, ки охирин давраҳои кашиши чанд дақиқаро дар бар мегирад [21,40,47,48,60].

Хулоса, пластикии биологӣ аз деформатсияҳои бебозгашт иборат аст, ки аксар вақт ба таври зина ба вуҷуд меоянд. Ин рафтори ба ратчет монанд аксар вақт натиҷаи воридшавии даврии қувва ба монанди импулсҳои NMYII ё кашишхӯрии мушакҳо мебошад, ки ин маънои онро дорад, ки онҳо низ ба ATP асос ёфтаанд.

4. Сабабҳои молекулавии пластикӣ

Корҳои гузашта нақши муҳими ремоделизатсияи актинро дар таъсир ба реологияи ҳуҷайраҳои ҷудошуда таъкид кардаанд [9,10,68]. Ҷанинҳо мураккабии иловагии пайвандҳои пайвасткунандаро байни ҳуҷайраҳои эпителиалӣ пешкаш мекунанд, ки ба хосиятҳои механикии онҳо мусоидат мекунанд ва ҳангоми мушкилоти механикӣ аз нав таҷдид карда мешаванд. Аз ин рӯ, эҳтимол дорад, ки таҷдиди пайвандҳо ба реологияи бофтаҳо низ мусоидат кунад. Корҳои охирин бо системаҳои гуногун воқеан нақши муҳими азнавсозии актин ва пайвандҳоро таъкид карданд. Илова бар ин, он аҳамияти ҳадди фишорро ошкор кардааст.

4.1. Актин

Якчанд натиҷаҳои охирин саҳми калидии динамикаи актинро ба пластикӣ шарҳ медиҳанд. Аввалан, деполимеризатсияи F-актин аксуламали сусти истироҳати якқабати дарозкардашуда ё аксуламали мембрана пас аз кашиданро тағир медиҳад Дрозофила ҷанинҳое, ки бо моеъи ферромагнитӣ ворид карда шудаанд [21]. Ғайр аз он, коркарди як қабати таваққуфшуда бо ингибитори ғайримушакии миозин II (NMYII) ё ингибитори умумии формин релаксияи пластикии моноқабатро коҳиш медиҳад, дар ҳоле ки Arp 2/3 талаб карда намешавад [20]. Калимаи эҳтиётӣ дар бораи хулосае, ки форминҳо ба паҳншавии стресс мусоидат мекунанд, ки ба истифодаи ингибитор SMIFH2 асос ёфтаанд, он аст, ки он инчунин метавонад миозинро боздорад [69]. Ҷолиб он аст, ки дар ҳоле ки муқовимати якқабата ба дарозӣ нисбат ба ҷуфтҳои ҳуҷайра аз сабаби мавҷудияти пайвандҳо ва филаментҳои мобайнӣ нӯҳ маротиба калонтар аст, истироҳати ҳуҷайраҳои ҷудошуда ва тамоми бофта ҳам аз форминҳо ва NMYII вобаста аст [20,56]. Ба ҳамин монанд, таҷрибаҳо бо микробҳои магнитӣ нишон доданд, ки илова кардани параформальдегид, як агенти байниҳамдигарии ғайримуқаррарӣ пластикиро коҳиш медиҳад [57]. Гарчанде ки таҷрибаҳои охирин ҳадафи дақиқи молекулавии параформалдегидро муайян накардаанд, онҳо бо ақидае мувофиқат мекунанд, ки пайванди кимиёвӣ ба лағжиш ё кандашавии пайвандҳо монеъ мешавад. Ҷолиб он аст, ки рафтор ва динамикаи шабакаҳои актин аз меъмории онҳо вобаста аст. In vitro Тадқиқоти ҳалқаҳои актин нишон дод, ки ҳалқае, ки аз риштаҳои тартибёфтаи актин сохта шудааст, танг мешавад, дар ҳоле ки ҳалқаи риштаҳои бетартиби он наомадааст [70]. Ғайр аз он, барои ба амал омадани ихтисоршавӣ баъзе пайвандҳои байниҳамдигарӣ лозим аст, аммо аз ҳад зиёд шабакаро сахттар мекунад, ба тавре ки ифода кардани контрактатсияи шабака ҳамчун функсияи пайвастшавӣ (миқдори пайванддиҳандаҳои мавҷуда) каҷи зангро нишон медиҳад [70] .

Дуюм, тавре ки дар боло зикр гардид, марҳилаи дуюми C. elegans дароз кардан мушакҳоро талаб мекунад. Ин контраксияҳо боиси каҷ шудани кабелҳои актинӣ дар эпидермис мегардад ва ба буридани онҳо тавассути виллин ва гелсолин мусоидат мекунад [50]. Кабелҳои буридашуда ва эҳтимолан каме кӯтоҳшудаи актин баъдан тавассути як комплекс бо иштироки α-спектрин SPC-1, киназаи p21-фаъолшудаи PAK-1 ва формаи атипикӣ FHOD-1 устувор карда мешаванд. Ҷолиб он аст, ки диссексияи қисман молекулавии FHOD-1 аз он шаҳодат медиҳад, ки FHOD-1 на бо тарғиби полимеризатсияи онҳо, бо бастабандӣ ё пӯшонидани филаминҳои актин амал мекунад [50].

Сеюм, дар Дрозофила, чунин ба назар мерасад, ки шабакаи устувори актин вобаста ба формин Frl/Fmnl барои мусоидат ба паҳншавии қувваҳои пулсатил актомозин лозим аст [71]. Ба ҳамин монанд, нигоҳдории сохтори актомиозини ба саркомер монанд ба самти печонидани бофтаҳо нигаронидашуда, ки аз RhoA ва NMYII вобаста аст, барои тангии апикалӣ муҳим аст [72-74]. Аз тарафи дигар, гарчанде ки микротрубулаҳо барои тарғиби апикалӣ ҳангоми гаструляция лозиманд, онҳо дар дигар ҳолатҳо барои мусоидат ба тағирёбии шакли ҳуҷайраҳои пластикӣ ба назар мерасанд [21,37,75,76].

4.2. Дараҷаҳо

Якчанд равишҳои тамоман гуногун таъкид мекунанд, ки қувваи қадам барои мушоҳида кардани деформатсияи пластикӣ бояд ба сатҳи муайян расад. Якум, вазъияте, ки дар C. elegans вақте ки кашишҳои мушакҳо боиси хам шудани кабелҳои актинии гирду атроф мешаванд, пеш аз он ки аз вилин ҷудо шаванд [50] хеле ба хотир меорад in vitro Мушоҳидаҳо нишон медиҳанд, ки кофилин протеини ҷудокунандаи актин бартарӣ риштаҳои аз кунҷи 57° хамшударо бурида мебарад [77]. Аз ин рӯ, кунҷи мепечонад ва аз ин рӯ қувваи тавлидшуда C. elegans мушакҳо, метавонанд ҳамчун остона хизмат кунанд, ки дар он ҳеҷ гуна ҷудо кардани актин рух надиҳад. Дуюм, ҳангоми васеъшавии germband дар Дрозофила, ҳар қадаре ки фокусҳои пулсатилии актомиозин дарозтар бошанд, ҳамон қадар тағири дарозии пайвастшавӣ бебозгашт мегардад [67]. Таҷрибаҳои минбаъда бо истифода аз пинцетҳои оптикӣ барои ба паҳлӯ кашидани узвҳо тасдиқ карданд, ки қувва ҳар қадар дарозтар бошад, пайвастагӣ ҳамон қадар каҷ мешавад [67]. Ҷолиб он аст, ки дар ин ҳолат гардиши актин барои пароканда кардани стресс ҳангоми истироҳат муҳим буд [67]. Сеюм, дар системаи оптогенетикие, ки дар боло тавсиф шудааст, барои ба вуҷуд овардани кӯтоҳшавии пайвандҳо (қуттии 2), таҷрибачиён бояд системаи LOVpep-ро дар муддати камтарин вақт фаъол кунанд, то деформатсияи пластикии пайвандро мушоҳида кунанд [54]. Ҳамин тариқ, дар ду системаи охир, барои мушоҳида кардани тағироти доимӣ ҳадди ақали қувва бояд истифода шавад.

4.3. Эндоцитоз

Якчанд мақолаҳои охирин робитаи байни тағирёбии дарозии пайвастшавӣ дар якқабатаҳои эпителиалӣ ва гардиши маҳаллии E-kadherinро мушоҳида кардаанд. Аввалан, назорати оптогенетикии контрактивии пайвандҳо нишон дод, ки эндоцитози E-кадхерин дар ҷараёни кӯтоҳшавӣ ба амал омадааст. Рангҳои иммунофлуоресцентӣ нишон дод, ки E-кадхерин аввал дар як ҳодисаи муттаҳидшавии аз формин вобаста пунктаҳоро ташкил медиҳад, сипас вобаста ба динамин дохил карда мешавад [54]. Ин мушоҳидаҳо бо ҳуҷайраҳои фарҳанг он чизеро, ки қаблан дар боло мушоҳида шуда буд, такрор мекунанд Дрозофила ҳангоми васеъшавии гермбанд [78]. Сониян, ҳангоми пӯшидани дорсалӣ, ки ба таназзули апикералии апикерозии апикалӣ такя мекунад, пайвандҳо ростии худро нигоҳ медоранд, сарфи назар аз кӯтоҳтар шудани таъсири мутақобилаи байни эндоцитозҳои Е-кадхерин ва фаровонии актомиозин дар пайвандҳо [79]. Вақте ки узв дароз мешавад ва зичии E-кадерин дар қад-қади пайванд коҳиш меёбад, актомиозин бештар аз ҳавзи миёнаравӣ барои нигоҳ доштани якпорчагии пайванд ҳангоми чингир шуданаш эндоцитоз мешавад (расми 4).а). Ин натиҷаҳо ба фикру мулоҳизаҳои механикии байни NMYII ва пайвандҳо, инчунин танзими эндоцитоз бо шиддат ишора мекунанд. Пайванди эҳтимолии байни шиддат ва эндоцитоз вобаста ба шиддати E-кадхерин аз тадқиқоте бармеояд, ки гардиши E-кадхерин тавассути локализатсияи вобаста ба шиддати p120-катенин аз пайвандҳо ба ситоплазма танзим мешавад. Дар натиҷа, гардиши E-cadherin ба часпакии бофта таъсир мерасонад [80].

Расми 4. (а) Е-кадхерин дар баробари пайвандҳо тавассути эндоцитоз пас аз кашиш хориҷ карда мешавад. (б) Як монолайери бофтаи маъмулӣ, ки аз ҷониби модели қулла тавсиф шудааст, бо Λ ҳамчун шиддате, ки боиси пайвастшавӣ мегардад α дарозии Л шартнома баста. (в) Тасвири сафедаи ҷудокунандаи актин (зард) буридани риштаи актин (сабз) аз кунҷи муайян хам шуда in vitro бо кофилин ё дар C. elegans аз ҷониби виллин ва гелсолин.

Хулоса, деформатсияҳои доимӣ то имрӯз бо азнавсозии шабакаҳои нахдор дар дохили ҳуҷайраҳо тавассути гардиш ё пайванди байниҳамӣ алоқаманданд. Актин актёри маъмултарин дар пластикии ҳуҷайраҳо мебошад ва ҳадди аксар ба монанди давомнокӣ ва амплитудаи стресс муқаррар карда шудаанд. Нишон дода шудааст, ки пластикии пайвандҳо трафики E-kadherin-ро дар бар мегирад, ки ҳангоми кӯтоҳшавии пайвандҳо дохил карда шудааст.

5. Моделсозии пластикии ҳуҷайраҳо

Моделҳои физикаи классикӣ, хусусан механика, ҳоло стандарти биология мебошанд. Дар ин ҷо мо ба се роҳи гуногуни моделсозии пластикии биологӣ диққат медиҳем. Сарфи назар аз ҷузъҳои часпакӣ ва чандирӣ, ин қобилияти онҳо барои моделсозии деформатсияҳои доимист, ки онҳоро беназир месозад. Усули муаррифии деформатсияи пластикӣ одатан аз модели эластикӣ иборат аст, ки дар он тағир додани дарозии оромии чашма ҷорӣ карда мешавад [81]. Модели аввал тағироти молекулавиро, ки дар якҷоягӣ ба амал меоянд, баррасӣ мекунад, модели сеюм хосиятҳои асосии системаро тавсиф мекунад, ки ба хусусияти молекулавии тағирот ишора намекунад, дар ҳоле ки модели дуюм баъзе ҷанбаҳои молекулавиро бо хосиятҳои омехта омехта мекунад.

Якум модели вертекс мебошад, ки барои деформатсияи доимии пайвастагиҳои ҳуҷайра дар бофта тағир дода шудааст. Дуюм, модели Келвин-Войгт, аз ҷумла ҷузъи ба ришват монанд, дарозшавии C. elegans embryo and involves information regarding the underlying molecular causes responsible for the plasticity of the epidermal tissue. Finally, a pair of iterated equations corresponding to an extension of a common viscoelastic power law is shown. This last model contains only a few macroscopic parameters, which very accurately reproduces the permanent changes of a fibroblast after it was subjected to multiple deformation cycles using a magnetic bead.

The vertex model is a common cellular-level description used to account for the behaviour of a two-dimensional tissue of polygonal cells [82,83]. It describes cells of different sizes interacting through tension along their shared junctions (figure 4б). Cells commonly change shape in a coordinated manner, causing permanent tissue deformations during morphogenesis. This can involve junction length modifications and cell intercalation initiated by junction remodelling [84]. The mechanical energy of the tissue is given by [55]:

The first term describes how cells resist compression, with А.α the area of cell α, ва А.0 the area at rest К. is the elasticity constant (J m −4 ) . The second describes how neighbouring cells and actomyosin contractions pull on junctions and deform them. This second term results from actomyosin contractility in the cell cortex and intercellular junctions П stands for the perimeters of the cells, and Γ is the elastic constant for contractility. The energy equation above gives the final state of the system when the tissue relaxes. Depending on the values given for the preferred area and perimeter, the tissue can flow like a viscous liquid or rebound like an elastic solid.

In classical vertex models, the interfacial tension and junction contractility remain constant [83]. However, when junctions shorten in a pulsatile fashion, tension changes such that the model cannot explain the ratchet-like shortening of the junctions and the permanent tissue deformation (for more complete explanations, see [55]). The modified mechanical energy equation for permanent deformation is as follows:

Here, the term Λij corresponds to the tension along the edge ij, ва εij is the attendant strain, the tension being the axial pulling force and the strain being the extent of the deformation. The two are related according to Λij = Yεij, бо Y as a spring constant this equation means that the tension along junctions varies, depending on the strain. The final step towards permanent deformation is to make the strain evolve beyond a critical strain εв. In that case, the more a junction is compressed, the faster its resting length will shrink. Simply put, if one were to compress a junction, it would remain slightly shorter after letting go due to the fact that the derivative of the resting length λ (расми 4б) is no longer zero. This model reproduces the junction behaviour, but only for one cycle. A complete ratchet-like multi-cycle model of the junction shortening requires that the resting length and the tension are both functions of the strain [55]. In addition to its predictive power, this model involves parameters at the subcellular level, such as the tension along the junctions and the strain. This model assumes that neighbouring cells in a tissue have identical mechanical properties, which is often not the case.

A second example with an adjustable resting length describes the elongation of the C. elegans embryo, which proceeds in a ratchet-like manner thanks to muscle contractions (see above figure 3г). As mentioned, muscles cause the bending of concentric actin cables beyond a critical angle, which causes villin to sever them, a phenomenon that has been observed directly in vitro using cofilin (figure 4в) [50,77]. In that case, the evolution of the embryo length, л, has been described using a modified Kelvin–Voigt model with the following equation [50]:

The first term consists of the viscosity η multiplied by the rate of the change in length dлт, which means that the resistance to movement increases with the speed of the movement. The next term is a spring equation with к as its constant and λ as its resting length. The final terms are forces actively generated by the muscles and the epidermis. Notice that this force equation is similar to the spatial derivative of the energy equation (5.2) in the previous model. Notice that this model assumes that the viscosity and elasticity of the entire worm can be described using two constants, η ва к, which is not strictly accurate.

The force from the epidermis is generated by an active component, actomyosin contractility in the lateral epidermal cells (Фseam), and a passive force depending on the same concentric actin bundles stretching circumferentially. These active and passive epidermal forces are related by

A related model is used to describe the slow relaxation phase of a suspended epithelial monolayer using a dashpot and spring in parallel, or a Maxwell model [20]. Again, writing that the time derivative of the spring's resting length is related to the strain is sufficient to predict the permanent deformation of the tissue. A very similar approach has also been used to describe the relaxation of the Дрозофила embryo cortex [21].

The last model we present describes the rheological properties of an isolated fibroblast, in which a magnetic bead is cyclically pulled to deform the cell (figure 3б). The model itself is borrowed from mechanics and is simply a modified viscoelastic power law response theory relying exclusively on compliances [57]. It represents the displacement, during and after the external deformation, respectively, as follows:

The parameters вve ва всаҳл are the viscoelastic and plastic compliances. The different times are as follows: т is time, т0 the duration of the applied force Ф ва т1 is when the force is removed. Only three parameters are required: the viscoelastic and plastic compliances, and the exponent of the time variable б. With only bulk properties as parameters, this model can describe a system for which the molecular details are unknown and can reproduce six deformation cycles.

The models mentioned above require the resting length to evolve as a function of time. To some extent, they also require information about molecular-level phenomena, such as the tension along with the junction or actin integrity. In these respects, they are different from the viscoelastic power law model, which deals with compliances (which are bulk properties) and the exponent of the time variable. In other words, these different models are implementations of plasticity at different scales, such as the cell or tissue levels.

The three models highlighted in this article are only a few among some that have been established and provide an idea of the utility, the mechanics, the complexity and the variety available. The vertex model describes junctions at the cell scale and, like the viscoplastic model for the C. elegans embryo that follows, requires changing a resting length. Without this extra condition, the deformation would be transient. By contrast, the third model relies on a couple of iterated equations and each iteration of the set accounts for the permanent change. This latter approach is impressive in its ability to reproduce a large number of stress/relaxation events. As mentioned, the final two approaches use continuum models describing the behaviour of the bulk of their systems. For instance, the third model describing a fibroblast did not require any information regarding the subcellular components only bulk mechanical properties such as compliance are employed. Such considerations can be weighed when choosing a model for one's system.

6. Summary and outlook

We have discussed how live-cell imaging and genetic studies in embryos, as well as novel methods with culture cells to study deformation with a better handle on force magnitude and duration, are converging to highlight the importance of actin remodelling to bring irreversible cell shape changes or dissipate tension. In many cases, this irreversibility involves a ratchet mechanism with threshold levels of forces to achieve permanent deformation.

While studies have so far converged on the importance of actin and E-cadherin turnover, the molecular details have not yet been fully laid out. It will be important to define whether there are shared biophysical processes common to several cell types, or if scenarios differ depending on whether the cell undergoes apical constriction or polarized junction shrinking. The molecular nature of the feedback pathways regulating junction viscoelasticity and force dissipation remains to be worked out. In particular, the role that mechanotransduction is bound to play in such processes has not been systematically explored. We generally know that adherens junction turnover is mechanosensitive [80], that NMYII enrichment at junctions is also mechanosensitive [79] or that muscle contractions induce PAK-1 activity in C. elegans [51], but this must be the tip of the iceberg. Further work is necessary to identify the molecular targets of the mechanical thresholds leading to viscoplasticity and the mechanical sensors responding to tension. Work in C. elegans has suggested that the degree of actin filament bending could correspond to a threshold and has identified several proteins involved in actin remodelling—it will be interesting to see how general this can be. Finally, the link between the parameters in the mechanical models and molecular entities is at best tentative, and it would help to connect them. The novel approaches recently designed to probe cell mechanics in vitro are offering exciting perspectives to complement the power of genetic analysis дар зинда.


Иқтибосҳо

Humphries, J. D., Byron, A. & Humphries, M. J. Integrin ligands at a glance. J. Cell Sci. 119, 3901–3903 (2006).

Maartens, A. P. & Brown, N. H. Anchors and signals: the diverse roles of integrins in development. Курр. боло. Дев. Biol. 112, 233–272 (2015).

Mould, A. P. & Humphries, M. J. Regulation of integrin function through conformational complexity: not simply a knee-jerk reaction? Курр. Фикр. Ҳуҷайраҳои биол. 16, 544–551 (2004).

De Franceschi, N., Hamidi, H., Alanko, J., Sahgal, P. & Ivaska, J. Integrin traffic—the update. J. Cell Sci. 128, 839–852 (2015).

Shattil, S. J., Kim, C. & Ginsberg, M. H. The final steps of integrin activation: the end game. Нат. Ваҳй Мол. Ҳуҷайраҳои биол. 11, 288–300 (2010).

Kim, C., Ye, F. & Ginsberg, M. H. Regulation of integrin activation. Анну. Rev. Cell Dev. Biol. 27, 321–345 (2011).

Legate, K. R. & Fassler, R. Mechanisms that regulate adaptor binding to β-integrin cytoplasmic tails. J. Cell Sci. 122, 187–198 (2009).

Arjonen, A., Alanko, J., Veltel, S. & Ivaska, J. Distinct recycling of active and inactive β1 integrins. Traffic 13, 610–625 (2012).

Nieswandt, B., Varga-Szabo, D. & Elvers, M. Integrins in platelet activation. J. Thromb. Haemost 7, 206–209 (2009).

Bouvard, D., Pouwels, J., De Franceschi, N. & Ivaska, J. Integrin inactivators: balancing cellular functions in vitro and in vivo. Нат. Ваҳй Мол. Ҳуҷайраҳои биол. 14, 432–444 (2013).

Sun, Z., Costell, M. & Fassler, R. Integrin activation by talin, kindlin and mechanical forces. Нат. Cell Biol. (2019).

Horton, E. R. et al. Definition of a consensus integrin adhesome and its dynamics during adhesion complex assembly and disassembly. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 17, 1577–1587 (2015).

Horton, E. R. et al. The integrin adhesome network at a glance. J. Cell Sci. 129, 4159–4163 (2016).

Paul, N. R., Jacquemet, G. & Caswell, P. T. Endocytic trafficking of integrins in cell migration. Курр. Biol. 25, R1092–R1105 (2015).

Valdembri, D. & Serini, G. Regulation of adhesion site dynamics by integrin traffic. Курр. Фикр. Ҳуҷайраҳои биол. 24, 582–591 (2012).

Alanko, J. et al. Integrin endosomal signalling suppresses anoikis. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 17, 1412–1421 (2015).

Nader, G. P. F., Ezratty, E. J. & Gundersen, G. G. FAK, talin and PIPKIγ regulate endocytosed integrin activation to polarize focal adhesion assembly. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 18, 491–503 (2016).

Ivaska, J. & Heino, J. Cooperation between integrins and growth factor receptors in signaling and endocytosis. Анну. Rev. Cell Dev. Biol. 27, 291–320 (2011).

Barrow-McGee, R. et al. 1-integrin–c-Met cooperation reveals an inside-in survival signalling on autophagy-related endomembranes. Нат. Коммун. 7, 11942 (2016).

Wilson, B. J., Allen, J. L. & Caswell, P. T. Vesicle trafficking pathways that direct cell migration in 3D and in vivo. Traffic. https://doi.org/10.1111/tra.12605 (2018).

Zhen, Y. & Stenmark, H. Cellular functions of Rab GTPases at a glance. J. Cell Sci. 128, 3171–3176 (2015).

Lobert, V. H. et al. Ubiquitination of α5б1 integrin controls fibroblast migration through lysosomal degradation of fibronectin–integrin complexes. Дев. Ҳуҷайра 19, 148–159 (2010).

Huet-Calderwood, C. et al. Novel ecto-tagged integrins reveal their trafficking in live cells. Нат. Коммун. 8, 570 (2017).

Dozynkiewicz, M. A. et al. Rab25 and CLIC3 collaborate to promote integrin recycling from late endosomes/lysosomes and drive cancer progression. Дев. Ҳуҷайра 22, 131–145 (2012).

Bridgewater, R. E., Norman, J. C. & Caswell, P. T. Integrin trafficking at a glance. J. Cell Sci. 125, 3695–3701 (2012).

Kaksonen, M. & Roux, A. Mechanisms of clathrin-mediated endocytosis. Нат. Ваҳй Мол. Ҳуҷайраҳои биол. 19, 313–326 (2018).

Nishimura, T. & Kaibuchi, K. Numb controls integrin endocytosis for directional cell migration with aPKC and PAR-3. Дев. Ҳуҷайра 13, 15–28 (2007).

Ezratty, E. J., Partridge, M. A. & Gundersen, G. G. Microtubule-induced focal adhesion disassembly is mediated by dynamin and focal adhesion kinase. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 7, 581–590 (2005).

Ezratty, E. J., Bertaux, C., Marcantonio, E. E. & Gundersen, G. G. Clathrin mediates integrin endocytosis for focal adhesion disassembly in migrating cells. J. Cell Biol. 187, 733–747 (2009).

Eskova, A. et al. An RNAi screen identifies KIF15 as a novel regulator of the endocytic trafficking of integrin. J. Cell Sci. 127, 2433–2447 (2014).

Atherton, P., Lausecker, F., Harrison, A. & Ballestrem, C. Low-intensity pulsed ultrasound promotes cell motility through vinculin-controlled Rac1 GTPase activity. J. Cell Sci. 130, 2277–2291 (2017).

Lakshminarayan, R. et al. Galectin-3 drives glycosphingolipid-dependent biogenesis of clathrin-independent carriers. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 16, 592–603 (2014).

Doherty, G. J. et al. The endocytic protein GRAF1 is directed to cell–matrix adhesion sites and regulates cell spreading. Мол. Biol. Ҳуҷайра 22, 4380–4389 (2011).

Bass, M. D. et al. A syndecan-4 hair trigger initiates wound healing through caveolin- and RhoG-regulated integrin endocytosis. Дев. Ҳуҷайра 21, 681–693 (2011).

del Pozo, M. A. et al. Phospho-caveolin-1 mediates integrin-regulated membrane domain internalization. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 7, 901–908 (2005).

Shi, F. & Sottile, J. Caveolin-1-dependent 1 integrin endocytosis is a critical regulator of fibronectin turnover. J. Cell Sci. 121, 2360–2371 (2008).

Fabbri, M. et al. Dynamic partitioning into lipid rafts controls the endo-exocytic cycle of the αЛ2 integrin, LFA-1, during leukocyte chemotaxis. Мол. Biol. Ҳуҷайра 16, 5793–5803 (2005).

Gu, Z., Noss, E. H., Hsu, V. W. & Brenner, M. B. Integrins traffic rapidly via circular dorsal ruffles and macropinocytosis during stimulated cell migration. J. Cell Biol. 193, 61–70 (2011).

Pellinen, T. et al. Small GTPase Rab21 regulates cell adhesion and controls endosomal traffic of β1-integrins. J. Cell Biol. 173, 767–780 (2006).

Astro, V. et al. Liprin-α1 and ERC1 control cell edge dynamics by promoting focal adhesion turnover. Илм. Намояндагӣ 6, 33653 (2016).

Astro, V., Chiaretti, S., Magistrati, E., Fivaz, M. & de Curtis, I. Liprin- 1, ERC1 and LL5 define polarized and dynamic structures that are implicated in cell migration. J. Cell Sci. 127, 3862–3876 (2014).

Calderwood, D. A. et al. Integrin cytoplasmic domain interactions with phosphotyrosine-binding domains: a structural prototype for diversity in integrin signaling. Proc. Натл Акад. Илм. ИМА 100, 2272–2277 (2003).

Sandri, C. et al. The R-Ras/RIN2/Rab5 complex controls endothelial cell adhesion and morphogenesis via active integrin endocytosis and Rac signaling. Cell Res. 22, 1479–1501 (2012).

Teckchandani, A. et al. Quantitative proteomics identifies a Dab2/integrin module regulating cell migration. J. Cell Biol. 186, 99–111 (2009).

Teckchandani, A., Mulkearns, E. E., Randolph, T. W., Toida, N. & Cooper, J. A. The clathrin adaptor Dab2 recruits EH domain scaffold proteins to regulate integrin 1 endocytosis. Мол. Biol. Ҳуҷайра 23, 2905–2916 (2012).

Ramsay, A. G. et al. HS1-associated protein X-1 regulates carcinoma cell migration and invasion via clathrin-mediated endocytosis of integrin αvб6. Саратоншиносӣ. 67, 5275–5284 (2007).

De Franceschi, N. et al. Selective integrin endocytosis is driven by interactions between the integrin α-chain and AP2. Нат. Сохтор. Мол. Biol. 23, 172–179 (2016).

Yu, C. H. et al. Integrin-β3 clusters recruit clathrin-mediated endocytic machinery in the absence of traction force. Нат. Коммун. 6, 8672 (2015).

Mygind, K. J., Schwarz, J., Sahgal, P., Ivaska, J. & Kveiborg, M. Loss of ADAM9 expression impairs β1 integrin endocytosis, focal adhesion formation and cancer cell migration. J. Cell Sci. 131, jcs205393 (2018).

Morgan, M. R. et al. Syndecan-4 phosphorylation is a control point for integrin recycling. Дев. Ҳуҷайра 24, 472–485 (2013).

Mai, A. et al. Distinct c-Met activation mechanisms induce cell rounding or invasion through pathways involving integrins, RhoA and HIP1. J. Cell Sci. 127, 1938–1952 (2014).

Hang, Q. et al. A key regulator of cell adhesion: identification and characterization of important Н-glycosylation sites on integrin α5 for cell migration. Мол. Ҳуҷайра. Biol. 37, e00558–16 (2017).

Caswell, P. T. et al. Rab25 associates with α5б1 integrin to promote invasive migration in 3D microenvironments. Дев. Ҳуҷайра 13, 496–510 (2007).

Sun, L. et al. Rab34 regulates adhesion, migration, and invasion of breast cancer cells. Онкоген 37, 3698–3714 (2018).

Argenzio, E. et al. CLIC4 regulates cell adhesion and 1 integrin trafficking. J. Cell Sci. 127, 5189–5203 (2014).

Allaire, P. D. et al. Interplay between Rab35 and Arf6 controls cargo recycling to coordinate cell adhesion and migration. J. Cell Sci. 126, 722–731 (2013).

Riggs, K. A. et al. Regulation of integrin endocytic recycling and chemotactic cell migration by syntaxin 6 and VAMP3 interaction. J. Cell Sci. 125, 3827–3839 (2012).

Tiwari, A. et al. Endothelial cell migration on fibronectin is regulated by syntaxin 6-mediated α5б1 integrin recycling. J. Biol. Химия. 286, 36749–36761 (2011).

Shafaq-Zadah, M. et al. Persistent cell migration and adhesion rely on retrograde transport of β1 integrin. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 18, 54–64 (2016).

McNally, K. E. et al. Retriever is a multiprotein complex for retromer-independent endosomal cargo recycling. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 19, 1214–1225 (2017).

Böttcher, R. T. et al. Sorting nexin 17 prevents lysosomal degradation of β1 integrins by binding to the β1-integrin tail. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 14, 584–592 (2012).

Steinberg, F., Heesom, K. J., Bass, M. D. & Cullen, P. J. SNX17 protects integrins from degradation by sorting between lysosomal and recycling pathways. J. Cell Biol. 197, 219–230 (2012).

Ratcliffe, C. D. H., Sahgal, P., Parachoniak, C. A., Ivaska, J. & Park, M. Regulation of cell migration and β1 integrin trafficking by the endosomal adaptor GGA3. Traffic 17, 670–688 (2016).

Diggins, N. L., Kang, H., Weaver, A. & Webb, D. J. α5б1 integrin trafficking and Rac activation are regulated by APPL1 in a Rab5-dependent manner to inhibit cell migration. J. Cell Sci. 131, jcs207019 (2018).

Sahgal, P. et al. GGA2 and RAB13 regulate activity-dependent β1-integrin recycling. Preprint at https://www.biorxiv.org/content/early/2018/06/22/353086 (2018).

Perini, E. D., Schaefer, R., Stöter, M., Kalaidzidis, Y. & Zerial, M. Mammalian CORVET is required for fusion and conversion of distinct early endosome subpopulations. Traffic 15, 1366–1389 (2014).

Jonker, C. T. H. et al. Vps3 and Vps8 control integrin trafficking from early to recycling endosomes and regulate integrin-dependent functions. Нат. Коммун. 9, 792 (2018).

Zech, T. et al. The Arp2/3 activator WASH regulates α5б1-integrin-mediated invasive migration. J. Cell Sci. 124, 3753–3759 (2011).

Jacquemet, G., Humphries, M. J. & Caswell, P. T. Role of adhesion receptor trafficking in 3D cell migration. Курр. Фикр. Ҳуҷайраҳои биол. 25, 627–632 (2013).

Mana, G. et al. PPFIA1 drives active α5б1 integrin recycling and controls fibronectin fibrillogenesis and vascular morphogenesis. Нат. Коммун. 7, 13546 (2016).

Hamidi, H. & Ivaska, J. Vascular morphogenesis: an integrin and fibronectin highway. Курр. Biol. 27, R158–R161 (2017).

Rainero, E. Extracellular matrix internalization links nutrient signalling to invasive migration. Int. J. Exp. Патол. 99, 4–9 (2018).

Bridgewater, R. E., Streuli, C. H. & Caswell, P. T. Extracellular matrix promotes clathrin-dependent endocytosis of prolactin and STAT5 activation in differentiating mammary epithelial cells. Илм. Намояндагӣ 7, 4572 (2017).

Du, J. et al. Integrin activation and internalization on soft ECM as a mechanism of induction of stem cell differentiation by ECM elasticity. Proc. Натл Акад. Илм. ИМА 108, 9466–9471 (2011).

Caswell, P. & Norman, J. Endocytic transport of integrins during cell migration and invasion. Trends Cell Biol 18, 257–263 (2008).

Hamidi, H., Pietilä, M. & Ivaska, J. The complexity of integrins in cancer and new scopes for therapeutic targeting. Бр. J. Cancer 115, 1017–1023 (2016).

Hamidi, H. & Ivaska, J. Every step of the way: integrins in cancer progression and metastasis. Нат. Ваҳй Саратон 18, 533–548 (2018).

Meighan, C. M. & Schwarzbauer, J. E. Temporal and spatial regulation of integrins during development. Курр. Фикр. Ҳуҷайраҳои биол. 20, 520–524 (2008).

Akhtar, N. & Streuli, C. H. An integrin–ILK–microtubule network orients cell polarity and lumen formation in glandular epithelium. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 15, 17–27 (2013).

Bryant, D. M. & Mostov, K. E. From cells to organs: building polarized tissue. Нат. Ваҳй Мол. Ҳуҷайраҳои биол. 9, 887–901 (2008).

Lee, J. L. & Streuli, C. H. Integrins and epithelial cell polarity. J. Cell Sci. 127, 3217–3225 (2014).

Bedzhov, I. & Zernicka-Goetz, M. Self-organizing properties of mouse pluripotent cells initiate morphogenesis upon implantation. Ҳуҷайра 156, 1032–1044 (2014).

Shahbazi, M. N. & Zernicka-Goetz, M. Deconstructing and reconstructing the mouse and human early embryo. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 20, 878–887 (2018).

Bogdanović, O. et al. Numb/Numbl–Opo antagonism controls retinal epithelium morphogenesis by regulating integrin endocytosis. Дев. Ҳуҷайра 23, 782–795 (2012).

Martinez-Morales, J. R. et al. Ojoplano-mediated basal constriction is essential for optic cup morphogenesis. Рушд 136, 2165–2175 (2009).

Valdembri, D. et al. Neuropilin-1/GIPC1 signaling regulates α5б1 integrin traffic and function in endothelial cells. PLoS Biol. 7, e25 (2009).

Hakanpaa, L. et al. Endothelial destabilization by angiopoietin-2 via integrin β1 фаъолсозӣ. Нат. Коммун. 6, 5962 (2015).

Hakanpaa, L. et al. Targeting β1-integrin inhibits vascular leakage in endotoxemia. Proc. Натл Акад. Илм. ИМА 115, E6467–E6476 (2018).

Georgiadou, M. et al. AMPK negatively regulates tensin-dependent integrin activity. J. Cell Biol. 216, 1107–1121 (2017).

Rainero, E. et al. Ligand-occupied integrin internalization links nutrient signaling to invasive migration. Намояндаи Cell 10, 398–413 (2015).

Goreczny, G. J., Forsythe, I. J. & Turner, C. E. Hic-5 regulates fibrillar adhesion formation to control tumor extracellular matrix remodeling through interaction with tensin1. Онкоген 37, 1699–1713 (2018).

Muranen, T. et al. Starved epithelial cells uptake extracellular matrix for survival. Нат. Коммун. 8, 13989 (2017).

Georgiadou, M. & Ivaska, J. Tensins: bridging AMP-activated protein kinase with integrin activation. Trends Cell Biol 27, 703–711 (2017).

Yuan, L., Fairchild, M. J., Perkins, A. D. & Tanentzapf, G. Analysis of integrin turnover in fly myotendinous junctions. J. Cell Sci. 123, 939–946 (2010).

Pines, M. et al. Mechanical force regulates integrin turnover in Дрозофила дар vivo. Нат. Ҳуҷайраҳои биол. 14, 935–943 (2012).

López-Ceballos, P., Herrera-Reyes, A. D., Coombs, D. & Tanentzapf, G. In vivo regulation of integrin turnover by outside-in activation. J. Cell Sci. 129, 2912–2924 (2016).

Wallroth, A. & Haucke, V. Phosphoinositide conversion in endocytosis and the endolysosomal system. J. Biol. Химия. 293, 1526–1535 (2018).

Ribeiro, I., Yuan, L., Tanentzapf, G., Dowling, J. J. & Kiger, A. Phosphoinositide regulation of integrin trafficking required for muscle attachment and maintenance. PLoS Genet. 7, e1001295 (2011).

Ketel, K. et al. A phosphoinositide conversion mechanism for exit from endosomes. Табиат 529, 408–412 (2016).

Brower, D. L. Platelets with wings: the maturation of Дрозофила integrin biology. Курр. Фикр. Ҳуҷайраҳои биол. 15, 607–613 (2003).

Bhuin, T. & Roy, J. K. Rab11 is required for cell adhesion, maintenance of cell shape and actin-cytoskeleton organization during Дрозофила wing development. Int. J. Dev. Biol. 55, 269–279 (2011).

Tsunoyama, T. A. et al. Super-long single-molecule tracking reveals dynamic-anchorage-induced integrin function. Нат. Химия. Biol. 14, 497–506 (2018).

Hogg, N., Patzak, I. & Willenbrock, F. The insider’s guide to leukocyte integrin signalling and function. Нат. Ваҳй Иммунол. 11, 416–426 (2011).

Strachan, L. R. & Condic, M. L. Cranial neural crest recycle surface integrins in a substratum-dependent manner to promote rapid motility. J. Cell Biol. 167, 545–554 (2004).

Spicer, E., Suckert, C., Al-Attar, H. & Marsden, M. Integrin α5б1 function is regulated by XGIPC/kermit2 mediated endocytosis during Xenopus laevis gastrulation. PLOS ЯК 5, e10665 (2010).

Lilja, J. & Ivaska, J. Integrin activity in neuronal connectivity. J. Cell Sci. 131, jcs212803 (2018).

Clegg, D. O., Wingerd, K. L., Hikita, S. T. & Tolhurst, E. C. Integrins in the development, function and dysfunction of the nervous system. Фронт. Biosci. 8, d723–d750 (2003).

Franco, S. J. & Müller, U. Extracellular matrix functions during neuronal migration and lamination in the mammalian central nervous system. Дев. Нейробиол. 71, 889–900 (2011).

Frick, A. et al. Proper cerebellar development requires expression of β1-integrin in Bergmann glia, but not in granule neurons. Глия 60, 820–832 (2012).

Myers, J. P., Santiago-Medina, M. & Gomez, T. M. Regulation of axonal outgrowth and pathfinding by integrin–ECM interactions. Дев. Нейробиол. 71, 901–923 (2011).

Wojnacki, J. & Galli, T. Membrane traffic during axon development. Дев. Нейробиол. 76, 1185–1200 (2016).

Eva, R. et al. ARF6 directs axon transport and traffic of integrins and regulates axon growth in adult DRG neurons. J. Neurosci. 32, 10352–10364 (2012).

Eva, R. et al. Rab11 and its effector Rab coupling protein contribute to the trafficking of β1 integrins during axon growth in adult dorsal root ganglion neurons and PC12 cells. J. Neurosci. 30, 11654–11669 (2010).

Falk, J., Konopacki, F. A., Zivraj, K. H. & Holt, C. E. Rab5 and Rab4 regulate axon elongation in the Ксенопус visual system. J. Neurosci. 34, 373–391 (2014).

Koseki, H. et al. Selective Rab11 transport and the intrinsic regenerative ability of CNS axons. eLife 6, e26956 (2017).

Nieuwenhuis, B., Haenzi, B., Andrews, M. R., Verhaagen, J. & Fawcett, J. W. Integrins promote axonal regeneration after injury of the nervous system. Biol. Ваҳй. 93, 1339–1362 (2018).

Rehberg, K. et al. The serine/threonine kinase Ndr2 controls integrin trafficking and integrin-dependent neurite growth. J. Neurosci. 34, 5342–5354 (2014).

Das, L. et al. Characterization of laminin binding integrin internalization in prostate cancer cells. J. Cell. Биохимия. 118, 1038–1049 (2017).

Spiess, M. et al. Active and inactive β1 integrins segregate into distinct nanoclusters in focal adhesions. J. Cell Biol. 217, 1929–1940 (2018).

Eisler, S.A. et al. A Rho signaling network links microtubules to PKD controlled carrier transport to focal adhesions. eLife 7, e35907 (2018).

De Franceschi, N. et al. ProLIF—quantitative integrin protein–protein interactions and synergistic membrane effects on proteoliposomes. J. Cell Sci. 132, jcs214270 (2018).

Streicher, P. et al. Integrin reconstituted in GUVs: a biomimetic system to study initial steps of cell spreading. Биохим. Биофиз. Акта 1788, 2291–2300 (2009).

Man, Y. K. S. et al. The novel oncolytic adenoviral mutant Ad5–3Δ-A20T retargeted to αvб6 integrins efficiently eliminates pancreatic cancer cells. Мол. Cancer Ther. 17, 575–587 (2018).

Rainero, E. & Norman, J. C. Late endosomal and lysosomal trafficking during integrin-mediated cell migration and invasion: cell matrix receptors are trafficked through the late endosomal pathway in a way that dictates how cells migrate. Bioessays 35, 523–532 (2013).

Ванг, Ю.ва дигарон. Formin-like 2 promotes β1-integrin trafficking and invasive motility downstream of PKCα. Дев. Ҳуҷайра 34, 475–483 (2015).

Hines, J. H., Abu-Rub, M. & Henley, J. R. Asymmetric endocytosis and remodeling of β1-integrin adhesions during growth cone chemorepulsion by MAG. Нат. Нейроски. 13, 829–837 (2010).

Palamidessi, A. et al. The GTPase-activating protein RN-tre controls focal adhesion turnover and cell migration. Курр. Biol. 23, 2355–2364 (2013).

Qu, F. et al. Ankyrin-B is a PI3P effector that promotes polarized α5б1-integrin recycling via recruiting RabGAP1L to early endosomes. eLife 5, e20417 (2016).

Maekawa, M. et al. Cullin-3 and its adaptor protein ANKFY1 determine the surface level of integrin β1 in endothelial cells. Biol. Кушодан 6, 1707–1719 (2017).

Theret, L. et al. Identification of LRP-1 as an endocytosis and recycling receptor for β1-integrin in thyroid cancer cells. Oncotarget 8, 78614–78632 (2017).

Wujak, L. et al. Low density lipoprotein receptor-related protein 1 couples β1 integrin activation to degradation. Ҳуҷайра. Мол. Ҳаёт Sci. 75, 1671–1685 (2018).

Margiotta, A., Progida, C., Bakke, O. & Bucci, C. Rab7a regulates cell migration through Rac1 and vimentin. Биохим. Биофиз. Акта мол. Cell Res 1864, 367–381 (2017).

Das, L. et al. Novel regulation of integrin trafficking by Rab11–FIP5 in aggressive prostate cancer. Мол. Саратоншиносӣ. 16, 1319–1331 (2018).

Hülsbusch, N., Solis, G. P., Katanaev, V. L. & Stuermer, C. A. O. Reggie-1/flotillin-2 regulates integrin trafficking and focal adhesion turnover via Rab11a. Ёвро. J. Cell Biol. 94, 531–545 (2015).

Icha, J., Weber, M., Waters, J. C. & Norden, C. Phototoxicity in live fluorescence microscopy, and how to avoid it. Bioessays 39, 1700003 (2017).

Laissue, P. P., Alghamdi, R. A., Tomancak, P., Reynaud, E. G. & Shroff, H. Assessing phototoxicity in live fluorescence imaging. Нат. Усулҳо 14, 657–661 (2017).

Liu, T. L. et al. Observing the cell in its native state: imaging subcellular dynamics in multicellular organisms. Илм 360, eaaq1392 (2018).

Picco, A. & Kaksonen, M. Quantitative imaging of clathrin-mediated endocytosis. Курр. Фикр. Ҳуҷайраҳои биол. 53, 105–110 (2018).

Elkhatib, N. et al. Tubular clathrin/AP-2 lattices pinch collagen fibers to support 3D cell migration. Илм 356, eaal4713 (2017).

Nordenfelt, P. et al. Direction of actin flow dictates integrin LFA-1 orientation during leukocyte migration. Нат. Коммун. 8, 2047 (2017).

Martineau, M. et al. Semisynthetic fluorescent pH sensors for imaging exocytosis and endocytosis. Нат. Коммун. 8, 1412 (2017).

Wood, L. A., Larocque, G., Clarke, N. I., Sarkar, S. & Royle, S. J. New tools for hot-wiring clathrin-mediated endocytosis with temporal and spatial precision. J. Cell Biol. 216, 4351–4365 (2017).


Хуш омадед!

The Department of Cell and Tissue Biology (CTB) was established in 2005 and includes 15 faculty with primary appointments and three faculty with secondary appointments. Additionally, the department is home to numerous postdoctoral fellows as well as graduate students in programs ranging from Biomedical Sciences, Tetrad and Biophysics to Developmental & Stem Cell Biology and Oral & Craniofacial Sciences. Faculty research interests include cell biology mechanisms relevant to cytoskeletal dynamics, development, metabolism, cancer, immunology and neurobiology, which are focus areas of our department. CTB faculty members are committed to graduate education and postgraduate training, and are actively engaged in ensuring a collaborative and collegial environment.

Research Mission

Faculty in the Department of Cell and Tissue Biology investigate basic molecular, cellular and tissue processes to achieve fundamental insights, and as a vehicle for understanding and treating disease, by focusing quantitative and mechanistic approaches on one or more of the following three broad research questions:

  1. How are cellular organization and behavior across scales controlled by molecular and biophysical cues?
  2. How is cell fate determined and maintained, and how are resulting cell and tissue morphologies and functions established?
  3. How do biochemical and biomechanical signaling and other forms of cell communication transmit information?

Diversity Commitment

The Department of Cell and Tissue Biology is committed to the success of all department members. We recognize that diversity of thought and approaches and perspectives pushes the boundaries of science. Our department, like UCSF and the city of San Francisco, has a diverse makeup with people from around the world and of different identities. We recognize that the demographics of basic science departments, including ours, may not be representative of the demographics of trainees or the region and thus we are missing out on great potential. As a department, we strive to recruit, retain, and nourish our community members of all backgrounds to expand opportunities in science.


Видеоро тамошо кунед: Funny video. kormane song. duet boys vs girls.. whatapp status #funnyvideo #statusstar01 (Январ 2022).