Распознавание клетки-клетки - это способность клетки отличать один тип соседней клетки от другого. [1] Это явление происходит, когда комплементарные молекулы встречаются на противоположных поверхностях клеток. Рецептор на одной клеточной поверхности связывается со своим специфическим лигандом на соседней клетке, инициируя каскад событий, которые регулируют поведение клетки, начиная от простой адгезии до сложной клеточной дифференцировки. [2] Как и другие клеточные функции, на распознавание клетки-клетки влияют вредные мутации в задействованных генах и белках, что может привести к ошибкам. Биологические события, происходящие из-за распознавания клетки-клетки, важны для развития животных, микробиомов и медицины человека.
Основы
Распознавание клетка-клетка происходит, когда две молекулы, ограниченные плазматическими мембранами разных клеток, связываются друг с другом, вызывая реакцию на общение, сотрудничество, транспорт, защиту и / или рост. Вместо того, чтобы вызывать дистальный ответ, как могут вызывать секретируемые гормоны, этот тип связывания требует, чтобы клетки с сигнальными молекулами находились в непосредственной близости друг от друга. Эти события можно сгруппировать в две основные категории: внутреннее распознавание и внешнее распознавание . [3] Внутреннее распознавание - это когда клетки, которые являются частью одного и того же организма, связываются. [3] Внешнее распознавание - это когда клетка одного организма распознает клетку другого организма, например, когда клетка млекопитающего обнаруживает микроорганизм в организме. [3] Молекулы, которые завершают это связывание, состоят из белков, углеводов и липидов, в результате чего образуются различные гликопротеины , липопротеины и гликолипопротеины. [3] Исследования показывают, что гликан-гликановые взаимодействия, составляющие примерно 200-300 пН, также могут играть роль в распознавании клеток. [4] В частности, было изучено, что сложные углеводы чрезвычайно важны для распознавания клеток, особенно когда они распознаются комплементарными углеводами. Чтобы гарантировать правильный сайт связывания, проверяя прилегающие области или закрепляя связь, которая ранее была сделана, сложные углеводы и их дополнительные углеводы могут создавать гибкие системы взаимодействия. Эти взаимодействия, хотя и являются слабыми, были изучены на множестве испытуемых, включая, помимо прочего, эмбриональные клетки мыши, эпителиальные клетки роговицы и клетки эмбриональной карциномы человека. [4]
Биологические функции для внутреннего распознавания
Рост и развитие
Одна из основных версий распознавания адгезии клетка-клетка может наблюдаться у губок , наиболее примитивной группы в животном мире. Губки развиваются путем объединения отдельных клеток в более крупные скопления. Посредством мембранно-связывающих белков и секретируемых ионов отдельные клетки губок могут координировать агрегацию, предотвращая слияние между разными видами или даже разными людьми. [5] Это было обнаружено, когда попытки привить клетки губок от разных видов или особей одного и того же вида не увенчались успехом, в то время как попытки использовать клетки от одного и того же человека успешно слились. [5] Это, вероятно, связано с различными кадгеринами , кальций-связывающим мембранным белком, экспрессируемым разными видами губок и людьми. [5] Кадгерины также присутствуют в более сложных организмах. У эмбрионов мышей E-кадгерин на клеточных мембранах отвечает за адгезию клеток, необходимую для уплотнения эмбриона. [6]
Распознавание клеток для ответа на травму
Когда большой многоклеточный организм получает повреждение, распознавание клеток часто участвует в переносе определенных типов клеток к месту повреждения. Типичным примером этого являются клетки животных, экспрессирующие селектин. Селектин - это рецепторный белок, обнаруженный на мембранах лейкоцитов, тромбоцитов и эндотелиальных клеток, который связывает мембраносвязанные гликаны. [7] В ответ на повреждение эндотелиальные клетки будут экспрессировать селектин, который связывается с гликанами, присутствующими на поверхности лейкоцитарных клеток. [7] Клетки тромбоцитов, которые участвуют в восстановлении тканей, используют свои селектины для связывания с лейкоцитами на пути к эндотелиальным клеткам. [7] Затем лейкоциты используют свои собственные селектины для распознавания потенциальных патогенов в месте повреждения. [7] Таким образом, соответствующие клетки доставляются к месту повреждения для немедленного восстановления или вторжения микроорганизмов. [7]
Биологические функции для внешнего распознавания
Распознавание патогенов в иммунной системе
Клетки, обладающие способностью распознавания иммунной системой, включают макрофаги, дентритные клетки, Т-клетки и В-клетки. [8] Распознавание клеток-клеток особенно важно в системе врожденного иммунитета, которая идентифицирует патогены в самых общих чертах. Центральным в этом процессе является связывание рецепторов распознавания образов (PRR) фагоцитов и патоген-ассоциированных молекулярных структур (PAMP) в патогенных микроорганизмах. [8] Одним из типов PRR является группа интегральных мембранных гликопротеинов, называемых толл-подобными рецепторами (TLR), которые могут распознавать определенные липопротеины, пептидогликан, CpG-богатую ДНК и компоненты жгутиков в бактериальных клетках, а также гликопротеины и фосфолипиды из простейшие паразиты и конидии (споры грибов). [8] Связывание PAMP с белками TLR обычно приводит к внутреннему сигнальному каскаду, включающему ряд фосфорилирования, добавление фосфатной группы и убиквитинации, добавление небольшого белка, который маркирует молекулы для деградации, что в конечном итоге приводит к транскрипция генов, связанных с воспалением. [8] Использование TLR клетками врожденной иммунной системы привело к эволюционной битве между патогенными клетками, вырабатывающими различные PAMP, которые не могут быть распознаны, и иммунными клетками, развивающими новые мембранные белки, которые могут их распознавать. [8]
Бактериальная экология
Одноклеточные организмы могут связываться друг с другом через поверхностные рецепторы для сотрудничества и конкуренции. Это широко наблюдается у бактерий. Например, бактерии могут прикрепляться друг к другу посредством связывания белков внешней мембраны TraA и TraB для облегчения процесса, называемого обменом внешней мембраны (OME), который позволяет бактериальным клеткам обменивать мембранные липиды, сахара и токсины. [9] Распознавание клеток и OME могут быть достигнуты только при связывании вариантов TraA и TraB из одной группы распознавания. [9] Эти взаимодействия могут создавать физиологическое разнообразие, необходимое для устойчивости к антибиотикам в популяциях бактерий. [10] Eschericia палочка мембранный белок Chía участвует в процессе торможения контакт-зависимые (CDI) , в котором он связывается с рецепторами на конкурирующих E.coli штаммов и освобождает токсин , что рост предотвращает этих штаммов в то время как ингибирования клеток и члены этого штамма защищены. [9] Бактерия Proteus mirabilis использует белок T6SS, чтобы инициировать скопление и разрушение других бактериальных колоний при распознавании, либо путем высвобождения токсинов, либо путем высвобождения сигнальных белков в другие клетки P. mirabilis . [9] Связывание бактериальных поверхностных рецепторов для адгезии также участвует в формировании биопленок. [9]
Распознавание эритроцитов
Группы крови
Красные кровяные тельца содержат антигены в своих плазматических мембранах, которые определяют их как часть определенной категории клеток крови. Эти антигены могут быть полисахаридами, гликопротеинами или белками, связанными с GPI (гликолипидом). [11] Антигены различаются по сложности: от небольших молекул, связанных с внеклеточной стороной фосфолипидного бислоя, до крупных мембранных белков, которые многократно петляют между обеими сторонами мембраны. [11] Более мелкие полисахаридные антигены классифицируют клетки крови на типы A, B, AB и O, в то время как более крупные белковые антигены классифицируют клетки крови на типы Rh D-положительные и Rh D-отрицательные. [11] Хотя биологическая роль правильной группы крови неясна и может быть рудиментарной, последствия неправильной группы крови, как известно, серьезны. [11] Те же клетки, которые распознают PAMP на микробных патогенах, могут связываться с антигеном чужеродной клетки крови и распознавать его как патоген, потому что антиген незнаком. [11] Нелегко классифицировать распознавание эритроцитов как внутреннее или внешнее, поскольку чужеродная клетка может быть распознана как часть организма, если у нее есть подходящие антигены.
Вредные мутации
Мутации TLR
Мутации в рецепторных белках млекопитающих могут вызывать нарушения в распознавании клеток, повышая индивидуальную восприимчивость к определенным патогенам и хроническим состояниям. Когда мутации происходят в генах, которые кодируют TLR, белки могут потерять способность связываться с полисахаридами, липидами или белками на клеточной стенке или мембране одноклеточных патогенов, что приводит к неспособности врожденной иммунной системы реагировать на инфекцию. что позволяет болезни быстро развиваться. В частности, мутации в генах TLR2 и TLR4 часто участвуют в повышенной восприимчивости к патогенам. [12] Мутация треонина в цистеин в гене TRL2 была связана с неспособностью распознать Mycobacterium tuberculosis как возбудителя туберкулезного менингита. [13] Та же мутация, T597C, позже наблюдалась вместе с неспособностью распознать Mycobacterium leprae , возбудителя лепры. [14] Мутация аргинина в глутамин в TRL2, Arg753Gln, была связана с увеличением числа инфекций мочевыводящих путей у детей, вызванных грамположительными бактериями. [15] Множественные мутации в TLR4, Asp299Gly и Thr399Ile были вовлечены в восприимчивость к бактериальным патогенам, вызывающим пародонтит. [16] Связь мутаций TLR с болезнью Хрона также была исследована, но не дала убедительных доказательств. [17] Общей характеристикой этих миссенс-мутаций является то, что заменяемые аминокислотные остатки имеют заметно разные свойства боковой цепи, что, вероятно, способствует нарушению функции белка TLR.
Рекомендации
- ^ Кэмпбелл и др., Биология, восьмое издание , 2008 г. Pearson Education Inc.
- ^ Schnaar, Рональд Л., Научно - исследовательские цели , " Link ", 1 мая 2010
- ^ a b c d Аджит Варки и Джон Б. Лоу, Биологические роли гликанов, Основы гликобиологии, 2-е издание, Колд-Спринг-Харбор, 2009 г.
- ^ a b Bucior, Ивона (октябрь 2004 г.). "ScienceDirect" . www.sciencedirect.com . Проверено 13 мая 2019 .
- ^ a b c Ксавье Фернандес-Бускетс и Макс М. Бургер, Адгезия клеток и гистосовместимость губок. 1999. Microscopy Research and Technique 44: 204-218.
- ^ CB Ли, LL Ху, З. Д. Ван, SQ Чжун, Л. Лей. Регуляция инициации уплотнения у эмбриона мыши. И Чаун 2009 31 (12): 1177-1184
- ^ a b c d e Ричард Д. Каммингс и Роджер П. Макэвер, лектины C-типа, Essentials of Glycobiology, 2nd Edition Cold Spring Harbor, 2009
- ^ а б в г д Арика Шизо, Уэмацу С., Такеучи О. Распознавание патогенов и врожденный иммунитет 2006. Ячейка 124: 783–801
- ^ a b c d e Вера Тросель, П. Цао, Д. Уолл. Распознавание клеток и социальных сетей у бактерий. 2017. Экологическая микробиология 20 (3): 923-933
- ↑ Christopher N Vassallo, P Cao, A Conklin, H Finkelstein, CS Hayes, D. Wall. Инфекционные полиморфные токсины, доставляемые путем обмена через внешнюю мембрану, различают роды у миксобактерий. 2017. eLife Микробиология и инфекционные заболевания.
- ^ а б в г д Лора Дин. Антигены группы крови являются поверхностными маркерами на мембране эритроцитов. Группы крови и антигены эритроцитов. 2005. Национальный центр биотехнологической информации.
- ^ MR Bhide, R Mucha, I. Mikula Jr, L Kisova, R Skrabana, M Novak, I. Mikula Sr. Новые мутации в генах TLR вызывают гипореактивность к Mycobacterium avium subsp. паратуберкулезная инфекция. 2009. BMC Genet 10 (21).
- ^ NTT Thuong, TR Hawn, GE Thwaites, TTH Chau, NTN Lan, HT Quy, NT Hieu, A Aderem, TT Hien, JJ Farrar, SJ Dunstan. Полиморфизм человеческого TRL2 связан с повышенной восприимчивостью к туберкулезному менгиту. 2007. Гены и иммунитет 8: 422-428
- ^ PY Buchod, TR Хоун, М. Р. Сиддики, Р Саундерсон, S Бриттон, я Авраам, АТ Argaw, М Джейнер, Л. П. Чжао, G Каплан, Aderem. Полиморфизм Toll-подобного рецептора 2 связан с реверсивной реакцией при лепре. 2008. Журнал инфекционных болезней 197 (2): 253-261
- ^ Y Табель, А Бердели, С Мир. Ассоциация полиморфизма Arg753Gln гена TRL2 с инфекциями мочевыводящих путей у детей. 2007. Int J Immunogenet 34 (6): 399-405
- ^ Т. Фукусаки, Н. Охара, Й-Хара, А. Йошимура, К. Йошиура. Доказательства связи между полиморфизмом гена Toll-подобного рецептора 4 и пародонтитом от умеренного до тяжелого в популяции Японии. 2007. J Periodontal Res 42 (6): 541-545.
- ^ J Hong, E Leung, AG Fraser, TR Merriman, P Vishnu, GW Krissansen. Полиморфизмы TLR2, TLR4 и TLR9 и болезнь Хрона в новозеландской кавказской когорте. 2007. Журнал гастроэнтерологии и гепатологии 22 (11): 1760-1766
Внешние ссылки
- Видео на YouTube: Распознавание патогенов в клетке макрофага