Гипотеза дифференциальной адгезии ( DAH ) - это гипотеза, которая объясняет движение клеток во время морфогенеза с помощью термодинамических принципов. В DAH ткани рассматриваются как жидкости, состоящие из подвижных клеток, разная степень поверхностной адгезии которых заставляет их спонтанно реорганизовываться, чтобы минимизировать их межфазную свободную энергию . [1] Другими словами, согласно DAH, клетки перемещаются, чтобы быть рядом с другими клетками с аналогичной силой сцепления, чтобы максимизировать прочность связи между клетками и создать более термодинамически стабильную структуру. [2]Таким образом, движение клеток во время формирования ткани, согласно DAH, пародирует поведение смеси жидкостей. [3] Хотя изначально он был мотивирован проблемой понимания поведения сортировки клеток у эмбрионов позвоночных, DAH впоследствии был применен для объяснения некоторых других морфогенных явлений. [4]
Задний план
Истоки DAH можно проследить до исследования Филипа Л. Таунса и Йоханнеса Хольтфретера в 1955 году . [4] В этом исследовании Таунс и Хольтфретер поместили три зародышевых листка земноводных в щелочной раствор, позволив им диссоциировать на отдельные клетки, и смешали эти разные типы клеток вместе. Клетки разных видов использовались, чтобы иметь возможность визуально наблюдать и отслеживать их движения. Клетки сходных типов мигрировали в свое правильное положение и повторно собрались, чтобы сформировать зародышевые листы в их правильных для развития положениях. Этот эксперимент продемонстрировал, что организация ткани может происходить независимо от выбранного пути, подразумевая, что она опосредуется силами, которые постоянно присутствуют, и не возникает исключительно из хронологической последовательности предшествующих ему событий развития. [3]
На основании этих результатов Холтфретер разработал свою концепцию избирательного сродства и выдвинул гипотезу, что своевременные изменения избирательного сродства клеток друг к другу на протяжении развития управляют морфогенезом. [3] Для объяснения этих результатов было предложено несколько гипотез, включая «гипотезу времени» и «гипотезу дифференциального сжатия поверхности». [3] В 1964 году Малкольм Стейнберг представил «гипотезу дифференциальной адгезии», которая использует термодинамические принципы для описания и объяснения наблюдаемых паттернов сортировки и расположения клеток. [4]
Обзор
Согласно DAH, движение и ассортимент клеток регулируются спонтанной перестройкой клеток - почти так же, как жидкость - до более термодинамически стабильного равновесия. Это достигается за счет максимального увеличения количества энергии, которая используется для связывания ячеек вместе, что снижает доступную свободную энергию в системе. Поскольку ячейки с одинаковой прочностью поверхностной адгезии связываются друг с другом, энергия связи в системе в целом увеличивается, а свободная межфазная энергия уменьшается, что делает систему более термодинамически стабильной. Жидкости ведут себя схожим образом, но с молекулами, движущимися за счет кинетической энергии, а не подвижными клетками, движущимися из-за комбинации их кинетики и активного движения. [4]
Это позволяет сопоставить примеры расположения тканей с поведением жидкостей, например, растекание одной ткани по другой соответствует растеканию масла по воде; масло распространяется по воде, чтобы минимизировать слабые взаимодействия масло-вода и максимизировать более сильные взаимодействия вода-вода и масло-масло, клетки аналогичным образом сортируются, чтобы быть рядом с другими ячейками с аналогичной силой сцепления и связываться с ними. [3] Другие взаимодействия тканей, которые DAH предлагает объяснение, включают иерархию тканей, где ткани с более слабой поверхностной адгезией окружают ткани с более сильной поверхностной адгезией, округление нерегулярных клеточных масс, чтобы стать сферическими, а также сортировку клеток и построение анатомических структур, которые происходят независимо от пройденного пути. [3]
DAH не полагается на качественные различия в адгезии клеток, а только на количественные различия в силе их поверхностной адгезии. [5] DAH был подтвержден экспериментально и с помощью вычислительных моделей. [4]
Приложения
Начиная с его первоначальной формулировки в контексте эмбриогенеза позвоночных, DAH использовался для объяснения некоторых других морфогенных явлений, включая заживление ран и эпителиально-мезенхимальный переход при прогрессировании и метастазировании рака . [4]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Foty, Ramsey A .; Стейнберг, Малкольм С. (1 февраля 2005 г.). «Гипотеза дифференциальной адгезии: прямая оценка». Биология развития . 278 (1): 255–263. DOI : 10.1016 / j.ydbio.2004.11.012 . PMID 15649477 .
- ^ Дюгуай, герцог; Foty, Ramsey A .; Стейнберг, Малкольм С. (15 января 2003 г.). «Кадгерин-опосредованная адгезия клеток и сегрегация тканей: качественные и количественные детерминанты». Биология развития . 253 (2): 309–323. DOI : 10.1016 / S0012-1606 (02) 00016-7 . PMID 12645933 .
- ^ а б в г д е Стейнберг, Малькольм С. (15 декабря 1996 г.). «Адгезия в развитии: исторический обзор». Биология развития . 180 (2): 377–388. DOI : 10,1006 / dbio.1996.0312 . PMID 8954711 .
- ^ а б в г д е Стейнберг, Малкольм С. (август 2007 г.). «Дифференциальная адгезия в морфогенезе: современный взгляд». Текущее мнение в области генетики и развития . 17 (4): 281–286. DOI : 10.1016 / j.gde.2007.05.002 . PMID 17624758 .
- ^ Форгач, Габор; Foty, Ramsey A .; Шафрир, Йинон; Стейнберг, Малькольм С. (май 1998 г.). «Вязкоупругие свойства живых эмбриональных тканей: количественное исследование» . Биофизический журнал . 74 (5): 2227–2234. Bibcode : 1998BpJ .... 74.2227F . DOI : 10.1016 / S0006-3495 (98) 77932-9 . PMC 1299566 . PMID 9591650 .