Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с мембраной из нанотрубок .
Высокое разрешение 3D живых клеток флуоресцентное изображение туннельного нанотрубки (ТНТ) (белая стрелка) , соединяющей две первичные мезотелиальными клетками один час после того, как покрытие на коллаген I стекла с покрытием крышки скольжения. Для облегчения обнаружения клеточные мембраны окрашивали WGA Alexa Fluor 488. Масштабная линейка: 20 мкм.
B Изображение TNT (черная стрелка) между двумя клетками с помощью сканирующей электронной микроскопии через один час после посева клеток. Масштабная линейка: 10 мкм. Окрашивание
C F-актина флуоресцентно меченным фаллоидином, показывающее, что актин присутствует в TNT между отдельными HPMC (белая стрелка). Масштабная линейка: 20 мкм.
DИзображение с помощью сканирующего электронного микроскопа связанного с субстратом филоподия-подобного расширения в качестве потенциального предшественника TNT (черная стрелка). На вставке показано флуоресцентное микроскопическое изображение связанных с субстратом филоподий-подобных выступов, приближающихся к соседней клетке (белая стрелка). Масштабная линейка: 2 мкм. [1]

Туннельный нанотрубка (ТНТ) или мембрана нанотрубка представляет собой термин , который был применен к выступам , которые простираются от плазменной мембраны , которая позволила различные клетки животных на ощупь на большие расстояния, иногда более 100 мкм между Т - клетками . [2] [3] [4] Два типа структур были названы нанотрубками. Первый тип имеет диаметр менее 0,7 микрометра, содержит актин и переносит части плазматической мембраны между клетками в обоих направлениях. Второй тип крупнее (> 0,7 мкм), содержит как актин, так и микротрубочки , и может нести компоненты цитоплазмы.такие как везикулы и органеллы между клетками [5], включая целые митохондрии . [6] Диаметр TNT колеблется от 50 до 200 нм, и они могут достигать длины в несколько диаметров ячейки. [6] Эти структуры могут быть вовлечены в клетки к клетке связи, [7] перенос нуклеиновых кислот между клетками в ткани , [8] и распространение патогенов или токсинов , таких как ВИЧ - инфекции [3] и прионов . [9] ТНТ наблюдали время жизни от нескольких минут до нескольких часов, [10] и несколько белков были вовлечены в их образование или ингибирование.

История [ править ]

Мембранные нанотрубки были впервые описаны в статье Cell 1999 г., посвященной развитию имагинальных дисков крыльев Drosophila melanogaster . [11] Совсем недавно в статье Science, опубликованной в 2004 году, были описаны структуры, которые соединяют вместе различные типы иммунных клеток, а также связи между клетками в тканевой культуре . [6] [12] Со времени этих публикаций было зарегистрировано больше TNT-подобных структур, содержащих различные уровни F-актина, микротрубочек и других компонентов, но оставшихся относительно однородными с точки зрения состава. [10]

Формирование [ править ]

В образовании нанотрубок могут быть задействованы несколько механизмов. К ним относятся молекулярные механизмы контроля, а также межклеточные взаимодействия.

Были предложены два основных механизма образования TNT. Первый включает цитоплазматические выступы, простирающиеся от одной клетки к другой, где они сливаются с мембраной клетки-мишени. [6] Во-вторых, когда две ранее соединенные клетки удаляются друг от друга, TNT остаются мостами между двумя клетками. [3] [13]

Индукция [ править ]

Было показано, что некоторые дендритные клетки и моноциты THP-1 соединяются через туннельные нанотрубки и демонстрируют приток кальция при воздействии бактериальных или механических стимулов. Было показано, что TNT-опосредованная передача сигналов вызывает распространение в клетках-мишенях, подобное ламеллиподиям, возникающим при воздействии на дендритные клетки бактериальных продуктов. TNT, продемонстрированные в этом исследовании, распространялись с начальной скоростью 35 микрометров в секунду и показали, что они соединяют моноциты THP-1 с нанотрубками длиной до 100 микрометров. [14]

Наблюдалось образование цитонем в направлении градиента BnL-FGF , что позволяет предположить, что хемотаксические регуляторы могут индуцировать образование TNT-подобных структур. [11] Подтверждающим открытием является то, что воздействие фосфатидилсерина направляло образование TNT из мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в популяцию поврежденных клеток. [15] Было показано, что белок S100A4 и его рецептор определяют направление роста TNT, поскольку p53 активирует каспазу 3 для расщепления S100A4 в инициирующей клетке, тем самым создавая градиент, в котором клетка-мишень имеет большее количество белка. [16]

Одно исследование показало, что межклеточный контакт необходим для образования мостиков из нанотрубок между Т-клетками . [3] Активация p53 также рассматривается как необходимый механизм для развития TNT, поскольку было обнаружено, что нижестоящие гены, активируемые p53 (а именно EGFR , Akt , PI3K и mTOR ), участвуют в образовании нанотрубок после перекиси водорода. лечение и сывороточное голодание. [17] Коннексин-43 способствует соединению между стромальными клетками костного мозга (BMSC) и альвеолярными эпителиальными клетками, что приводит к образованию нанотрубок. [18]

Также было показано, что клеточный стресс под действием ротенона или TNF-α индуцирует образование TNT между эпителиальными клетками. [19] Воспаление от липополисахаридов или интерферона-γ увеличивает экспрессию белков, связанных с образованием TNT. [20]

Запрещение [ править ]

TNT-подобные структуры, называемые стримерами, не образовывались при культивировании с цитохалазином D , соединением, деполимеризующим F-актин , [21] и отдельное исследование с использованием цитохалазина B показало, что влияет на образование TNT без разрушения существующих TNT. [22] Латрункулин-B , еще одно деполимеризирующее F-актин соединение, полностью блокирует образование TNT. [6] Блокирование CD38 , которое участвовало в высвобождении митохондрий астроцитами , [23] также значительно снижает образование TNT. [24]

TNFAIP2 , также называемый M-Sec, как известно, опосредует образование TNT, и нокдаун этого белка с помощью shRNA снижает развитие TNT в эпителиальных клетках примерно на две трети. [20]

Роль в митохондриальном переносе [ править ]

Туннельные нанотрубки были задействованы как один из механизмов, с помощью которого целые митохондрии могут переноситься от клетки к клетке. [6] Повреждение митохондриальной ДНК, по-видимому, является основным триггером для образования TNT, чтобы транспортировать целые митохондрии, [25] хотя точный порог повреждения, необходимый для индукции образования TNT, пока неизвестен. Максимальная скорость митохондрий, перемещающихся по TNT, оказалась примерно 80 нм / с, что ниже измеренной скорости аксонального транспорта митохондрий 100-1400 нм / с ; это может быть связано с меньшим диаметром TNT, ингибирующим миграцию митохондрий. [26]

В одном исследовании Ahmad et al . использовали четыре линии мезенхимальных стволовых клеток, каждая из которых экспрессирует либо отличающийся фенотип Rho-GTPase Miro1; более высокий уровень Miro1 был связан с более эффективным переносом митохондрий через TNT. [19] Несколько исследований показали, посредством избирательного блокирования образования TNT, что TNT являются основным механизмом перемещения целых митохондрий между гетерогенными клетками. [27] [28] [29]

Подобные конструкции [ править ]

Структура, называемая цитонемой, обеспечивает обмен между центрами передачи сигналов. Цитонемы, однако, не всегда соединяют две клетки и могут действовать исключительно как датчики окружающей среды. [21]

Плазмодесмы были идентифицированы как функциональные каналы, соединяющие клетки растений [30], а стромулы соединяют пластиды . [31]

Миоподии - это богатые актином цитоплазматические расширения, которые наблюдались у эмбрионов дрозофилы . Подобные структуры наблюдались на моделях Xenopus и мышей . [10] Актин-содержащие клеточные выступы, названные «стримерами», наблюдались в культивируемых В-клетках . [21]

Везикулярный транспорт в мембранных нанотрубках был смоделирован с использованием континуального подхода. [32] Были исследованы различные синтетические нанотрубки, основанные на укладке циклических пептидов и других циклических молекул. [33]

См. Также [ править ]

  • Актин
  • Микротрубочка
  • Цитонема
  • Плазмодесматы
  • Стромулы
  • Ламеллиподиум
  • Горизонтальный перенос митохондрий

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ранзингер Дж., Растом А., Абель М., Лей Дж., Кихм Л., Витковски М. и др. (2011-12-27). Бересвилл С (ред.). «Действие нанотрубок между мезотелиальными клетками человека раскрывает новые аспекты воспалительных реакций» . PLOS ONE . 6 (12): e29537. Bibcode : 2011PLoSO ... 629537R . DOI : 10.1371 / journal.pone.0029537 . PMC  3246504 . PMID  22216308 .
  2. ^ Abounit S, Zurzolo C (март 2012). «Проводка через туннельные нанотрубки - от электрических сигналов до передачи органелл» (PDF) . Журнал клеточной науки . 125 (Pt 5): 1089–98. DOI : 10,1242 / jcs.083279 . PMID 22399801 . S2CID 8433589 .   
  3. ^ a b c d Sowinski S, Jolly C, Berninghausen O, Purbhoo MA, Chauveau A, Köhler K и др. (Февраль 2008 г.). «Мембранные нанотрубки физически соединяют Т-клетки на больших расстояниях, представляя новый путь передачи ВИЧ-1». Природа клеточной биологии . 10 (2): 211–9. DOI : 10.1038 / ncb1682 . PMID 18193035 . S2CID 25410308 .  
  4. ^ Davis DM, Sowinski S (июнь 2008). «Мембранные нанотрубки: динамические связи на большие расстояния между клетками животных». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 9 (6): 431–6. DOI : 10.1038 / nrm2399 . PMID 18431401 . S2CID 8136865 .  
  5. ^ Onfelt В, С Nedvetzki, Беннингер Р.К., Purbhoo М.А., Sowinski S, Юма А.Н. и др. (Декабрь 2006 г.). «Структурно различные мембранные нанотрубки между человеческими макрофагами поддерживают везикулярное движение на большие расстояния или серфинг бактерий» . Журнал иммунологии . 177 (12): 8476–83. DOI : 10.4049 / jimmunol.177.12.8476 . PMID 17142745 . 
  6. ^ Б с д е е Rustom A, R, Saffrich Марковича I, Вальтер P, Гердес HH (февраль 2004 г.). «Нанотубулярные магистрали для межклеточного транспорта органелл» . Наука . 303 (5660): 1007–10. Bibcode : 2004Sci ... 303.1007R . DOI : 10.1126 / science.1093133 . PMID 14963329 . S2CID 37863055 .  
  7. ^ Onfelt B, Davis DM (ноябрь 2004). «Могут ли мембранные нанотрубки облегчить связь между иммунными клетками?» . Труды биохимического общества . 32 (Pt 5): 676–8. DOI : 10.1042 / BST0320676 . PMID 15493985 . S2CID 32181738 .  
  8. ^ Belting M, Wittrup A (декабрь 2008). «Нанотрубки, экзосомы и пептиды, связывающие нуклеиновые кислоты, обеспечивают новые механизмы межклеточной коммуникации в эукариотических клетках: последствия для здоровья и болезней» . Журнал клеточной биологии . 183 (7): 1187–91. DOI : 10,1083 / jcb.200810038 . PMC 2606965 . PMID 19103810 .  
  9. ^ Gousset K, Schiff E, Langevin C, Marijanovic Z, Caputo A, Browman DT и др. (Март 2009 г.). «Прионы захватывают туннельные нанотрубки для межклеточного распространения». Природа клеточной биологии . 11 (3): 328–36. DOI : 10.1038 / ncb1841 . PMID 19198598 . S2CID 30793469 .  
  10. ^ a b c Gurke S, Barroso JF, Gerdes HH (май 2008 г.). «Искусство сотовой связи: туннельные нанотрубки преодолевают разрыв» . Гистохимия и клеточная биология . 129 (5): 539–50. DOI : 10.1007 / s00418-008-0412-0 . PMC 2323029 . PMID 18386044 .  
  11. ^ a b Рамирес-Вебер Ф.А., Корнберг ТБ (май 1999 г.). «Цитонемы: клеточные процессы, которые проецируются в главный сигнальный центр в имагинальных дисках дрозофилы». Cell . 97 (5): 599–607. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80771-0 . PMID 10367889 . S2CID 15789546 .  
  12. ^ Onfelt B, Nedvetzki S, Янаги K, Davis DM (август 2004). «Передний край: мембранные нанотрубки соединяют иммунные клетки» . Журнал иммунологии . 173 (3): 1511–3. DOI : 10.4049 / jimmunol.173.3.1511 . PMID 15265877 . 
  13. ^ Шерер Н.М., Lehmann MJ, Хименес-Soto LF, Horensavitz C, M Pypaert, Mothes W (март 2007). «Ретровирусы могут устанавливать филоподиальные мостики для эффективной передачи от клетки к клетке» . Природа клеточной биологии . 9 (3): 310–5. DOI : 10.1038 / ncb1544 . PMC 2628976 . PMID 17293854 .  
  14. Перейти ↑ Watkins SC, Salter RD (сентябрь 2005 г.). «Функциональная связь между иммунными клетками, опосредованная туннельными нанотрубочками». Иммунитет . 23 (3): 309–18. DOI : 10.1016 / j.immuni.2005.08.009 . PMID 16169503 . 
  15. ^ Лю К, Джи К, Го Л, Ву В, Лу Х, Шан П, Ян Ц (март 2014 г.). «Мезенхимальные стволовые клетки спасают поврежденные эндотелиальные клетки в модели ишемии-реперфузии in vitro посредством туннельного переноса митохондрий, опосредованного структурой нанотрубок». Микрососудистые исследования . 92 : 10–8. DOI : 10.1016 / j.mvr.2014.01.008 . PMID 24486322 . 
  16. ^ Sun X, Wang Y, Zhang J, Tu J, Wang XJ, Su XD и др. (Декабрь 2012 г.). «Определение направления туннелирования-нанотрубки в нейронах и астроцитах» . Смерть клетки и болезнь . 3 (12): e438. DOI : 10.1038 / cddis.2012.177 . PMC 3542613 . PMID 23222508 .  
  17. Перейти ↑ Wang Y, Cui J, Sun X, Zhang Y (апрель 2011 г.). «Развитие туннельных нанотрубок в астроцитах зависит от активации p53» . Смерть и дифференциация клеток . 18 (4): 732–42. DOI : 10.1038 / cdd.2010.147 . PMC 3131904 . PMID 21113142 .  
  18. ^ Ислам MN, Das SR, Emin MT, Wei M, Sun L, Westphalen K и др. (Апрель 2012 г.). «Перенос митохондрий от стромальных клеток костного мозга к легочным альвеолам защищает от острого повреждения легких» . Природная медицина . 18 (5): 759–65. DOI : 10.1038 / nm.2736 . PMC 3727429 . PMID 22504485 .  
  19. ^ а б Ахмад Т., Мукерджи С., Паттнаик Б., Кумар М., Сингх С., Кумар М. и др. (Май 2014 г.). «Miro1 регулирует межклеточный транспорт митохондрий и повышает эффективность спасения мезенхимальных стволовых клеток» . Журнал EMBO . 33 (9): 994–1010. DOI : 10.1002 / embj.201386030 . PMC 4193933 . PMID 24431222 .  
  20. ^ а б Хасе К., Кимура С., Такацу Х., Омае М., Кавано С., Китамура Х и др. (Декабрь 2009 г.). «M-Sec способствует образованию мембранных нанотрубок, взаимодействуя с Ral и комплексом экзоцисты». Природа клеточной биологии . 11 (12): 1427–32. DOI : 10.1038 / ncb1990 . PMID 19935652 . S2CID 1388030 .  
  21. ^ a b c Austefjord MW, Гердес HH, Ван X (январь 2014 г.). «Туннельные нанотрубки: разнообразие морфологии и структуры» . Коммуникативная и интегративная биология . 7 (1): e27934. DOI : 10,4161 / cib.27934 . PMC 3995728 . PMID 24778759 .  
  22. ^ Bukoreshtliev Н.В., Ван X, Hodneland E, Гурко S, Баррозо JF, Gerdes HH (май 2009). «Селективный блок образования туннельных нанотрубок (TNT) подавляет межклеточный перенос органелл между клетками PC12». Письма FEBS . 583 (9): 1481–8. DOI : 10.1016 / j.febslet.2009.03.065 . PMID 19345217 . S2CID 13528434 .  
  23. ^ Хаякава К., Эспозито Э, Ван X, Терасаки Y, Лю Y, Xing C и др. (Июль 2016 г.). «Перенос митохондрий от астроцитов к нейронам после инсульта» . Природа . 535 (7613): 551–5. Bibcode : 2016Natur.535..551H . DOI : 10.1038 / nature18928 . PMC 4968589 . PMID 27466127 .  
  24. ^ Marlein CR, Piddock RE, Mistry JJ, Zaitseva L, Hellmich C, Horton RH и др. (Май 2019 г.). «Торговля митохондриями, управляемая CD38, способствует биоэнергетической пластичности множественной миеломы» . Исследования рака . 79 (9): 2285–2297. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-18-0773 . PMID 30622116 . 
  25. ^ Torralba D, F Baixauli, Санчес-Мадрид F (2016). «Митохондрии не знают границ: механизмы и функции межклеточного митохондриального переноса» . Границы клеточной биологии и развития . 4 : 107. DOI : 10,3389 / fcell.2016.00107 . PMC 5039171 . PMID 27734015 .  
  26. ^ Ван X, Gerdes HH (июль 2015). «Перенос митохондрий через туннельные нанотрубки спасает апоптотические клетки PC12» . Смерть и дифференциация клеток . 22 (7): 1181–91. DOI : 10.1038 / cdd.2014.211 . PMC 4572865 . PMID 25571977 .  
  27. ^ Паскье Дж., Герруахен Б.С., Аль Тавади Х., Гиаби П., Малеки М., Абу-Кауд Н. и др. (Апрель 2013). «Предпочтительный перенос митохондрий от эндотелиальных к раковым клеткам через туннельные нанотрубки модулирует химиорезистентность» . Журнал трансляционной медицины . 11 (1): 94. DOI : 10,1186 / 1479-5876-11-94 . PMC 3668949 . PMID 23574623 .  
  28. ^ Лу Дж, Чжэн Х, Ли Ф, Ю Й, Чен З, Лю З и др. (Февраль 2017 г.). «Туннелирующие нанотрубки способствуют межклеточному переносу митохондрий с последующей повышенной инвазивностью клеток рака мочевого пузыря» . Oncotarget . 8 (9): 15539–15552. DOI : 10.18632 / oncotarget.14695 . PMC 5362504 . PMID 28107184 .  
  29. ^ Li X, Zhang Y, Yeung SC, Liang Y, Liang X, Ding Y и др. (Сентябрь 2014 г.). «Митохондриальный перенос мезенхимальных стволовых клеток, полученных из плюрипотентных стволовых клеток, в эпителиальные клетки дыхательных путей снижает повреждение, вызванное сигаретным дымом». Американский журнал респираторной клетки и молекулярной биологии . 51 (3): 455–65. DOI : 10,1165 / rcmb.2013-0529OC . PMID 24738760 . 
  30. ^ Gallagher KL, Бенфей PN (январь 2005). «Не просто еще одна дыра в стене: понимание межклеточного обмена белками» . Гены и развитие . 19 (2): 189–95. DOI : 10,1101 / gad.1271005 . PMID 15655108 . 
  31. ^ Келер RH, Као - J, Zipfel WR, Уэбб WW, Hanson MR (июнь 1997 г.). «Обмен белковых молекул через связи между пластидами высших растений». Наука . 276 (5321): 2039–42. DOI : 10.1126 / science.276.5321.2039 . PMID 9197266 . 
  32. ↑ Кузнецов А.В. (август 2011). «Моделирование двунаправленного транспорта наночастиц квантовых точек в мембранных нанотрубках». Математические биологические науки . 232 (2): 101–9. DOI : 10.1016 / j.mbs.2011.04.008 . PMID 21609723 . 
  33. ^ Родригес-Васкес Н., Фуэртес А, Аморин М, Гранха JR (2016). «Глава 14. Биоинспирированные каналы искусственных ионов натрия и калия». В Astrid S, Helmut S, Roland KO S (ред.). Ионы щелочных металлов: их роль в жизни . Ионы металлов в науках о жизни. 16 . Springer. С. 485–556. DOI : 10.1007 / 978-4-319-21756-7_14 (неактивный 2021-01-11).CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гурке С., Баррозу Дж. Ф., Гердес Х. Х. (май 2008 г.). «Искусство сотовой связи: туннельные нанотрубки преодолевают разрыв» . Гистохимия и клеточная биология . 129 (5): 539–50. DOI : 10.1007 / s00418-008-0412-0 . PMC  2323029 . PMID  18386044 .
  • «Туннелирование нанотрубок: секретная сеть жизни» . Новый ученый . Ноябрь 2008 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Исследовательская группа Ханса-Германа Гердеса - лаборатория, впервые обнаружившая мембранные нанотрубки