Войти
В клеточной биологии, контактное ингибирование относится к двум различным, но тесно связанным явлениям: контактное ингибирование передвижения (CIL ) и контактное ингибирование пролиферации (CIP ). CIL относится к поведению избегания, которое проявляют фибробластные -подобные клетки при контакте друг с другом. В большинстве случаев, когда две клетки контактируют друг с другом, они пытаются изменить свое движение в другом направлении, чтобы избежать столкновения в будущем. Когда столкновение неизбежно, возникает другое явление, при котором рост клеток самой культуры в конечном итоге останавливается в зависимости от плотности клеток. Оба типа контактного торможения являются хорошо известными свойствами нормальных клеток и вносят вклад в регулирование правильного роста, дифференциации и развития тканей. Стоит отметить, что оба типа регуляции обычно сводятся на нет и преодолеваются во время органогенеза во время эмбрионального развития и заживления тканей и ран. Тем не менее, контактное ингибирование передвижения и пролиферации аберрантно отсутствуют в раковых клетках, и отсутствие этой регуляции способствует онкогенезу.
Контактное ингибирование - это регуляторный механизм, который поддерживает рост клеток в слой толщиной в одну клетку (монослой). Если в клетке достаточно свободного пространства для субстрата, она быстро размножается и свободно перемещается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока клетки не займут весь субстрат. На этом этапе нормальные клетки перестанут реплицироваться.
Когда подвижные клетки вступают в контакт в конфлюэнтных культурах, они проявляют снижение подвижности и митотической активности с течением времени. Было показано, что между колониями, контактирующими в течение многих дней, происходит экспоненциальный рост, при этом подавление митотической активности происходит намного позже. Эта задержка между межклеточным контактом и началом ингибирования пролиферации сокращается по мере того, как культура становится более конфлюэнтной. Таким образом, можно сделать разумный вывод, что контакт клетки с клеткой является важным условием контактного ингибирования пролиферации, но сам по себе недостаточен для митотического ингибирования. В дополнение к контакту с другими клетками, клетки с ингибированным контактом также должны быть вынуждены уменьшить площадь своей клетки под действием механического напряжения и ограничений, налагаемых окружающими клетками. Действительно, было высказано предположение, что механическое напряжение действует как тормозящий сигнал для митоза. Более того, важно отметить, что такое подавление митотической активности является локальным явлением; это происходит между несколькими избранными клетками в вероятной гетерогенной культуре.
Нетрансформированные клетки человека демонстрируют нормальное клеточное поведение и опосредуют их рост и пролиферацию посредством взаимодействия между питательными веществами окружающей среды, передачей сигналов фактора роста и плотностью клеток. Когда плотность клеток увеличивается и культура становится конфлюэнтной, они инициируют остановку клеточного цикла и подавляют пролиферацию и сигнальные пути митогена независимо от внешних факторов или клеточного метаболизма. Это свойство известно как контактное ингибирование пролиферации и важно для правильного эмбрионального развития, а также восстановления, дифференциации и морфогенеза тканей. Раковые клетки обычно теряют это свойство и, таким образом, бесконтрольно делятся и растут друг над другом, даже когда они находятся в контакте с соседними клетками. Это приводит к вторжению в окружающие ткани, их метастазированию в близлежащие органы и, в конечном итоге, к онкогенезу. Клетки голого землекопа, вида, у которого никогда не наблюдалось рака, проявляют гиперчувствительность к контактному торможению. Это открытие может дать ключ к разгадке устойчивости к раку. Более того, недавние исследования дополнительно выявили некоторые механизмы контактного ингибирования пролиферации и его потенциальное значение в терапии рака.
Кроме того, было показано, что образование клеточной адгезии не только ограничивает рост и пролиферацию, накладывая физические ограничения, такие как площадь клетки, но также запуская сигнальные пути, которые подавляют пролиферацию. Одним из таких путей является сигнальный путь Hippo-YAP, который в значительной степени отвечает за ингибирование роста клеток у млекопитающих. Этот путь состоит в первую очередь из каскада фосфорилирования с участием серинкиназ и опосредуется регуляторными белками, которые регулируют рост клеток путем связывания с генами, контролирующими рост. Серин / треонинкиназа Hippo (Mst1 / Mst2 у млекопитающих) активирует вторичную киназу (Lats1 / Lats2), которая фосфорилирует YAP, активатор транскрипции генов роста. Фосфорилирование YAP служит для его экспорта из ядра и предотвращения активации генов, способствующих росту; так путь Hippo-YAP подавляет рост клеток. Что еще более важно, путь Hippo-YAP использует вышестоящие элементы, чтобы действовать в ответ на контакт клетки и контролировать зависящее от плотности ингибирование пролиферации. Например, кадгерины представляют собой трансмембранные белки, которые образуют клеточные соединения посредством гомофильного связывания и, таким образом, действуют как детекторы межклеточного контакта. Кадгерин-опосредованная активация ингибирующего пути включает трансмембранный E-кадгерин, образующий гомофильную связь для активации α- и β-катенинов, которые затем стимулируют нижестоящие компоненты пути Hippo-YAP, чтобы в конечном итоге подавить рост клеток. Это согласуется с открытием, что сверхэкспрессия E-cadherin препятствует метастазированию и онкогенезу. Поскольку показано, что YAP связан с передачей сигналов митогенного фактора роста и, следовательно, с пролиферацией клеток, вполне вероятно, что будущие исследования будут сосредоточены на роли пути Hippo-YAP в раковых клетках.
Однако важно отметить, что клетки с контактным ингибированием подвергаются остановке клеточного цикла, но не стареют. Фактически, было показано, что клетки с контактным ингибированием возобновляют нормальную пролиферацию и передачу сигналов митогена после повторного посева в менее конфлюэнтную культуру. Таким образом, контактное ингибирование пролиферации можно рассматривать как обратимую форму остановки клеточного цикла. Кроме того, для перехода от остановки клеточного цикла к старению клетки с контактным ингибированием должны активировать активирующие рост пути, такие как mTOR. Как только клетки в культурах с высокой плотностью становятся достаточно конфлюэнтными, так что площадь клетки падает ниже критического значения, адгезионные образования запускают пути, которые подавляют передачу сигналов митогена и пролиферацию клеток. Таким образом, стимулирующий рост путь mTOR ингибируется, и, следовательно, клетки с ингибированным контактом не могут перейти от остановки клеточного цикла к старению. Это имеет решающее значение в терапии рака; даже несмотря на то, что раковые клетки не ингибируются контактом, слившиеся культуры раковых клеток по-прежнему подавляют свой механизм старения. Следовательно, это может быть правдоподобным объяснением того, почему препараты для лечения рака, вызывающие старение, неэффективны.
В большинстве случаев, когда две клетки сталкиваются, они пытаются двигаться в разных направлениях, чтобы избежать будущие столкновения; такое поведение известно как контактное торможение передвижения. Когда две клетки соприкасаются, их двигательный процесс парализуется. Это достигается с помощью многоступенчатого, многогранного механизма, который включает образование адгезионного комплекса клетка-клетка при столкновении. Считается, что разборка этого комплекса в значительной степени обусловлена напряжением в ячейках и в конечном итоге приводит к изменению направления сталкивающихся ячеек.
Во-первых, подвижные клетки сталкиваются и соприкасаются через свои соответствующие ламеллы, чей актин демонстрирует высокий ретроградный ток. Между ламелями образуется клеточная адгезия, снижающая ретроградную скорость потока актинов в области, непосредственно окружающей адгезию. Следовательно, скорость и подвижность клеток снижаются. Это затем позволяет актиновым стрессовым волокнам и микротрубочкам формироваться и выравниваться друг с другом в обоих сталкивающихся партнерах. Выравнивание этих напряженных волокон локально приводит к накоплению упругого напряжения в ламелях. В конце концов, нарастание напряжения становится слишком большим, и комплекс клеточной адгезии диссоциирует, разрушает выступы ламелей и высвобождает клетки в разных направлениях, чтобы уменьшить упругое напряжение. Возможное альтернативное событие, которое также приводит к диссоциации сборки, заключается в том, что при выравнивании напряженных волокон передние края ячеек реполяризуются в сторону от смежных ламелей. Это создает значительное упругое напряжение по всему телу клетки, а не только в локальном месте контакта, а также вызывает разборку адгезионного комплекса. Считается, что упругое напряжение является основной движущей силой разрушения выступа , сложного разборки и рассеивания ячеек. Хотя это гипотетическое напряжение было охарактеризовано и визуализировано, то, как напряжение растет в ламеллах и как реполяризация клеток способствует нарастанию напряжения, остается открытым для исследования.
Кроме того, поскольку репликация увеличивает количество ячеек, количество направлений, в которых эти ячейки могут двигаться, не касаясь друг друга, уменьшается. Клетки также будут пытаться отойти от другой клетки, потому что они лучше прилипают к области вокруг них, структуре, называемой субстратом, чем к другим клеткам. Когда две сталкивающиеся клетки представляют собой клетки разных типов, одна или обе могут реагировать на столкновение.
Некоторые иммортализованные клеточные линии, несмотря на то, что способны бесконечно размножаться, все же испытывают контактное торможение, хотя обычно в меньшей степени, чем нормальные клеточные линии.
