Cellefusjon - Cell fusion
Cellefusjon er en viktig cellulær prosess hvor flere uninucleate celler (celler med en enkelt kjerne ) kombineres for å danne en multinucleate celle, kjent som et syncytium . Cellefusjon oppstår under differensiering av myoblaster , osteoblaster og trofoblaster , under embryogenese og morfogenese . Cellefusjon er en nødvendig hendelse i modning av celler, slik at de opprettholder sine spesifikke funksjoner gjennom hele veksten .
Historie
I 1847 utvidet Theodore Schwann teorien om at alle levende organismer er sammensatt av celler da han la til at diskrete celler er grunnlaget for livet. Schwann observerte at i visse celler smelter veggene og hulrommene i cellene sammen. Det var denne observasjonen som ga det første hintet om at celler smelter sammen. Det var først i 1960 at cellebiologer bevisst smeltet celler for første gang. For å smelte cellene, kombinerte biologer isolerte museceller, med samme type vev, og induserte fusjon av deres ytre membran ved hjelp av Sendai-viruset (et respirasjonsvirus hos mus). Hver av de smeltede hybridcellene inneholdt en enkelt kjerne med kromosomer fra begge fusjonspartnere. Synkaryon ble navnet på denne typen celler kombinert med en kjerne. På slutten av 1960-tallet smeltet biologer vellykket celler av forskjellige typer og fra forskjellige arter. Hybridproduktene til disse fusjonene, heterokaryon , var hybrider som opprettholdt to eller flere separate kjerner. Dette arbeidet ble ledet av Henry Harris ved University of Oxford og Nils Ringertz fra Sveriges Karolinska Institute. Disse to mennene er ansvarlige for å gjenopplive interessen for cellefusjon. Hybridcellene interesserte biologer i hvordan forskjellige typer cytoplasma påvirker forskjellige typer kjerner . Arbeidet utført av Henry og Nils viste at proteiner fra en genfusjon påvirker genuttrykk i den andre partnerens kjerne, og omvendt. Disse hybridcellene som ble opprettet ble ansett som tvunget unntak fra normal cellulær integritet, og det var først i 2002 at muligheten for cellefusjon mellom celler av forskjellige typer kan ha en reell funksjon hos pattedyr.
To typer
b Celler av forskjellig avstamning smelter sammen for å danne en celle med flere kjerner, kjent som en heterokaryon. De smeltede cellene kan ha gjennomgått en reversering av fenotype eller vist transdifferensiering.
c Celler av forskjellig herkomst eller den samme avstamning sikring for å danne en celle med en enkelt kjerne, kjent som en synkaryon. Nye funksjoner i den smeltede cellen kan omfatte en reversering av fenotype, transdifferensiering og spredning. Hvis kjernefusjon oppstår, inneholder den sammensmeltede kjernen opprinnelig det komplette kromosomale innholdet til begge fusjonspartnerne (4N), men til slutt tappes og / eller sorteres kromosomene (se pilene). Hvis atomfusjon ikke forekommer, kan et heterokaryon (eller syncytium) bli et synkaryon ved å kaste en hel kjerne.
Det er to forskjellige typer cellefusjon som kan oppstå. Disse to typene inkluderer homotypisk og heterotypisk cellefusjon.
Homotypisk cellefusjon oppstår mellom celler av samme type. Et eksempel på dette vil være osteoklaster eller myofibre som smelter sammen med deres respektive type celler. Når de to kjernene smelter sammen, blir det produsert et synkaryon. Cellefusjon skjer normalt med nukleær fusjon, men i fravær av kjernefysisk fusjon, vil cellen bli beskrevet som et binucleated heterokaryon . En heterokaryon er sammensmelting av to eller flere celler i en, og den kan reprodusere seg selv i flere generasjoner. Hvis to av samme type celler smelter sammen, men kjernene deres ikke smelter sammen, kalles den resulterende cellen et syncytium.
Heterotypisk cellefusjon forekommer mellom celler av forskjellige typer, noe som gjør det stikk motsatt av homotypisk cellefusjon. Resultatet av denne fusjon er også en synkaryon fremstilt ved sammensmelting av de kjerner , og en binucleated heterokaryon i fravær av kjernefusjon. Et eksempel på dette ville være benmarg avledede celler (BMDCs) blir sammensmeltet med parenkymatøse organer.
Fire metoder
Det er fire metoder som cellebiologer og biofysikere bruker for å smelte celler. Disse fire måtene inkluderer elektrisk cellefusjon, polyetylenglykolfusjon og sendai-virusindusert cellefusjon og en nylig utviklet metode kalt optisk kontrollert termoplasmonikk.
Elektrisk cellefusjon er et viktig skritt i noen av de mest innovative metodene innen moderne biologi. Denne metoden begynner når to celler blir brakt i kontakt med dielektroforese . Dielektroforese bruker høyfrekvent vekselstrøm, i motsetning til elektroforese der en likestrøm påføres. Når cellene er samlet, påføres en pulsert spenning. Pulsspenningen får cellemembranen til å gjennomsyre og påfølgende kombinasjon av membranene, og cellene smelter deretter sammen. Etter dette påføres alternativ spenning i en kort periode for å stabilisere prosessen. Resultatet av dette er at cytoplasmaet har blandet seg og cellemembranen har smeltet helt sammen. Alt som forblir atskilt er kjernene , som vil smelte sammen senere i cellen, noe som gjør resultatet til en heterokaryoncelle .
Fusjon av polyetylenglykol er den enkleste, men giftigste måten å smelte celler på. I denne typen cellefusjon virker polyetylenglykol, PEG, som et dehydratiseringsmiddel og smelter ikke bare plasmamembraner, men også intracellulære membraner. Dette fører til cellefusjon siden PEG induserer celleagglutinasjon og celle-til-celle-kontakt. Selv om denne typen cellefusjon er den mest brukte, har den fortsatt fall. Ofte kan PEG forårsake ukontrollerbar fusjon av flere celler, noe som fører til utseendet på gigantiske polykaryoner. Standard PEG-cellefusjon er også dårlig reproduserbar, og forskjellige typer celler har forskjellige fusjonsfølsomheter. Denne typen cellefusjon er mye brukt for produksjon av somatiske cellehybrider og for kjernefysisk overføring ved kloning av pattedyr.
Sendai-virusindusert cellefusjon forekommer i fire forskjellige temperaturstadier. I løpet av det første trinnet, som varer ikke lenger enn 10 minutter, foregår viral adsorpsjon, og det adsorberte viruset kan hemmes av virale antistoffer . Det andre trinnet, som er 20 minutter, er pH-avhengig, og en tilsetning av viralt antiserum kan fortsatt hemme den endelige fusjonen. I det tredje antistoff-ildfaste stadiet forblir virale konvoluttbestanddeler påviselige på overflaten av celler. I løpet av fjerde trinn blir cellefusjon tydelig og HA neuraminidase og fusjonsfaktor begynner å forsvinne. Første og andre trinn er de eneste to som er pH-avhengige.
Termoplasmonics indusert cellefusjon Thermoplasmonics er basert på en nær infrarød (NIR) laser og en plasmonisk nanopartikkel. Laseren som vanligvis fungerer som en optisk felle, brukes til å varme opp den nanoskopiske plasmoniske partikkelen til svært høye og ekstremt lokalt forhøyede temperaturer. Optisk fangst av en slik nanoheater ved grensesnittet mellom to membranvesikler, eller to celler, fører til umiddelbar fusjon av de to som er bekreftet av både innhold og lipidblanding. Fordelene inkluderer full fleksibilitet for hvilke celler som skal smeltes og fusjon kan utføres i en hvilken som helst buffertilstand i motsetning til elektroformasjon som påvirkes av salt.
I menneskelig terapi
Alternative former for å gjenopprette organfunksjon og erstatte skadede celler er nødvendig med donororganer og vev for transplantasjon som er så knappe. Det er på grunn av knappheten at biologer har begynt å vurdere potensialet for terapeutisk cellefusjon. Biologer har blitt diskutert virkningene av den observasjon at cellefusjon kan forekomme med styrkende virkninger etter vevsskade eller celletransplantasjon. Selv om det blir snakket om og jobbet med å bruke cellefusjon til dette, er det fortsatt mange utfordringer de som ønsker å implementere cellefusjon som et terapeutisk verktøyansikt. Disse utfordringene inkluderer å velge de beste cellene som skal brukes til reparativ fusjon, bestemme den beste måten å introdusere de valgte cellene i ønsket vev, oppdage metoder for å øke forekomsten i cellefusjon, og sikre at de resulterende fusjonsproduktene vil fungere skikkelig. Hvis disse utfordringene kan overvinnes, kan cellefusjon ha terapeutisk potensial.
Mikroorganismer
Sopp
Plasmogamy er scenen i den seksuelle syklusen av sopp der to celler smelter sammen for å dele et felles cytoplasma mens de bringer haploide kjerner fra begge partnere sammen i samme celle.
Amoebozoa
Cellefusjon ( plasmogami eller syngamy) er et stadium i den seksuelle syklusen av Amoebozoa .
Bakterie
I Escherichia coli involverer spontan zygogenese ( Z-parring ) cellefusjon, og ser ut til å være en form for ekte seksualitet i prokaryoter . Bakterier som utfører Z-parring kalles Szp + .
Andre bruksområder
- Å studere kontrollen av celledeling og genuttrykk .
- Å undersøke ondartede transformasjoner.
- For å få viral replikasjon .
- For kartlegging av gen og kromosom .
- For produksjon av monoklonale antistoffer ved å produsere hybridom .
- For produksjon av induserte stamceller .
- For å vurdere protein shuttling i det som er kjent som en heterokaryon fusjonsanalyse .
Se også
- Cellecelle-fusogener
- Cellular differensiering
- Gjødsling
- Fusjonsmekanisme
- Mellomlagskrefter i membranfusjon
- Lipid dobbeltlags fusjon
Referanser
Videre lesning
|
Bibliotekressurser om cellefusjon |
- H. Harris: Cell fusion , 1970, Harvard University Press, Mass.
- Gordon, S (1975). "Cellefusjon og noen subcellulære egenskaper til heterokaryoner og hybrider" . The Journal of Cell Biology . 67 (2): 257–280. doi : 10.1083 / jcb.67.2.257 . PMC 2109606 . PMID 1104638 .