Solu-solu-vuorovaikutus - Cell–cell interaction

Solu-solu-vuorovaikutus tarkoittaa suoria vuorovaikutuksia solupintojen välillä, joilla on ratkaiseva rooli monisoluisten organismien kehityksessä ja toiminnassa . Nämä vuorovaikutukset antavat solujen kommunikoida keskenään vastauksena muutoksiin mikroympäristössään. Tämä kyky lähettää ja vastaanottaa signaaleja on välttämätöntä solun selviytymisen kannalta. Solujen välinen vuorovaikutus voi olla stabiili, kuten solujen liitosten kautta tapahtuva . Nämä risteykset ovat mukana solujen viestinnässä ja organisoinnissa tietyssä kudoksessa. Toiset ovat ohimeneviä tai väliaikainen, kuten solujen välillä immuunijärjestelmän tai vuorovaikutuksia kudoksen tulehdus . Tämäntyyppiset solujenväliset vuorovaikutukset erotetaan muista tyypeistä, kuten solujen ja solunulkoisen matriisin välisistä . Solujen välisen tiedonsiirron menetys voi johtaa hallitsemattomaan solukasvuun ja syöpään.

Vakaa vuorovaikutus

Erilaisia ​​solujen liitoksia. Tässä kaaviossa naapurisolujen tai basolateraalisen kalvon välinen rajapinta on kuvattu "arkeina"; näiden levyjen välinen tila on solunulkoinen ympäristö ja tarttuvan proteiinin vuorovaikutuksen sijainti.

Vakaa solu-solu-vuorovaikutus vaaditaan solun kiinnittymiseen kudoksessa ja solujen muodon ja toiminnan hallintaan. Näihin stabiileihin vuorovaikutuksiin liittyy solujen risteyksiä, jotka ovat multiproteiinikomplekseja, jotka tarjoavat kontaktin naapurisolujen välille. Soluliitokset mahdollistavat epiteelisolusivujen säilymisen ja asianmukaisen toiminnan . Nämä liitokset ovat tärkeitä myös kudosten organisoinnissa, joissa yhden tyyppiset solut voivat tarttua vain saman kudoksen soluihin eri kudoksen sijaan.

Tiukat liitokset

Tiukat liitokset ovat moniproteiinikomplekseja, jotka pitävät saman kudoksen soluja yhdessä ja estävät veden ja vesiliukoisten molekyylien liikkumisen solujen välillä. Epiteelisoluissa ne toimivat myös erottaakseen solunulkoisen nesteen, joka ympäröi niiden apikaalisia ja basolateraalisia kalvoja. Nämä risteykset esiintyvät jatkuvana nauhana, joka sijaitsee aivan naapurimaisten epiteelisolujen membraanien välisen apikaalisen pinnan alapuolella . Tiiviit liitokset vierekkäisissä soluissa ovat linjassa muodostamaan tiivistyksen eri kudosten ja kehon onteloiden välille. Esimerkiksi maha-suolikanavan epiteelisolujen apikaalinen pinta toimii selektiivisenä läpäisevänä esteenä, joka erottaa ulkoisen ympäristön kehosta. Näiden liitosten läpäisevyys riippuu useista tekijöistä, mukaan lukien kyseisen liitoksen proteiinimekanismi, kudostyyppi ja solujen lähettämä signaali .

Tiukat liitokset koostuvat monista erilaisista proteiineista. Neljän tärkeimmän transmembraaniproteiineja ovat okkludiinin , klaudiini , liitosadheesiomolekyyliin molekyylit (hillot) ja tricellulins . Näiden proteiinien solunulkoiset domeenit muodostavat tiukan liitosesteen tekemällä homofiilisiä (samanlaisten proteiinien välillä) ja heterofiilisiä vuorovaikutuksia (erityyppisten proteiinien välillä) vierekkäisten solujen proteiinidomeenien kanssa. Niiden sytoplasmadomeenit ovat vuorovaikutuksessa solun sytoskeletin kanssa ankkuroidakseen ne.

Ankkurointilaitteet

Kolmesta ankkurointiliitostyypistä vain kaksi osallistuu solu-solu-vuorovaikutukseen: kiinnittyy liitoksiin ja desmosomeihin . Molempia löytyy monenlaisista soluista. Vierekkäiset epiteelisolut on liitetty tarttuvilla liitoksilla niiden sivukalvoihin. Ne sijaitsevat hieman tiukkojen liitosten alapuolella. Niiden tehtävänä on antaa soluille ja kudoksille muoto ja jännitys, ja ne ovat myös solusolujen signaloinnin paikka. Adherens-liitokset tehdään kadheriiniperheen soluadheesiomolekyyleistä . Kadheriinityyppejä on yli 100, jotka vastaavat monia erityyppisiä soluja ja kudoksia, joilla on erilaiset ankkurointitarpeet. Yleisimmät ovat E-, N- ja P-kadheriinit. Epiteelisolujen kiinnittyneissä risteyksissä E-kadheriinia on eniten.

Desmosomit tarjoavat myös voimaa ja kestävyyttä soluille ja kudoksille, ja ne sijaitsevat juuri kiinnittyneiden liitosten alapuolella. Ne ovat tarttumispaikkoja eivätkä ympäröi solua. Ne on valmistettu kahdesta erikoistuneesta kadheriinista, desmogleiinistä ja desmokolliinista . Näillä proteiineilla on solunulkoisia domeeneja, jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa vierekkäisissä soluissa. Sytoplasman puolella plakiinit muodostavat plakkeja, jotka ankkuroivat desmosomit keratiiniproteiineista koostuviin välifilamentteihin . Desmosomeilla on myös rooli solusolun signaloinnissa.

Ristiliitokset

Ristiliitännät ovat solusolusignaloinnin tai -yhteyden pääkohde, jonka avulla pienet molekyylit voivat diffundoitua vierekkäisten solujen välillä. In selkärankaisilla , aukkoliitokset koostuvat transmembraani- proteiineja, joita kutsutaan konneksiinit . Ne muodostavat kuusikulmaisia ​​huokosia tai kanavia, joiden läpi ionit, sokerit ja muut pienet molekyylit voivat kulkea. Jokainen huokos on valmistettu 12 konneksiinimolekyylistä; 6 muodostavat hemikanavan yhdelle solukalvolle ja ovat vuorovaikutuksessa vierekkäisen solukalvon hemikanavan kanssa. Näiden liitosten läpäisevyyttä säätelevät monet tekijät, mukaan lukien pH ja Ca ²⁺ -pitoisuus.

Reseptoriproteiinit suorakontaktisessa signaloinnissa

Solupinnalla olevilla reseptoriproteiineilla on kyky sitoa spesifisiä signalointimolekyylejä, joita muut solut erittävät. Solusignalointi antaa solujen kommunikoida vierekkäisten solujen, läheisten solujen ( parakriini ) ja jopa kaukaisen solujen ( endokriiniset ) kanssa. Tämä sitoutuminen aiheuttaa konformatiivisen muutoksen reseptorissa, mikä puolestaan ​​saa aikaan vastauksen vastaavassa solussa. Nämä vastaukset sisältävät muutoksia geeniekspressiossa ja muutoksia sytoskeletonirakenteessa . Plasmakalvon solunulkoisilla pinnoilla on erilaisia proteiineja , hiilihydraatteja ja lipidejä, jotka ulottuvat ulospäin ja toimivat signaaleina. Suora kontakti solujen välillä antaa yhden solun reseptorien sitoutua pieniin molekyyleihin, jotka on kiinnitetty eri solujen plasmakalvoon. Eukaryooteissa monet varhaisen kehityksen aikana olevat solut kommunikoivat suoran kontaktin kautta.

Synaptista signalointia , joka on olennainen osa hermoston toimintaa, tapahtuu hermosolujen ja kohdesolujen välillä. Nämä kohdesolut voivat olla myös neuroneita tai muita solutyyppejä (esim lihas- tai rauhasen soluihin). Protokadheriineja , jäsen kadheriini perhe, välittävät tarttumista neuronien niiden kohdesoluihin synapseissa muuten tunnetaan synaptic liittymissä. Jotta viestintä tapahtuu välillä hermosolun ja sen kohdesolun, joka on depolarisaatioaaltoa liikkuu pituuden neuronin ja syyt välittäjäaineiden voidaan vapauttaa osaksi synaptisessa liitoksessa. Nämä välittäjäaineet sitovat ja aktivoivat post-synaptisen hermosolun reseptorit välittäen siten signaalin kohdesoluun. Siten synapsin jälkeinen kalvo kuuluu signaalin vastaanottavaan kalvoon, kun taas pre-synaptinen kalvo on välittäjäaineen lähde. Eräässä hermolihasliitoksessa , synapsi välille muodostuu motoneuronihäiriön ja lihassyiden . In selkärankaisilla , asetyylikoliinin vapautuu motoneuronihäiriön toimii välittäjäaine, joka depolarisoi lihassäikeiden ja aiheuttaa lihasten supistumista . Neuronin kyky vastaanottaa ja integroida samanaikaisia ​​signaaleja ympäristöstä ja muista neuroneista mahdollistaa monimutkaisen eläinten käyttäytymisen .

Kasvien solujen ja solujen vuorovaikutus

Kasvisoluja ympäröivät soluseinät, jotka ovat este solu-soluyhteydelle. Tämä este ylitetään erikoistuneilla risteyksillä, joita kutsutaan plasmodesmatiksi . Ne ovat samanlaisia ​​kuin aukkoyhteydet, jotka yhdistävät vierekkäisten solujen sytosolin. Pienet molekyylit (<1000 Da), kuten ionit, aminohapot ja sokerit, voivat diffundoitua vapaasti plasmodesmatan kautta. Nämä pienet molekyylit sisältävät signalointimolekyylin ja transkriptiotekijät . Kanavan kokoa säädetään myös siten, että molekyylit voivat olla kooltaan jopa 10000 Da. Näiden kanavien läpäisevyys riippuu monista tekijöistä, mukaan lukien Ca2 + -pitoisuus. Sytosolisen Ca2 + -pitoisuuden nousu rajoittaa reversiibelisti kulkeutumista plasmodesmatan läpi. Toisin kuin aukkoliitännät, vierekkäisten solujen solukalvot sulautuvat muodostaen yhtenäisen kanavan, jota kutsutaan rengasmaiseksi. Lisäksi kanavan sisällä on solujen välillä ulottuva endoplasman verkkokalvon jatko , jota kutsutaan desmotubulukseksi . Solu-solu-vuorovaikutuksilla, joita plasmodesmatat helpottavat, on tärkeä rooli kasvisolujen ja -kudosten kehityksessä ja puolustuksessa virusinfektiota vastaan.

Ohimenevät vuorovaikutukset

Immuunijärjestelmä

Leukosyytit tai valkosolut tuhoavat epänormaalit solut ja suojaavat myös bakteereita ja muita vieraita aineita vastaan. Nämä vuorovaikutukset ovat luonteeltaan ohimeneviä, mutta ovat välttämättömiä välittömänä immuunivasteena. Infektioiden torjumiseksi leukosyyttien on siirryttävä verestä vaurioituneisiin kudoksiin. Tätä kudoksiin siirtymistä kutsutaan ekstravasaatioksi . Se vaatii peräkkäisten solu-solu-vuorovaikutusten muodostumista ja rikkomista leukosyyttien ja verisuonia ympäröivien endoteelisolujen välillä. Nämä solu-solu-vuorovaikutukset välittyvät pääasiassa selektiineiksi kutsuttujen soluadheesiomolekyylien (CAM) ryhmällä .

Immuunijärjestelmän keskeiset T-auttajasolut ovat vuorovaikutuksessa muiden leukosyyttien kanssa vapauttamalla sytokiineiksi kutsuttuja signaaleja, jotka aktivoivat ja stimuloivat B-solujen ja tappaja T-solujen lisääntymistä . T-auttajasolut ovat myös suoraan vuorovaikutuksessa makrofagien , solujen kanssa, jotka imevät vieraita aineita ja näyttävät antigeeneja sen pinnalla. T-auttajasolut, joilla on sopivat reseptorit, voivat sitoutua näihin antigeeneihin ja lisääntyä, jolloin saadaan T-auttajasoluja, joilla on kyky tunnistaa samat antigeenit.

Hyytyminen

Hyytyminen tai veren hyytyminen perustuu fibriinituotannon lisäksi verihiutaleiden välisiin vuorovaikutuksiin . Kun endoteeli tai verisuonen vuori vaurioituu, sidekudos, mukaan lukien kollageenikuidut, paljastetaan paikallisesti. Aluksi verihiutaleet tarttuvat paljaaseen sidekudokseen spesifisten solupintareseptorien kautta. Tätä seuraa verihiutaleiden aktivaatio ja aggregaatio, jossa verihiutaleet kiinnittyvät lujasti ja vapauttavat kemikaaleja, jotka rekrytoivat naapurihiutaleita verisuonivaurion alueelle. Tämän verihiutaleiden aggregaatin ympärille muodostuu sitten fibriiniverkko hyytymän lujuuden lisäämiseksi.

Solujen vuorovaikutus bakteerien välillä

Bakteeripopulaatiot ovat vuorovaikutuksessa samalla tavalla kuin kudoksen solut. Ne kommunikoivat fyysisten vuorovaikutusten ja signalointimolekyylien, kuten homoseriinilaktonien ja peptidien kautta keinona hallita aineenvaihduntaa ja säätää kasvua. Biofilmi on yleinen esimerkki ja yksi tutkituimmista bakteerisolujen vuorovaikutuksen muodoista. Biofilmi on soluryhmä, joka voidaan kiinnittää biologisiin tai abioottisiin pintoihin. Bakteerit muodostavat biofilmejä sopeutuakseen erilaisiin ympäristöihin, kuten substraatin saatavuuden muutoksiin. Esimerkiksi biokalvon muodostuminen lisää bakteerisolun vastustuskykyä antibiooteille verrattuna soluihin, jotka eivät ole osa aggregaattia.

Patologiset seuraukset

Syöpä

Syöpä voi johtua solu-solu-vuorovaikutuksen häviämisestä. Normaaleissa soluissa kasvua kontrolloidaan kontaktin estolla , jossa kosketus naapurisoluihin aiheuttaa temppua solukasvussa. Kontaktin estämisen uskotaan välittävän kadheriinit , proteiinit, joilla on tärkeä rooli solujen tarttumisessa . Tämä esto estää soluja kasaantumasta päällekkäin ja muodostamasta kumpuja. Kuitenkin syöpäsoluissa, joissa E-kadheriinin ilmentyminen menetetään, kontaktin esto menetetään ja johtaa hallitsemattomaan kasvuun tai lisääntymiseen, kasvaimen muodostumiseen ja etäpesäkkeisiin .

Bakteerien patogeenit

Jotta patogeeniset bakteerit tunkeutuisivat soluun, tarvitaan yhteys isäntäsolun kanssa. Ensimmäinen vaihe hyökkäävien bakteerien kohdalla on yleensä tarttuminen isäntäsoluihin. Vahva ankkurointi, ominaisuus, joka määrää virulenssin , estää bakteerien huuhtoutumisen ennen infektion tapahtumista . Bakteerisolut voivat sitoutua moniin isäntäsolupintarakenteisiin, kuten glykolipideihin ja glykoproteiineihin, jotka toimivat kiinnitysreseptoreina. Kiinnittyneenä bakteerit alkavat olla vuorovaikutuksessa isännän kanssa häiritäkseen sen normaalia toimintaa ja häiritsevän tai järjestäen sytoskeletoniaan. Bakteerien pinnalla olevat proteiinit voivat olla vuorovaikutuksessa isännän proteiinireseptorien kanssa, mikä vaikuttaa signaalinsiirtoon solussa. Signaloinnin muutokset ovat suotuisia bakteereille, koska nämä muutokset tarjoavat olosuhteet, joissa taudinaiheuttaja voi tunkeutua. Monet patogeenit on tyypin III eritystä järjestelmiä , jotka voivat suoraan pistää proteiinin myrkkyjä isäntäsoluihin. Nämä toksiinit johtavat lopulta sytoskeletin uudelleenjärjestelyyn ja bakteerien pääsyyn.

Tauti

Solu-solu-vuorovaikutus on erittäin spesifistä ja sitä säännellään tiukasti. Geneettiset viat ja näiden vuorovaikutusten epäsäännöt voivat aiheuttaa monia erilaisia ​​sairauksia. Dysregulaatio, joka johtaa leukosyyttien migraatioon terveisiin kudoksiin, voi aiheuttaa sairauksia, kuten akuutin hengitysvaikeusoireyhtymän ja tietyntyyppisiä niveltulehduksia . Autoimmuunisairaus , pemphigus vulgaris tulokset autovasta-aineita ja desmogleiini ja muu normaali kehon proteiineja. Auto-vasta-aineet häiritsevät tarttuvuutta epiteelisolujen välillä. Tämä aiheuttaa ihon ja limakalvojen rakkuloita. Konnexiinigeenien mutaatiot aiheuttavat 8 ihmisen sairautta, mukaan lukien sydämen epämuodostumat ja neurosensoriset kuuroudet.

Viitteet