Институт Stowers Медицинского Следователя Научного сотрудника Мэтта Гибсона, доктора философии, и его команды использует простые системы животных как дрозофилы и актинии, чтобы заняться расследованиями, как эпителиальные клетки поддерживают порядок, будучи толкавшимся клеточным делением.Новые результаты из его лаборатории, изданной в прогрессе 21 июля проблема, онлайн Природы демонстрирует, что путь митотический шпиндель – оборудование, которое разделяет хромосомы на дочерние клетки во время клеточного деления – выравнивает относительно поверхности слоя клетки, важны для обслуживания эпителиальной целостности.
Это также намекает на удивительный способ, которым клетки начинают программу экспрессии гена, замеченную при агрессивных раковых образованиях, когда тот процесс спутывается.Исследование использует живое отображение дрозофилы имагинальные диски, простые личиночные ткани, которые в конечном счете дают начало взрослому крылу. «В блюде культуры клетки могут разделиться волей-неволей», говорит Гибсон. «Но в организме клеточное деление должно быть выверено с более широким структурным контекстом. Наша работа обращается, как эпителиальные ткани поддерживают структурную целостность, даже во время экстремальных явлений клеточного деления».Отправная точка для этой работы была Текущей газетой Биологии лаборатории 2011 года, показывающей, что, когда колоночные клетки упаковали вещи в разделенном эпителии, их верхний (апикальный) конец кратко увеличился, чтобы позволить ядру клетки перемещаться в тот регион.
Когда подразделение началось, митотический шпиндель (который искренне распределяет хромосомы в каждую дочернюю клетку), неизменно ориентировал себя параллельный апикальной поверхности эпителия.Другими словами, если бы Вы указали крошечную камеру в пищеварительном тракте к делению эпителиальных клеток его подкладки, Вы «видели» бы, что митотический шпиндель быть похожим на симметрическую сеть, точно как он сделал в Вашем учебнике по биологии средней школы.Чтобы определить, почему ее ориентация была неслучайна, группа сделала эквивалентный эксперимент.
Используя отображение флюоресценции с высоким разрешением, чтобы посмотреть в делящихся клетках в развивающихся дисках крыла, они заметили, что два полюса шпинделя всегда были около septate соединений, определенных областей близкого молекулярного контакта между соседними клетками. Два компонента соединения, белки под названием Большие Диски и Каракули, сочетались к шпинделю, предполагая, что они могли бы действовать как сигналы, чтобы ориентировать его.
На вид странные имена, данные этим факторам несколько десятилетий назад, отражают то, что биологи видели в мутантах мухи, испытывающих недостаток в каждом белке. У мух без Больших Дисков в широком масштабе перерастаются имагинальные диски, в то время как эмбрионы мухи, испытывающие недостаток в Каракулях, напоминают хаотические каракули, напоминающие об опухоли. Гибсон рассуждал, что подавляющая опухолью деятельность, о которой сообщают, этих белков могла бы быть связана с ролью в контролировании митотического шпинделя.
Таким образом, его группа генетически удалила Каракули, Большие Диски и масса других факторов в клетках диска крыла и наблюдала то, что произошло, когда клетки разделились, усилие, которому помогает настроенный микроскоп, построенный Центром Микроскопии Stowers. То, что они видели, было существенно: удаление Каракулей заставило митотический шпиндель переворачивать под случайным углом, также, как и удаление Больших Дисков. Затем, непосредственно тревожа шпиндель, исследователи, захваченные видео процесс, которым клетки с дезориентированными шпинделями начали очищать далеко, или расслаиваться от эпителия.
«Я не ожидал, что шпиндельные дефекты ориентации могли быть достаточными, чтобы вызвать потерю эпителиальной идентичности», объясняет Ю-ичиро Накадзима, доктор философии, постдокторант в лаборатории Гибсона и первый автор исследования. «Но люди в области выдвинули гипотезу, что шпиндель misorientation мог бы вызвать tumorigenesis или даже способствовать развитию рака».Первоначально, группа не наблюдала таких страшных последствий: Гибсон говорит, что от расслоения клеток обычно «падение из эпителия» и избавляется апоптоз, механизм здоровое использование тканей, чтобы уничтожить поврежденные клетки. Но когда команда экспериментально запретила апоптоз, подобный опухоли рост появился в основе слоя клетки. Клетки в том росте выразили гены, включенные в агрессивных человеческих опухолях, среди них версия дрозофилы человеческой Матричной металлопротеиназы 1, эпителиальный биомаркер рака.
«Результаты, полученные из эпителиальной биологии часто, приводят к лучшему пониманию развития рака», говорит Накадзима. «Мы нашли, что у шпиндельной ориентации есть подавляющая опухолью роль в распространяющихся эпителиях. Таким образом, мы ищем другие шпиндельные регуляторы, которые могут представлять новые подавители опухоли».Человеческие эпителиальные клетки действительно выражают Каракули млекопитающих и Диски Большие белки, и оба играют ключевые роли в поддержании полярности эпителиальной клетки или shap – имущество, утраченное в метастатических раковых клетках.
Или Каракули или Диски Большой акт как подавители опухоли при человеческих раковых образованиях расследуются.Гибсон подчеркивает осторожность в сравнении регулирования Дрозофилы и человеческих эпителиев. Тем не менее, он отмечает, что нормальные ткани и у мух и у людей защищают себя, уничтожая неправильно себя ведущие клетки через апоптоз. Если бы тот механизм вышел из строя, как часто наблюдается при человеческих раковых образованиях, беспорядочные клетки в эпителии могли убежать.
«Когда клетки в основном заключены в тюрьму в эпителиальный слой, вещи остаются приятно организованными», говорит Гибсон. «Но в этом исследовании мы нашли, что просто принуждения клетки расслаиваться от эпителия достаточно, чтобы начать неправильную программу экспрессии гена. Это означает, что поддержание заказанной структуры не является просто физическим требованием, но и мог также защищать клетки от включения потенциально отклоняющихся генов».
Другими участниками была Эмили Мейер из лаборатории Гибсона, и Аманда Кроесен и Шон Маккинни, доктор философии, от Центра Микроскопии Stowers. Исследование финансировалось Институтом Stowers Медицинского Исследования и Фондом Wellcome Берроуза.