Белки нектины помогают клеточкам слухового эпителия расположиться в шахматном порядке
Очень нередко в сложноорганизованных тканях можно узреть «узоры», в каких клеточки 1-го типа довольно строго чередуются с клеточками другого. Броский пример тому - слуховой эпителий, который размещен в улитке, одной из частей внутреннего уха. В этом эпителии есть два типа клеток - волосковые (сенсорные сенсоры, благодаря которым мы слышим, см. Hair cell) и клеточки сопровождения (которые обеспечивают поддержку и опору волосковых клеток). Эти два типа клеток размещаются в шахматном порядке. Каким же образом им удается так выстроиться? Группа исследователей из Стране восходящего солнца смогла разобраться в этом вопросе.
Вообщем, межклеточными взаимодействиями занимается огромное количество белков, которые известны под общим заглавием «молекулы клеточной адгезии» (МКА). Обычно, это трансмембранные сенсоры, другими словами белки, у каких одна часть обращена вовнутрь клеточки, другая плавает в мембране, а 3-я - торчит наружу. И если внешняя часть 1-го сенсора от одной клеточки сцепится с внешней частью другого сенсора от другой клеточки, то в итоге «сцепятся» и сами эти клеточки. При этом зависимо от того, принадлежат ли эти внешние части белкам 1-го типа либо различных, сцепляться будут однообразные либо различные клеточки. Сцепление 2-ух белков 1-го типа именуется гомофильным взаимодействием, а сцепление 2-ух белков различных типов - гетерофильным.
Но какие непосредственно молекулы важны для правильной организации слухового эпителия? Под подозрение ученых попали нектины (см. Nectin) - отдаленные родственники иммуноглобулинов. В принципе, нектины способны и к гетерофильным и к гомофильным взаимодействиям, но гетерофильные им нравятся больше. Потому можно представить, что конкретно гетерофильные взаимодействия меж ними и обеспечивают шахматную структуру слухового эпителия.
Чтоб это проверить, исследователи сперва поглядели, как всераспространены три вида нектинов - нектин-1 (см PVRL1), нектин-2 (см. PVRL2) и нектин-3 (см. PVRL3) - в слуховом эпителии мышей. И оказалось, что два вида нектина - 1 и 3 - встречаются фактически только там, где волосковая клеточка контактирует с сопровождающей. В то же время, нектин-2 обнаруживался во всех клеточных контактах без разбора ( 1).
Эти данные сузили круг подозреваемых до 2-ух видов нектина - первого и третьего. Сейчас оставалось выяснить, в каком виде клеток (волосковых либо провождающих) какой вид нектина делается. Из рассредотачивания белков (показанного на 1) это осознать совсем нереально, так как нектины размещаются в области межклеточных контактов, и нельзя точно рассмотреть, к какой конкретно клеточке они принадлежат.
Зато можно поглядеть, в какой из клеток находится матричная РНК (мРНК) для соответственного нектина - она относительно умеренно распределена по цитоплазме, и потому осознать, к какой клеточке она относится, не составит никакого труда. Узреть рассредотачивание мРНК можно при помощи методики под заглавием «гибридизация in situ» (см. In situ hybridization). Выяснилось, что мРНК для нектина-1 (а означает, и сам этот белок) находится исключительно в волосковых клеточках, а мРНК для нектина-3 - исключительно в провождающих.
Итак, вырисовывалась последующая картина: в волосковых клеточках экспрессируется нектин-1, а в провождающих - нектин-3. Сцепившись вместе, эти два нектина соединяют свои клеточки - волосковую с сопровождающей. В итоге волосковая клеточка становится окружена провождающими, а провождающая - волосковыми, другими словами они выстраиваются в шахматном порядке. Другими словами, для организации такового узора необходимо всего две молекулы - нектин-1 и нектин-3.
Сейчас необходимо было обосновать, что так оно всё и происходит. Для этого исследователи поглядели, как выстроены клеточки в слуховом эпителии у 3-х линий мышей-нокаутов - тех, которые не экспрессировали нектин-1, 2 и 3 соответственно.
2. Окрашивание на F-актин (зеленоватый цвет), который в огромных количествах встречается в волосковых клеточках, также находится в межклеточных контактах, указывает, что при отсутствии нектина-1 и в особенности нектина-3 порядок расположения клеток в слуховом эпителии мышей нарушается. О том же гласит и окрашивание на ZO-1 (красноватый цвет), специфичный маркер плотных контактов (1-го из видов соединения меж клеточками, см. Tight junctions). Стрелочками показаны ненормальные соединения меж волосковыми клеточками, а треугольниками - ненормальные соединения меж клеточками Дейтерса (это один из видов клеток сопровождения, см. Deiters cells). В левом столбике - контроль (слуховой эпителий мышей одичавшего типа), далее - нектин-1, 2 и 3-нокауты. Изображение из обсуждаемой статьи в Science
И вправду, оказалось, что при отсутствии нектинов 1 и 3 регулярность чередования клеток приметно нарушается ( 2). В особенности мучаются нектин-3-нокауты, у каких волосковые клеточки очень нередко начинают соединяться в группы по две-три штуки. Видимо, не обнаружив нектина-3, молекулы нектина-1 начинают слипаться вместе, из-за чего в контакт входят уже не различные, а однообразные клеточки.
Ну что ж, если для того, чтоб клеточки организовались в шахматном порядке, необходимы всего две молекулы, то, может, эти же молекулы сумеют организовать порядок расположения других клеток, которые не имеют дела к слуховому эпителию? Чтоб проверить это, исследователи сделали последующее.
Они взяли одну из часто встречающихся клеточных линий HEK293 (см. HEK cell) и сделали из нее две сублинии. Первую они принудили экспрессировать нектин-1 и EGFP (зеленоватый флуоресцентный белок), а вторую - нектин-3 и mCherry (флуоресцентный белок, который сияет красноватым). Достаточно изредка рассеяв клеточки обеих сублиний, чтоб они смогли образовать независящие колонии, исследователи стали следить, что происходит на границе 2-ух различных колоний.
3. Обоюдное размещение клеток НЕК293, экспрессирующих нектин-1 + EGFP (зеленоватые) и нектин-3 + mCherry (красноватые) припоминает шахматный порядок, в каком размещаются клеточки в слуховом эпителии (D). В то же время, клеточки, экспрессирующие EGFP и mCherry просто (А), нектин-1 + EGFP и нектин-1 + mCherry (В) и нектин-3 + EGFP и нектин-3 + mCherry (С), не демонстрируют такового серьезного узора. Это гласит о том, что конкретно взаимодействие меж нектином-1 и нектином-3 обеспечивает шахматный порядок расположения клеток разных типов. Изображение из обсуждаемой статьи в Science
И выяснилось, что размещение клеток различных сублиний в этих областях в некой степени припоминает тот шахматный порядок, в каком выстраиваются клеточки в слуховом эпителии ( 3).
Можно даже проследить, как клеточки передвигаются, чтоб организоваться в таковой узор (см. 4).
4. Фото расположения клеток различных сублиний (расцветка которых соответствует такой для 3, D) в различные моменты времени (t, в минутках). Видно, как клеточки передвигаются, чтоб занять такое положение, в каком они будут окружены клеточками другой сублинии. Изображение из обсуждаемой статьи в Science
Итак, ах так, судя по всему, организуется правильное размещение клеток при помощи нектинов.
Нектин-1 экспрессируется волосковыми клеточками, нектин-3 - провождающими, а нектин-2 - и теми и другими. Нектин-1 очень связывается с нектином-3, нектин-2 и нектин-3 связываются слабее, а нектин-1 и нектин-2 не связываются совсем. При всем этом каждый нектин может объединиться с для себя схожим - другими словами нектин-1 с нектином-1, нектин-2 с нектином-2, а нектин-3 с нектином-3.
Если все три нектина нормально экспрессируются, то сильные взаимодействия меж нектином-1 и нектином-3 «забивают» все другие и определяют порядок, в каком выстроятся клеточки, - таковой, в каком любая клеточка окружена клеточками другого вида. У мышей-нокаутов, которые не экспрессируют нектин-1, этот порядок более либо наименее сохраняется, так как взаимодействия меж нектином-2 и 3 отчасти компенсируют отсутствие взаимодействия меж нектином-1 и 3. Если нет нектина-2, то порядок расположения клеток вообщем не нарушается, так как главное взаимодействие - меж нектином-1 и 3 - не затронуто. При отсутствии же нектина-3 порядок клеток нарушается очень очень, так как становятся неосуществимыми и взаимодействия меж нектином-1 и 3, и меж нектином-2 и 3.
5. Схема организации расположения волосковых клеток и клеток сопровождения у мышей одичавшего типа (WT) и у нокаутов по нектину-1 (Nectin-1 KO), нектину-2 (Nectin-2 KO) и нектину-3 (Nectin-3 KO). Изображение из обсуждаемой статьи в Science
Всё это гласит о том, что конкретно члены иммуноглобулинового суперсемейства белков, нектины, обеспечивают шахматный порядок организации клеток в слуховом эпителии. Судя по всему, подобные механизмы действуют и в других областях, где наблюдается серьезное чередование клеток, хотя может быть, что там этим занимаются другие молекулы. К примеру, показано, что белки Hibris и Roughest, тоже члены иммуноглобулинового суперсемейства, заносят вклад в компанию расположения клеток в глазу у плодовой мушки дрозофилы.
Вообщем, межклеточными взаимодействиями занимается огромное количество белков, которые известны под общим заглавием «молекулы клеточной адгезии» (МКА). Обычно, это трансмембранные сенсоры, другими словами белки, у каких одна часть обращена вовнутрь клеточки, другая плавает в мембране, а 3-я - торчит наружу. И если внешняя часть 1-го сенсора от одной клеточки сцепится с внешней частью другого сенсора от другой клеточки, то в итоге «сцепятся» и сами эти клеточки. При этом зависимо от того, принадлежат ли эти внешние части белкам 1-го типа либо различных, сцепляться будут однообразные либо различные клеточки. Сцепление 2-ух белков 1-го типа именуется гомофильным взаимодействием, а сцепление 2-ух белков различных типов - гетерофильным.
Но какие непосредственно молекулы важны для правильной организации слухового эпителия? Под подозрение ученых попали нектины (см. Nectin) - отдаленные родственники иммуноглобулинов. В принципе, нектины способны и к гетерофильным и к гомофильным взаимодействиям, но гетерофильные им нравятся больше. Потому можно представить, что конкретно гетерофильные взаимодействия меж ними и обеспечивают шахматную структуру слухового эпителия.
Чтоб это проверить, исследователи сперва поглядели, как всераспространены три вида нектинов - нектин-1 (см PVRL1), нектин-2 (см. PVRL2) и нектин-3 (см. PVRL3) - в слуховом эпителии мышей. И оказалось, что два вида нектина - 1 и 3 - встречаются фактически только там, где волосковая клеточка контактирует с сопровождающей. В то же время, нектин-2 обнаруживался во всех клеточных контактах без разбора ( 1).
Эти данные сузили круг подозреваемых до 2-ух видов нектина - первого и третьего. Сейчас оставалось выяснить, в каком виде клеток (волосковых либо провождающих) какой вид нектина делается. Из рассредотачивания белков (показанного на 1) это осознать совсем нереально, так как нектины размещаются в области межклеточных контактов, и нельзя точно рассмотреть, к какой конкретно клеточке они принадлежат.
Зато можно поглядеть, в какой из клеток находится матричная РНК (мРНК) для соответственного нектина - она относительно умеренно распределена по цитоплазме, и потому осознать, к какой клеточке она относится, не составит никакого труда. Узреть рассредотачивание мРНК можно при помощи методики под заглавием «гибридизация in situ» (см. In situ hybridization). Выяснилось, что мРНК для нектина-1 (а означает, и сам этот белок) находится исключительно в волосковых клеточках, а мРНК для нектина-3 - исключительно в провождающих.
Итак, вырисовывалась последующая картина: в волосковых клеточках экспрессируется нектин-1, а в провождающих - нектин-3. Сцепившись вместе, эти два нектина соединяют свои клеточки - волосковую с сопровождающей. В итоге волосковая клеточка становится окружена провождающими, а провождающая - волосковыми, другими словами они выстраиваются в шахматном порядке. Другими словами, для организации такового узора необходимо всего две молекулы - нектин-1 и нектин-3.
Сейчас необходимо было обосновать, что так оно всё и происходит. Для этого исследователи поглядели, как выстроены клеточки в слуховом эпителии у 3-х линий мышей-нокаутов - тех, которые не экспрессировали нектин-1, 2 и 3 соответственно.
2. Окрашивание на F-актин (зеленоватый цвет), который в огромных количествах встречается в волосковых клеточках, также находится в межклеточных контактах, указывает, что при отсутствии нектина-1 и в особенности нектина-3 порядок расположения клеток в слуховом эпителии мышей нарушается. О том же гласит и окрашивание на ZO-1 (красноватый цвет), специфичный маркер плотных контактов (1-го из видов соединения меж клеточками, см. Tight junctions). Стрелочками показаны ненормальные соединения меж волосковыми клеточками, а треугольниками - ненормальные соединения меж клеточками Дейтерса (это один из видов клеток сопровождения, см. Deiters cells). В левом столбике - контроль (слуховой эпителий мышей одичавшего типа), далее - нектин-1, 2 и 3-нокауты. Изображение из обсуждаемой статьи в Science
И вправду, оказалось, что при отсутствии нектинов 1 и 3 регулярность чередования клеток приметно нарушается ( 2). В особенности мучаются нектин-3-нокауты, у каких волосковые клеточки очень нередко начинают соединяться в группы по две-три штуки. Видимо, не обнаружив нектина-3, молекулы нектина-1 начинают слипаться вместе, из-за чего в контакт входят уже не различные, а однообразные клеточки.
Ну что ж, если для того, чтоб клеточки организовались в шахматном порядке, необходимы всего две молекулы, то, может, эти же молекулы сумеют организовать порядок расположения других клеток, которые не имеют дела к слуховому эпителию? Чтоб проверить это, исследователи сделали последующее.
Они взяли одну из часто встречающихся клеточных линий HEK293 (см. HEK cell) и сделали из нее две сублинии. Первую они принудили экспрессировать нектин-1 и EGFP (зеленоватый флуоресцентный белок), а вторую - нектин-3 и mCherry (флуоресцентный белок, который сияет красноватым). Достаточно изредка рассеяв клеточки обеих сублиний, чтоб они смогли образовать независящие колонии, исследователи стали следить, что происходит на границе 2-ух различных колоний.
3. Обоюдное размещение клеток НЕК293, экспрессирующих нектин-1 + EGFP (зеленоватые) и нектин-3 + mCherry (красноватые) припоминает шахматный порядок, в каком размещаются клеточки в слуховом эпителии (D). В то же время, клеточки, экспрессирующие EGFP и mCherry просто (А), нектин-1 + EGFP и нектин-1 + mCherry (В) и нектин-3 + EGFP и нектин-3 + mCherry (С), не демонстрируют такового серьезного узора. Это гласит о том, что конкретно взаимодействие меж нектином-1 и нектином-3 обеспечивает шахматный порядок расположения клеток разных типов. Изображение из обсуждаемой статьи в Science
И выяснилось, что размещение клеток различных сублиний в этих областях в некой степени припоминает тот шахматный порядок, в каком выстраиваются клеточки в слуховом эпителии ( 3).
Можно даже проследить, как клеточки передвигаются, чтоб организоваться в таковой узор (см. 4).
4. Фото расположения клеток различных сублиний (расцветка которых соответствует такой для 3, D) в различные моменты времени (t, в минутках). Видно, как клеточки передвигаются, чтоб занять такое положение, в каком они будут окружены клеточками другой сублинии. Изображение из обсуждаемой статьи в Science
Итак, ах так, судя по всему, организуется правильное размещение клеток при помощи нектинов.
Нектин-1 экспрессируется волосковыми клеточками, нектин-3 - провождающими, а нектин-2 - и теми и другими. Нектин-1 очень связывается с нектином-3, нектин-2 и нектин-3 связываются слабее, а нектин-1 и нектин-2 не связываются совсем. При всем этом каждый нектин может объединиться с для себя схожим - другими словами нектин-1 с нектином-1, нектин-2 с нектином-2, а нектин-3 с нектином-3.
Если все три нектина нормально экспрессируются, то сильные взаимодействия меж нектином-1 и нектином-3 «забивают» все другие и определяют порядок, в каком выстроятся клеточки, - таковой, в каком любая клеточка окружена клеточками другого вида. У мышей-нокаутов, которые не экспрессируют нектин-1, этот порядок более либо наименее сохраняется, так как взаимодействия меж нектином-2 и 3 отчасти компенсируют отсутствие взаимодействия меж нектином-1 и 3. Если нет нектина-2, то порядок расположения клеток вообщем не нарушается, так как главное взаимодействие - меж нектином-1 и 3 - не затронуто. При отсутствии же нектина-3 порядок клеток нарушается очень очень, так как становятся неосуществимыми и взаимодействия меж нектином-1 и 3, и меж нектином-2 и 3.
5. Схема организации расположения волосковых клеток и клеток сопровождения у мышей одичавшего типа (WT) и у нокаутов по нектину-1 (Nectin-1 KO), нектину-2 (Nectin-2 KO) и нектину-3 (Nectin-3 KO). Изображение из обсуждаемой статьи в Science
Всё это гласит о том, что конкретно члены иммуноглобулинового суперсемейства белков, нектины, обеспечивают шахматный порядок организации клеток в слуховом эпителии. Судя по всему, подобные механизмы действуют и в других областях, где наблюдается серьезное чередование клеток, хотя может быть, что там этим занимаются другие молекулы. К примеру, показано, что белки Hibris и Roughest, тоже члены иммуноглобулинового суперсемейства, заносят вклад в компанию расположения клеток в глазу у плодовой мушки дрозофилы.