Cellefusion - Cell fusion

Cellefusion er en vigtig cellulær proces , hvor flere uninucleate celler (celler med en enkelt kerne ) kombineres for at danne en multinucleate celle, kendt som et syncytium . Cellefusion forekommer under differentiering af myoblaster , osteoblaster og trofoblaster , under embryogenese og morfogenese . Cellefusion er en nødvendig begivenhed i modning af celler, så de opretholder deres specifikke funktioner gennem hele væksten .

Historie

I 1847 udvidede Theodore Schwann teorien om, at alle levende organismer er sammensat af celler, da han tilføjede det, at diskrete celler er livsgrundlaget. Schwann observerede, at cellernes vægge og hulrum i visse celler smelter sammen. Det var denne observation, der gav det første antydning om, at celler smelter sammen. Det var først i 1960, at cellebiologer bevidst sammensmeltede celler for første gang. For at smelte cellerne kombinerede biologer isolerede museceller med den samme slags væv og inducerede fusion af deres ydre membran ved hjælp af Sendai-virussen (en respiratorisk virus hos mus). Hver af de sammensmeltede hybridceller indeholdt en enkelt kerne med kromosomer fra begge fusionspartnere. Synkaryon blev navnet på denne type celle kombineret med en kerne. I slutningen af ​​1960'erne smeltede biologer med succes celler af forskellige typer og fra forskellige arter. Hybridprodukterne fra disse fusioner, heterokaryon , var hybrider, der opretholdt to eller flere separate kerner. Dette arbejde blev ledet af Henry Harris ved University of Oxford og Nils Ringertz fra Sveriges Karolinska Institute. Disse to mænd er ansvarlige for at genoplive cellefusionsinteressen. Hybridcellerne interesserede biologer i, hvordan forskellige slags cytoplasma påvirker forskellige slags kerner . Arbejdet udført af Henry og Nils viste, at proteiner fra en genfusion påvirker genekspression i den anden partners kerne og omvendt. Disse hybridceller, der blev oprettet, blev betragtet som tvungne undtagelser fra normal cellulær integritet, og det var først i 2002, at muligheden for cellefusion mellem celler af forskellige typer kan have en reel funktion i pattedyr.

To typer

Et diagram over cellefusion af forskellige slags
a Celler af samme slægt smelter sammen for at danne en celle med flere kerner, kendt som et syncytium. Den smeltede celle kan have en ændret fænotype og nye funktioner såsom barrierdannelse.
b Celler af forskellig afstamning smelter sammen for at danne en celle med flere kerner, kendt som en heterokaryon. De sammensmeltede celler kan have gennemgået en reversering af fænotype eller udvise transdifferentiering.
c Celler af forskellig afstamning eller samme linje sikringen til dannelse af en celle med en enkelt kerne, er kendt som en synkaryon. Nye funktioner i den sammensmeltede celle kan omfatte en reversion af fænotype, transdifferentiering og proliferation. Hvis der opstår nuklear fusion, indeholder den fusionerede kerne oprindeligt det komplette kromosomale indhold af begge fusionspartnere (4N), men i sidste ende går kromosomer tabt og / eller sorteres igen (se pile). Hvis nuklear fusion ikke forekommer, kan en heterokaryon (eller syncytium) blive en synkaryon ved at kaste en hel kerne.

Der er to forskellige typer cellefusion, der kan forekomme. Disse to typer inkluderer homotypisk og heterotypisk cellefusion.

Homotypisk cellefusion forekommer mellem celler af samme type. Et eksempel på dette ville være osteoklaster eller myofibre, der smelter sammen med deres respektive type celler. Når de to kerner smelter sammen, dannes der et synkaryon. Cellefusion forekommer normalt med nuklear fusion, men i fravær af nuklear fusion vil cellen blive beskrevet som en binukleeret heterokaryon . En heterokaryon er sammensmeltning af to eller flere celler i en, og den kan reproducere sig selv i flere generationer. Hvis to af den samme type celler smelter sammen, men deres kerner ikke smelter sammen, kaldes den resulterende celle et syncytium.

Heterotypisk cellefusion forekommer mellem celler af forskellige typer, hvilket gør det nøjagtigt modsat af homotypisk cellefusion. Resultatet af denne fusion er også en synkaryon produceret ved sammenfletning af kernerne og en binukleeret heterokaryon i fravær af nuklear fusion. Et eksempel på dette ville være knoglemarvsafledte celler (BMDC'er), der blev fusioneret med parenkymatiske organer.

Fire metoder

Der er fire metoder, som cellebiologer og biofysikere bruger til at smelte celler. Disse fire måder inkluderer elektrisk cellefusion, polyethylenglycol -cellefusion og sendai- virusinduceret cellefusion og en nyudviklet metode betegnet optisk kontrolleret termoplasmonik.

BTX ECM 2001 Elektrofusionsgenerator cellefusionsapplikationer fremstillet af BTX Harvard Apparatus, Holliston MA USA

Elektrisk cellefusion er et vigtigt skridt i nogle af de mest innovative metoder inden for moderne biologi. Denne metode begynder, når to celler bringes i kontakt ved dielektroforese . Dielektroforese bruger en højfrekvent vekselstrøm i modsætning til elektroforese , hvor en jævnstrøm påføres. Når cellerne er samlet, påføres en pulserende spænding. Pulsspændingen får cellemembranen til at trænge igennem og efterfølgende kombination af membranerne, og cellerne smelter derefter sammen. Herefter påføres alternativ spænding i en kort periode for at stabilisere processen. Resultatet af dette er, at cytoplasmaet er blandet sammen, og cellemembranen er fuldstændig smeltet. Alt, hvad der forbliver adskilt, er kernerne , som smelter sammen på et senere tidspunkt inden i cellen, hvilket gør resultatet til en heterokaryoncelle .

Polyethylenglycol cellefusion er den enkleste, men mest giftige måde at smelte celler på. I denne type cellefusion fungerer polyethylenglycol, PEG, som et dehydratiseringsmiddel og smelter ikke kun plasmamembraner, men også intracellulære membraner. Dette fører til cellefusion, da PEG inducerer celleagglutination og celle-til-celle-kontakt. Selvom denne type cellefusion er den mest udbredte, har den stadig fald. Ofte kan PEG forårsage ukontrollerbar fusion af flere celler, hvilket fører til udseendet af kæmpe polykaryoner. Standard PEG-cellefusion er også dårligt reproducerbar, og forskellige typer celler har forskellige fusionsfølsomheder. Denne type cellefusion bruges i vid udstrækning til produktion af somatiske cellehybrider og til nuklear overførsel ved kloning af pattedyr.

Sendai- virusinduceret cellefusion forekommer i fire forskellige temperaturfaser. I løbet af det første trin, der ikke varer længere end 10 minutter, finder viral adsorption sted, og det adsorberede virus kan hæmmes af virale antistoffer . Det andet trin, som er 20 minutter, er pH-afhængigt, og en tilsætning af viralt antiserum kan stadig hæmme den ultimative fusion. I det tredje antistof-ildfaste trin forbliver virale kappekomponenter detekterbare på overfladen af ​​celler. I løbet af det fjerde trin bliver cellefusion tydelig, og HA neuraminidase og fusionsfaktor begynder at forsvinde. Den første og anden fase er de eneste to, der er pH-afhængige.

Thermoplasmonics induceret cellefusion Thermoplasmonics er baseret på en nær infrarød (NIR) laser og en plasmonisk nanopartikel. Laseren, der typisk fungerer som en optisk fælde, bruges til at opvarme den nanoskopiske plasmonpartikel til meget høje og ekstremt lokalt forhøjede temperaturer. Optisk fangst af en sådan nanoheater ved grænsefladen mellem to membranvesikler eller to celler fører til øjeblikkelig fusion af de to verificeret ved både indhold og lipidblanding. Fordele inkluderer fuld fleksibilitet, for hvilke celler der skal smeltes, og fusion kan udføres i en hvilken som helst buffertilstand i modsætning til elektroformation, der påvirkes af salt.

I human terapi

Alternative former for gendannelse af organfunktion og erstatning af beskadigede celler er nødvendige med donororganer og væv til transplantation, der er så knappe. Det er på grund af knapheden, at biologer er begyndt at overveje potentialet for terapeutisk cellefusion. Biologer har diskuteret konsekvenserne af den observation, at cellefusion kan forekomme med genoprettende virkninger efter vævsskader eller celle transplantation. Selvom man taler om og arbejder på at bruge cellefusion til dette, er der stadig mange udfordringer for dem, der ønsker at implementere cellefusion som et terapeutisk værktøjsansigt. Disse udfordringer omfatter valg af de bedste celler, der skal bruges til den reparative fusion, bestemmelse af den bedste måde at introducere de valgte celler i det ønskede væv, opdage metoder til at øge forekomsten i cellefusion og sikre, at de resulterende fusionsprodukter fungerer korrekt. Hvis disse udfordringer kan overvindes, kan cellefusion muligvis have terapeutisk potentiale.

Mikroorganismer

Svampe

Plasmogami er scenen i den seksuelle cyklus af svampe, hvor to celler smelter sammen for at dele et fælles cytoplasma, mens de bringer haploide kerner fra begge partnere sammen i den samme celle.

Amoebozoa

Cellefusion ( plasmogamy eller syngamy) er et trin i Amoebozoa seksuel cyklus.

Bakterie

I Escherichia coli involverer spontan zygogenese ( Z-parring ) cellefusion og synes at være en form for ægte seksualitet i prokaryoter . Bakterier, der udfører Z-parring, kaldes Szp + .

Andre anvendelser

Se også

Referencer

Yderligere læsning

Biblioteksressourcer om
cellefusion