Kontakt hæmning - Contact inhibition
I cellebiologi , kontaktinhibering henviser til to forskellige, men nært beslægtede fænomener: kontaktinhibering af bevægelse ( CIL ) og kontaktinhibering af proliferation ( CIP ). CIL refererer til undgåelse adfærd, der udvises af fibroblast -lignende celler ved kontakt med hinanden. I de fleste tilfælde, når to celler kontakter hinanden, forsøger de at ændre deres bevægelse i en anden retning for at undgå fremtidig kollision. Når kollision er uundgåelig, opstår et andet fænomen, hvorved væksten af cellerne i selve kulturen til sidst stopper på en celletæthedsafhængig måde. Begge typer kontaktinhibering er velkendte egenskaber ved normale celler og bidrager til reguleringen af korrekt vævsvækst, differentiering og udvikling. Det er værd at bemærke, at begge former for regulering normalt negeres og overvindes under organogenese under embryonal udvikling og væv og sårheling. Imidlertid er kontaktinhibering af bevægelse og spredning begge afvigende fraværende i kræftceller , og fraværet af denne regulering bidrager til tumorigenese .
Mekanisme
Kontaktinhibering er en reguleringsmekanisme, der fungerer for at holde cellerne i at vokse til et lag en celle tykt (et enkeltlag). Hvis en celle har masser af tilgængeligt substratplads, replikerer den hurtigt og bevæger sig frit. Denne proces fortsætter, indtil cellerne optager hele underlaget. På dette tidspunkt stopper normale celler med at replikere.
Da motile celler kommer i kontakt i sammenflydende kulturer, udviser de nedsat mobilitet og mitotisk aktivitet over tid. Eksponentiel vækst har vist sig at forekomme mellem kolonier i kontakt i mange dage, idet hæmning af mitotisk aktivitet forekommer langt senere. Denne forsinkelse mellem celle-cellekontakt og begyndelsen af proliferationshæmning forkortes, da kulturen bliver mere konfluent. Det kan således med rimelighed konkluderes, at celle-cellekontakt er en væsentlig betingelse for kontaktinhibering af proliferation, men i sig selv er utilstrækkelig til mitotisk inhibering. Ud over at komme i kontakt med andre celler, skal de kontakthæmmede celler også tvinges til at reducere sit celleområde under den mekaniske belastning og begrænsninger, der pålægges af omgivende celler. Det er faktisk blevet foreslået, at mekanisk spænding virker som et hæmmende signal for mitose. Desuden er det vigtigt at bemærke, at en sådan hæmning af mitotisk aktivitet er et lokalt fænomen; det forekommer mellem nogle få udvalgte celler i en sandsynligvis heterogen kultur.
Rolle i kræft
Utransformerede humane celler udviser normal cellulær adfærd og formidler deres vækst og spredning via samspil mellem miljømæssige næringsstoffer, vækstfaktorsignalering og celletæthed. Efterhånden som celletætheden stiger, og kulturen bliver konfluent, initierer de cellecyklusstop og nedregulerer proliferation og mitogensignalveje uanset eksterne faktorer eller cellulær metabolisme. Denne egenskab er kendt som kontaktinhibering af spredning og er afgørende for korrekt embryonal udvikling samt vævsreparation, differentiering og morfogenese. Kræftceller mister typisk denne egenskab og deler sig og vokser dermed over hinanden på en ukontrolleret måde, selv når de er i kontakt med naboceller. Dette resulterer i invasion af omgivende væv, deres metastase til nærliggende organer og til sidst tumorigenese. Celler af nøgne muldrotter , en art, hvor kræft aldrig har observeret, viser overfølsomhed over for kontakthæmning. Dette fund kan give et fingerpeg om kræftresistens. Desuden har nylige undersøgelser yderligere afsløret nogle mekanismer til kontakthæmning af spredning og dens potentielle konsekvenser i kræftterapi.
Desuden er det blevet vist, at dannelse af celle-celleadhæsion ikke kun begrænser vækst og spredning ved at pålægge fysiske begrænsninger såsom celleområde, men også ved at udløse signalveje, der nedregulerer spredning. En sådan vej er Hippo-YAP-signalvejen, som i høj grad er ansvarlig for at hæmme cellevækst hos pattedyr. Denne vej består primært af en fosforyleringskaskade, der involverer serinkinaser og medieres af regulatoriske proteiner, som regulerer cellevækst ved at binde sig til vækstkontrollerende gener. Serin/threoninkinase Hippo (Mst1/Mst2 hos pattedyr) aktiverer en sekundær kinase (Lats1/Lats2), som phosphorylerer YAP, en transkriptionel aktivator af vækstgener. Fosforyleringen af YAP tjener til at eksportere den fra kernen og forhindre den i at aktivere vækstfremmende gener; sådan hæmmer Hippo-YAP-vejen cellevækst. Endnu vigtigere bruger Hippo-YAP-vejen opstrøms elementer til at reagere som reaktion på celle-cellekontakt og kontrollerer densitetsafhængig hæmning af spredning. For eksempel er cadheriner transmembrane proteiner, der danner cellulære forbindelser via homofil binding og dermed fungerer som detektorer for celle-cellekontakt. Cadherin-medieret aktivering af den hæmmende vej involverer transmembranen E-cadherin, der danner en homofil binding for at aktivere α- og β-catenin, som derefter stimulerer nedstrøms komponenter i Hippo-YAP-vejen til i sidste ende at nedregulere cellevækst. Dette er i overensstemmelse med konstateringen af, at E-cadherin-overekspression hindrer metastase og tumorigenese. Fordi det er vist, at YAP er forbundet med mitogen vækstfaktorsignalering og dermed celleproliferation, er det sandsynligt, at fremtidige undersøgelser vil fokusere på Hippo-YAP-pathways rolle i kræftceller.
Det er imidlertid vigtigt at bemærke, at kontakthæmmede celler gennemgår cellecyklusstop, men ikke senes. Faktisk har det vist sig, at kontakthæmmede celler genoptager normal proliferation og mitogensignalering efter at være blevet udskiftet i en mindre sammenflydende kultur. Kontaktinhibering af proliferation kan således ses som en reversibel form for cellecyklusstop. For at overgå fra cellecyklusstop til ældning skal kontaktinhiberede celler desuden aktivere vækstaktiverende veje, såsom mTOR. Når celler i kulturer med høj densitet bliver nok sammenflydende, således at celleområdet falder under en kritisk værdi, udløser adhæsionsformationerne veje, der nedregulerer mitogensignalering og celleproliferation. Den vækstfremmende mTOR-vej hæmmes derfor, og de kontakthæmmede celler kan derfor ikke overgå fra cellecyklusstop til ældning. Dette har afgørende konsekvenser i kræftterapi; selvom kræftceller ikke er kontakthæmmede, undertrykker konfluente kræftcellekulturer stadig deres ældningsmaskineri. Derfor kan dette være en plausibel forklaring på, hvorfor ældningsfremkaldende kræftterapilægemidler er ineffektive.
Cellens motilitet
I de fleste tilfælde, når to celler kolliderer, forsøger de at bevæge sig i en anden retning for at undgå fremtidige kollisioner; denne adfærd er kendt som kontaktinhibering af bevægelse. Når de to celler kommer i kontakt, lammes deres lokomotivproces. Dette opnås via en multistegs, multifacetteret mekanisme, der involverer dannelsen af et celle-celleadhæsionskompleks ved kollision. Adskillelsen af dette kompleks menes hovedsageligt at være drevet af spændinger i cellerne og resulterer i sidste ende i, at de kolliderende celler ændrer retning.
Først kolliderer og berører motile celler via deres respektive lameller , hvis aktin udviser høj retrograd strømning. En cellulær adhæsion dannes mellem lamellerne, hvilket reducerer aktinernes retrograde strømningshastighed i det område, der umiddelbart omgiver adhæsionen. Følgelig reduceres cellernes hastighed og motilitet. Dette giver derefter aktin -stressfibre og mikrotubuli mulighed for at danne og justere med hinanden i begge kolliderende partnere. Justeringen af disse spændingsfibre akkumulerer lokalt elastiske spændinger i lamellerne. Til sidst bliver spændingsopbygningen for stor, og celleadhæsionskomplekset dissocierer, kollapser lamellernes fremspring og frigiver cellerne i forskellige retninger i et forsøg på at lindre den elastiske spænding. En mulig alternativ begivenhed, der også fører til forsamlingsdissociationen, er, at ved spændingsfibrejustering repolariseres cellernes forkant væk fra de sammenhængende lameller. Dette producerer betydelig elastisk spænding over hele cellelegemerne, ikke kun på det lokale kontaktsted , og forårsager ligeledes adhæsionskompleksets adskillelse. Elastisk spænding er blevet anset for at være den primære drivkraft for fremspringskollaps , kompleks demontering og cellernes spredning. Selvom denne hypotetiske spænding er blevet karakteriseret og visualiseret, er spændingen opbygget i lameller og hvordan cellepolarisering bidrager til spændingsopbygning stadig åben for undersøgelse.
Efterhånden som replikation øger cellemængden, reduceres antallet af retninger, som disse celler kan bevæge sig uden at røre en anden. Celler vil også forsøge at bevæge sig væk fra en anden celle, fordi de klæber bedre til området omkring dem, en struktur kaldet substratet, end på andre celler. Når de to kolliderende celler er forskellige celletyper, reagerer den ene eller begge på kollisionen.
Nogle udødeliggjorte cellelinjer , på trods af at de er i stand til at formere sig på ubestemt tid, oplever stadig kontakthæmning, dog generelt i mindre omfang end normale cellelinjer.