stringtranslate.com

Собачьи почечные клетки Madin-Darby

Типичные колонии, образованные клетками почек собак Madin-Darby при культивировании в типичном формате 2D на пластике. Клетки растут как плотные колонии благодаря своим межклеточным соединениям, отличительной черте клеток эпителиального происхождения.

Клетки почки собаки Madin-Darby ( MDCK ) являются модельной клеточной линией млекопитающих , используемой в биомедицинских исследованиях. Клетки MDCK используются для широкого спектра исследований биологии клеток, включая полярность клеток , межклеточные адгезии (называемые адгезивными соединениями ), коллективную подвижность клеток, исследования токсичности, [1] а также реакции на факторы роста. Это одна из немногих моделей клеточной культуры, которая подходит для 3D-культуры клеток и многоклеточных перестроек, известных как ветвящийся морфогенез. [2]

История

После первоначальной изоляции в 1958 году эпителиальных клеток из почечных канальцев взрослой собаки породы кокер-спаниель Стюартом Х. Мадином и Норманом Б. Дарби-младшим [3] клеточная линия, носящая их имя, использовалась в первую очередь в качестве модели вирусной инфекции клеток млекопитающих. [4] [5] [6] Действительно, они решили изолировать почечные канальцы именно с этой целью, поскольку ранее им удалось добиться успеха с вирусной инфекцией клеток, полученных из почечных канальцев других млекопитающих. [7] Таким образом, первоначальной целью выделения и культивирования клеток из этой ткани не было создание новой модельной системы для биологии эпителиальных клеток. Только в 1970 году лаборатория Збынека Брады опубликовала работу, описывающую клетки MDCK как репрезентативную клеточную линию, имеющую отличительные признаки эпителиальных клеток почечных канальцев. [8] Они основывали этот вывод на активности транспортировки жидкости монослоев, образованных клетками MDCK, наличии микроворсинок на их апикальной (верхней) поверхности и их способности к самоорганизации при выращивании в 3D в полые сферы. В своем отчете авторы предположили, что «гистотипическая экспрессия», посредством которой клетки MDCK образовывали структуры, напоминающие их исходную ткань, может быть плодотворно применена для изучения других тканей. Последующие десятилетия доказали их в значительной степени правоту, хотя репертуар для изучения организации и поведения клеток внутри тканей значительно расширился. [9]

В 1970-х годах клеточная линия MDCK нашла новое применение в качестве модели эпителиальной ткани млекопитающих. В 1982 году Мина Бисселл и коллеги показали, что монослои MDCK реагируют на добавление коллагенового слоя ( названного «сэндвич-культурой»), размножаясь и образуя полые трубочки. [10] Это впервые намекнуло на то, что клеточная линия будет реагировать на трехмерную среду, самоорганизуясь в соответствующую трехмерную структуру, напоминающую почечные канальцы. В последующие годы было показано, что культура клеток MDCK, полностью встроенных в коллаген, дает полые сферы, или ацинусы . [11] Это были простые эпителиальные монослои с определенной внутренней и внешней частью. Однако тот факт, что клетки MDCK не образовывали трубочки в этих условиях, оставался необъясненным до более позднего времени.

В тот же период в 1980-х годах биологи, изучающие подвижность клеток, натолкнулись на интересное и воспроизводимое поведение клеток в культуре: реакцию рассеивания. Эпителиальные клетки в культуре обычно растут как плотные кластеры. Однако их можно заставить разорвать межклеточные контакты и стать удлиненными и подвижными после воздействия «фактора рассеивания», который секретируется мезенхимальными клетками, такими как фибробласты Swiss 3T3 . [12] Лучше всего это описала группа Джулии Грей в 1987 году . [13] В тот же период в середине 1980-х годов группа Уолтера Бирчмайера сообщила о моноклональном антителе , разрушающем межклеточные контакты и изменяющем передне-заднюю полярность клеток в культуре. [14] [15] Позже цель этого антитела была идентифицирована как компонент межклеточных соединений, E-кадгерин . [16] Эти разрозненные наблюдения в конечном итоге объединились в устойчивую парадигму клеточной подвижности и клеточной полярности. Эпителиальные клетки обычно неподвижны, но могут стать подвижными, подавляя межклеточные соединения или добавляя факторы роста, которые вызывают рассеивание. [17] Оба эти явления обратимы, и оба подразумевают разрыв межклеточных соединений.

В 1991 году Лелио Орчи и его коллеги впервые сообщили о реакции ацинусов MDCK в 3D-культуре на фактор рассеивания . [18] Они культивировали ацинусы клеток MDCK в коллагеновых гелях с фибробластами Swiss 3T3 или без них, в которых среды могли обмениваться, но типы клеток не находились в прямом контакте. Эта стратегия культивирования клеток, называемая сокультурой, побудила ацинусы MDCK подвергнуться разветвленному морфогенезу, в котором клетки перестраиваются в сеть взаимосвязанных трубочек, которая напоминает развитие многих тканей. [19] В том же году было показано, что «фактор рассеивания» представляет собой ранее описанный белок, секретируемый фибробластами, фактор роста гепатоцитов (HGF). [20] Эта работа разрешила выдающуюся загадку культуры MDCK, поскольку ткань, из которой были получены эти клетки, является трубчатой, однако ранее они развивались только в сферические ацинусы в 3D-культуре. Помимо этого непосредственного парадокса, была установлена ​​важная связь между острой индукцией подвижности клеток в 2D-культуре «фактором рассеяния» и его влиянием на пространственную организацию, принятую тканями в 3D. Эта связь остается значимой как связь между точно определенными механизмами подвижности клеток в 2D и сложными перестройками в 3D, регуляция которых еще не полностью понята.

Ветвящийся морфогенез

Морфогенез ветвления в течение двух дней клетками почек собак Madin-Darby в ответ на фактор роста гепатоцитов (HGF). Изображения были получены с помощью флуоресцентной конфокальной микроскопии, показывающей структурный белок актин, который подчеркивает границы клеток. Слева: многоклеточные полые сферы клеток, называемые ацинусами, были выращены в 3D-культуре. Справа: после 2 дней обработки HGF клетки образовали несколько ветвей.

За последние 20 лет понимание биологии клеток MDCK в 3D-культуре было наиболее заметно продвинуто лабораторией Кейта Мостова . Эта группа сосредоточилась на регуляции полярности клеток и ее нисходящих эффектах на морфогенез ветвления. [21] [2] Действительно, объем работы, созданной группой Мостова, успешно синтезировал десятилетия знаний о пространственной сегрегации клеточных функций и их молекулярных маркерах в замечательную модель для генерации и гомеостаза клеточной полярности в тканях. [22] [23] В 2003 году группа Мостова сообщила о первом всеобъемлющем отчете, связывающем морфогенез ветвления с признаками апикально-базальной полярности. [24] Эта работа установила, что клетки MDCK не теряют контакты с соседями во время начала морфогенеза ветвления, но что канонические маркеры полярности клеток временно теряются. Одним из результатов этого сдвига полярности является переориентация клеточного деления вдоль новой растущей ветви клеток, чтобы правильно расположить дочерние клетки для продолжения расширения ветви. Подвижность клеток, посредством которой клетки MDCK производят и удлиняют ветви, была связана с этими изменениями полярности.

Эти результаты были интегрированы в модель ветвящегося морфогенеза, сфокусированную на временной перестройке сигнализации клеточной полярности. Эта модель неофициально называется путем Мостова. Это позволяет обычно неподвижным клеткам генерировать выступы и мигрировать коллективно, за чем следует повторная дифференцировка и образование полых трубочек. В поддержку этой модели Мостов и его коллеги определили эффекты HGF на ацинусы MDCK как вызывающие частичный переход от эпителиальных к мезенхимальным фенотипам клеток. [25] Этот аргумент выстраивает устоявшуюся сигнальную программу, называемую эпителиально-мезенхимальным переходом (EMT), посредством которого сидячие эпителиальные клетки становятся подвижными и разрывают межклеточные контакты. [17] EMT был предложен как каскад транскрипционных сигналов, который управляет рассеиванием клеток, хотя ранее исследователи не объединяли эти два понятия. [26] [27] Учитывая тот факт, что в ацинусах в 3D межклеточные соединения не разрываются, неясно, как именно связать концепцию ЭПТ с морфогенезом ветвления.

Группа Мостова также исследовала способы, с помощью которых HGF активирует подвижность клеток во время морфогенеза ветвления MDCK. [28] [29] Их исследования показали, что для морфогенеза ветвления необходим фактор транскрипции Erk, расположенный ниже каскада митоген-активируемой протеинкиназы , четко определенного пути передачи сигнала, вовлеченного в подвижность и пролиферацию клеток. [30] Точный механизм подвижности клеток, ответственный за морфогенез ветвления MDCK, группой Мостова не был определен, за исключением требования к сигнальному белку, участвующему в регуляции малой ГТФазы Rho . [29] Более того, лаборатория Гарделя показала, что для инвазивной подвижности клеток MDCK в ацинусах необходим Dia1, который регулирует адгезию клеток к отдельным коллагеновым фибриллам. [31] Между тем, другие группы продемонстрировали необходимость в белках адгезии клеток с ВКМ или их регуляторах в морфогенезе ветвления MDCK. [32] [33] Используя модифицированный протокол для культуры клеток MDCK и морфогенеза ветвления, Гирке и Виттман установили необходимость динамики микротрубочек в регуляции ранних этапов ветвления. [34] Они наблюдали недостаточное сцепление клеточной адгезии с коллагеновой матрицей, когда микротрубочки были дерегулированы. Этот фенотип указал на важность перемещения соответствующих белков клеточной адгезии и протрузии к фронту клетки, когда инициировался морфогенез ветвления. В сочетании с наблюдениями группы Мостова эта работа подтвердила, что полярность клеток необходима для ацинарного гомеостаза MDCK, а также для миграционного поведения во время морфогенеза ветвления.

Ссылки

  1. ^ Lindsay CD (ноябрь 1996 г.). «Оценка аспектов токсичности эпсилон-токсина Clostridium perfringens с использованием линии клеток MDCK». Human & Experimental Toxicology . 15 (11): 904–908. doi :10.1177/096032719601501107. PMID  8938486. S2CID  21968438.
  2. ^ ab O'Brien LE, Zegers MM, Mostov KE (июль 2002 г.). «Мнение: Построение эпителиальной архитектуры: идеи из трехмерных моделей культуры». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 3 (7): 531–537. doi :10.1038/nrm859. PMID  12094219. S2CID  13410353.
  3. ^ "ATCC". ATCC . Получено 28 августа 2017 .
  4. ↑ Green IJ (октябрь 1962 г.). «Серийное распространение вируса гриппа B (Ли) в трансмиссивной линии клеток почек собак». Science . 138 (3536): 42–43. Bibcode :1962Sci...138...42G. doi :10.1126/science.138.3536.42. PMID  13901412. S2CID  30459359.
  5. ^ Gaush CR, Hard WL, Smith TF (июль 1966 г.). «Характеристика установленной линии клеток почек собак (MDCK)». Труды Общества экспериментальной биологии и медицины . 122 (3): 931–935. doi :10.3181/00379727-122-31293. PMID  5918973. S2CID  44521872.
  6. ^ Moulton JE, Frazier LM (октябрь 1961 г.). «Изменения дезоксирибонуклеиновой кислоты и белка в клетках почек собак, инфицированных инфекционным вирусом гепатита собак». Вирусология . 15 (2): 91–101. doi :10.1016/0042-6822(61)90226-4. PMID  14476648.
  7. ^ Карл Мэтлин, доктор философии, личное сообщение
  8. ^ Leighton J, Estes LW, Mansukhani S, Brada Z (ноябрь 1970 г.). «Линия клеток, полученная из нормальной почки собаки (MDCK), проявляющая качества папиллярной аденокарциномы и эпителия почечных канальцев». Cancer . 26 (5): 1022–1028. doi : 10.1002/1097-0142(197011)26:5<1022::aid-cncr2820260509>3.0.co;2-m . PMID  4248968.
  9. ^ Шамир ER, Эвальд AJ (октябрь 2014 г.). «Трехмерная органотипическая культура: экспериментальные модели биологии млекопитающих и болезней». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 15 (10): 647–664. doi :10.1038/nrm3873. PMC 4352326. PMID  25237826 . 
  10. ^ Холл Х. Г., Фарсон Д. А., Бисселл М. Дж. (август 1982 г.). «Формирование просвета линиями эпителиальных клеток в ответ на наложение коллагена: морфогенетическая модель в культуре». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 79 (15): 4672–4676. Bibcode : 1982PNAS...79.4672H. doi : 10.1073/pnas.79.15.4672 . PMC 346738. PMID  6956885 . 
  11. ^ McAteer JA, Evan AP, Gardner KD (март 1987). «Морфогенетический клональный рост линии эпителиальных клеток почек MDCK». The Anatomical Record . 217 (3): 229–239. doi :10.1002/ar.1092170303. PMID  3578840. S2CID  6379141.
  12. ^ Стокер М., Перриман М. (август 1985 г.). «Эпителиальный фактор рассеивания, высвобождаемый эмбриональными фибробластами». Журнал клеточной науки . 77 : 209–223. doi : 10.1242/jcs.77.1.209. PMID  3841349.
  13. ^ Стокер М., Герарди Э., Перриман М., Грей Дж. (1987). «Фактор рассеяния — это модулятор подвижности эпителиальных клеток, полученный из фибробластов». Nature . 327 (6119): 239–242. Bibcode :1987Natur.327..239S. doi :10.1038/327239a0. PMID  2952888. S2CID  39458594.
  14. ^ Behrens J, Birchmeier W, Goodman SL, Imhof BA (октябрь 1985 г.). «Диссоциация эпителиальных клеток почек собак Madin-Darby моноклональным антителом anti-arc-1: механистические аспекты и идентификация антигена как компонента, связанного с увоморулином». Журнал клеточной биологии . 101 (4): 1307–1315. doi :10.1083/jcb.101.4.1307. PMC 2113935. PMID  2995405 . 
  15. ^ Imhof BA, Vollmers HP, Goodman SL, Birchmeier W (декабрь 1983 г.). «Взаимодействие клеток и полярность эпителиальных клеток: специфическое возмущение с использованием моноклонального антитела». Cell . 35 (3 Pt 2): 667–675. doi :10.1016/0092-8674(83)90099-5. PMID  6652682. S2CID  41850671.
  16. ^ Behrens J, Mareel MM, Van Roy FM, Birchmeier W (июнь 1989). «Рассечение инвазии опухолевых клеток: эпителиальные клетки приобретают инвазивные свойства после потери межклеточной адгезии, опосредованной увоморулином». Журнал клеточной биологии . 108 (6): 2435–2447. doi :10.1083/jcb.108.6.2435. PMC 2115620. PMID  2661563 . 
  17. ^ ab Thiery JP, Acloque H, Huang RY, Nieto MA (ноябрь 2009 г.). «Эпителиально-мезенхимальные переходы в развитии и болезнях». Cell . 139 (5): 871–890. doi : 10.1016/j.cell.2009.11.007 . PMID  19945376.
  18. ^ Montesano R, Schaller G, Orci L (август 1991 г.). «Индукция эпителиального тубулярного морфогенеза in vitro растворимыми факторами, полученными из фибробластов». Cell . 66 (4): 697–711. doi :10.1016/0092-8674(91)90115-F. PMID  1878968. S2CID  6309985.
  19. ^ Affolter M, Zeller R, Caussinus E (декабрь 2009 г.). «Ремоделирование тканей посредством ветвящегося морфогенеза». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 10 (12): 831–842. doi :10.1038/nrm2797. PMID  19888266. S2CID  5960255.
  20. ^ Weidner KM, Arakaki N, Hartmann G, Vandekerckhove J, Weingart S, Rieder H, et al. (август 1991 г.). «Доказательства идентичности человеческого фактора рассеяния и человеческого фактора роста гепатоцитов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 88 (16): 7001–7005. Bibcode : 1991PNAS...88.7001W. doi : 10.1073/pnas.88.16.7001 . PMC 52221. PMID  1831266 . 
  21. ^ Брайант ДМ, Мостов КЭ (ноябрь 2008 г.). «От клеток к органам: построение поляризованной ткани». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 9 (11): 887–901. doi :10.1038/nrm2523. PMC 2921794. PMID  18946477 . 
  22. ^ Мартин-Бельмонте Ф., Гассама А., Датта А., Ю. В., Решер У., Герке В. и др. (январь 2007 г.). «PTEN-опосредованная апикальная сегрегация фосфоинозитидов контролирует эпителиальный морфогенез через Cdc42». Cell . 128 (2): 383–397. doi :10.1016/j.cell.2006.11.051. PMC 1865103 . PMID  17254974. 
  23. ^ Брайант ДМ, Руаньо Дж, Датта А, Оверим АУ, Ким М, Ю В и др. (октябрь 2014 г.). «Молекулярный переключатель для ориентации поляризации эпителиальных клеток». Developmental Cell . 31 (2): 171–187. doi : 10.1016/j.devcel.2014.08.027 . PMC 4248238 . PMID  25307480. 
  24. ^ Yu W, O'Brien LE, Wang F, Bourne H, Mostov KE, Zegers MM (февраль 2003 г.). «Фактор роста гепатоцитов переключает ориентацию полярности и режим движения во время морфогенеза многоклеточных эпителиальных структур». Молекулярная биология клетки . 14 (2): 748–763. doi :10.1091/mbc.E02-06-0350. PMC 150005. PMID  12589067 . 
  25. ^ Zegers MM, O'Brien LE, Yu W, Datta A, Mostov KE (апрель 2003 г.). «Эпителиальная полярность и тубулогенез in vitro». Trends in Cell Biology . 13 (4): 169–176. doi :10.1016/S0962-8924(03)00036-9. PMID  12667754.
  26. ^ Janda E, Lehmann K, Killisch I, Jechlinger M, Herzig M, Downward J, et al. (Январь 2002). "Ras и TGF[beta] кооперативно регулируют пластичность эпителиальных клеток и метастазы: анализ сигнальных путей Ras". The Journal of Cell Biology . 156 (2): 299–313. doi : 10.1083/jcb.200109037 . PMC 2199233 . PMID  11790801. 
  27. ^ Каллури Р., Нильсон Э.Г. (декабрь 2003 г.). «Эпителиально-мезенхимальный переход и его влияние на фиброз». Журнал клинических исследований . 112 (12): 1776–1784. doi :10.1172/JCI20530. PMC 297008. PMID  14679171 . 
  28. ^ O'Brien LE, Tang K, Kats ES, Schutz-Geschwender A, Lipschutz JH, Mostov KE (июль 2004 г.). «ERK и MMP последовательно регулируют различные стадии развития эпителиальных канальцев». Developmental Cell . 7 (1): 21–32. doi : 10.1016/j.devcel.2004.06.001 . PMID  15239951.
  29. ^ ab Kim M, M Shewan A, Ewald AJ, Werb Z, Mostov KE (декабрь 2015 г.). "p114RhoGEF управляет подвижностью клеток и образованием просвета во время тубулогенеза через путь ROCK-миозина-II". Journal of Cell Science . 128 (23): 4317–4327. doi : 10.1242/jcs.172361 . PMC 4712812 . PMID  26483385. 
  30. ^ Vial E, Sahai E, Marshall CJ (июль 2003 г.). «Сигнализация ERK-MAPK координированно регулирует активность Rac1 и RhoA для подвижности опухолевых клеток». Cancer Cell . 4 (1): 67–79. doi : 10.1016/S1535-6108(03)00162-4 . PMID  12892714.
  31. ^ Fessenden TB (июнь 2017). Цитоскелетный контроль изменений формы тканей (диссертация на соискание ученой степени доктора философии). Чикагский университет. стр. 16.; "Защита диссертации Тима Фессендена 05-02-2017". 2017-05-06 . Получено 2017-09-28 – через YouTube.
  32. ^ Hunter MP, Zegers MM (июль 2010 г.). «Pak1 регулирует морфогенез ветвления в клеточной культуре 3D MDCK с помощью механизма, зависящего от PIX и бета1-интегрина». American Journal of Physiology. Cell Physiology . 299 (1): C21–C32. doi :10.1152/ajpcell.00543.2009. PMC 2904258 . PMID  20457839. 
  33. ^ Jiang ST, Chiu SJ, Chen HC, Chuang WJ, Tang MJ (май 2001 г.). «Роль интегрина альфа(3)бета(1) в тубулогенезе клеток почек собак Madin-Darby». Kidney International . 59 (5): 1770–1778. doi : 10.1046/j.1523-1755.2001.0590051770.x . PMID  11318947.
  34. ^ Gierke S, Wittmann T (май 2012). «Комплексы микротрубочек +TIP, рекрутируемые EB1, координируют динамику выпячивания во время трехмерного ремоделирования эпителия». Current Biology . 22 (9): 753–762. doi : 10.1016/j.cub.2012.02.069 . PMC 3350573 . PMID  22483942. 

Внешние ссылки