Слияние клеток — важный клеточный процесс, при котором несколько одноядерных клеток (клеток с одним ядром) объединяются, образуя многоядерную клетку, известную как синцитий. Слияние клеток происходит во время дифференцировки миобластов, остеокластов и трофобластов, во время эмбриогенеза и морфогенеза. Слияние клеток является необходимым событием в процессе созревания клеток, чтобы они сохраняли свои специфические функции на протяжении всего роста.

История В 1847 году Теодор Шванн расширил теорию о том, что все живые организмы состоят из клеток, добавив к ней, что дискретные клетки являются основой жизни. Шванн наблюдал, что в некоторых клетках стенки и полости клеток сливаются. Именно это наблюдение дало первый намек на то, что клетки сливаются. Только в 1960 году клеточные биологи впервые намеренно объединили клетки. Чтобы слить клетки, биологи объединили изолированные мышиные клетки с тканью того же типа и индуцировали слияние их внешней мембраны с помощью вируса Сендай (респираторный вирус у мышей). Каждая из слитых гибридных клеток содержала одно ядро с хромосомами от обоих партнеров слияния.

Синкарион стал названием этого типа клеток, объединенных с ядром. В конце 1960-х биологи успешно объединили клетки разных типов и разных видов. Гибридные продукты этих слияний, гетерокарионы, были гибридами, которые содержали два или более отдельных ядра. Эту работу возглавили Генри Харрис из Оксфордского университета и Нильс Рингертц из Каролинского института Швеции. Эти двое несут ответственность за возрождение интереса к слиянию клеток. Гибридные клетки заинтересовали биологов тем, как разные виды цитоплазмы влияют на разные виды ядер. Работа, проведенная Генри и Нильсом, показала, что белки от слияния одного гена влияют на экспрессию генов в ядре другого партнера, и наоборот. Эти созданные гибридные клетки считались вынужденными исключениями из нормальной клеточной целостности, и только в 2002 году возможность слияния клеток между клетками разных типов могла иметь реальную функцию у млекопитающих.

Два основных типа слияния клеток

Схема слияния клеток различных видов:

Клетки одной линии сливаются, образуя клетку с несколькими ядрами, известную как синцитий. Слитая клетка может иметь измененный фенотип и новые функции, такие как формирование барьера. Клетки разного происхождения сливаются, образуя клетку с несколькими ядрами, известную как гетерокарион. Слитые клетки могли претерпевать реверсию фенотипа или проявлять трансдифференцировку. Клетки разного происхождения или одного происхождения сливаются, образуя клетку с одним ядром, известную как синкарион. Новые функции слитых клеток могут включать реверсию фенотипа, трансдифференцировку и пролиферацию. Если происходит слияние ядер, слитое ядро изначально содержит полный набор хромосом обоих партнеров по слиянию (4N), но в конечном итоге хромосомы теряются и/или пересортируются (см. стрелки). Если слияния ядер не происходит, гетерокарион (или синцитий) может стать синкарионом, потеряв все ядро.

Возможны два различных типа слияния клеток. Эти два типа включают гомотипическое и гетеротипическое слияние клеток.

Гомотипическое слияние клеток происходит между клетками одного типа. Примером этого могут быть остеокласты или миофибриллы, сливающиеся вместе с их соответствующим типом клеток. Всякий раз, когда два ядра сливаются, образуется синкарион. Слияние клеток обычно происходит при слиянии ядер, но в отсутствие слияния ядер клетка будет описана как двуядерный гетерокарион. Гетерокарион представляет собой слияние двух или более клеток в одну и может воспроизводить себя в течение нескольких поколений. Если две клетки одного типа сливаются, но их ядра не сливаются, то полученная клетка называется синцитием. Гетеротипическое слияние клеток происходит между клетками разных типов, что делает его полной противоположностью гомотипическому слиянию клеток. Результатом этого слияния также является синкарион, образующийся при слиянии ядер, и двуядерный гетерокарион в отсутствие слияния ядер. Примером этого могут быть клетки, полученные из костного мозга (BMDC), слитые с паренхиматозными органам.

Четыре метода слияния клеток Клеточные биологи и биофизики используют четыре метода для слияния клеток. Эти четыре способа включают электрическое слияние клеток, слияние клеток с полиэтиленгликолем и слияние клеток, индуцированное вирусом Сендай, а также недавно разработанный метод, называемый оптически контролируемой термоплазмоникой.

BTX ECM 2001 Приложения для синтеза ячеек электрофузионного генератора производства BTX Harvard Apparatus, Холлистон, Массачусетс, США

Электрическое слияние клеток является важным шагом в некоторых из самых инновационных методов в современной биологии. Этот метод начинается с контакта двух клеток с помощью диэлектрофореза. Диэлектрофорез использует переменный ток высокой частоты, в отличие от электрофореза, при котором применяется постоянный ток. Как только клетки соединяются, применяется импульсное напряжение. Импульсное напряжение вызывает проникновение клеточной мембраны и последующее объединение мембран и клеток, а затем их слияние. После этого кратковременно подается переменное напряжение для стабилизации процесса. В результате происходит смешение цитоплазмы и полное слияние клеточной мембраны. Все, что остается отдельным, — это ядра, которые позже сольются внутри клетки, в результате чего получится гетерокарионная клетка.[

Слияние клеток с полиэтиленгликолем — самый простой, но наиболее токсичный способ слияния клеток. В этом типе слияния клеток полиэтиленгликоль, ПЭГ, действует как дегидратирующий агент и сливает не только плазматические мембраны, но и внутриклеточные мембраны. Это приводит к слиянию клеток, поскольку ПЭГ вызывает агглютинацию клеток и межклеточный контакт. Хотя этот тип слияния клеток является наиболее широко используемым, он все же имеет недостатки. Часто ПЭГ может вызывать неконтролируемое слияние множества клеток, что приводит к появлению гигантских поликарионов. Кроме того, стандартное слияние клеток ПЭГ плохо воспроизводимо, и разные типы клеток имеют различную восприимчивость к слиянию. Этот тип слияния клеток широко используется для получения гибридов соматических клеток и для переноса ядра при клонировании млекопитающих.

Индуцированное вирусом Сендай слияние клеток происходит на четырех различных температурных стадиях. На первом этапе, который длится не более 10 минут, происходит адсорбция вируса, и адсорбированный вирус может быть ингибирован вирусными антителами. Второй этап, который длится 20 минут, зависит от pH, и добавление вирусной антисыворотки все еще может ингибировать окончательное слияние. На третьей, невосприимчивой к антителам стадии, компоненты вирусной оболочки остаются обнаруживаемыми на поверхности клеток. На четвертой стадии становится очевидным слияние клеток, и начинают исчезать нейраминидаза HA и фактор слияния. Только первая и вторая стадии зависят от pH.

Термоплазмоника, индуцированная слиянием клеток Термоплазмоника основана на лазере ближнего инфракрасного (БИК) диапазона и плазмонных наночастицах. Лазер, который обычно действует как оптическая ловушка, используется для нагрева наноскопических плазмонных частиц до очень высоких и чрезвычайно локально повышенных температур. Оптическое улавливание такого нанонагревателя на границе между двумя мембранными везикулами или двумя клетками приводит к их немедленному слиянию, что подтверждается как содержанием, так и смешиванием липидов. Преимущества включают в себя полную гибкость выбора клеток для слияния, и слияние может быть выполнено в любых буферных условиях, в отличие от электроформирования, на которое влияет соль.

В терапии человека Необходимы альтернативные формы восстановления функций органов и замены поврежденных клеток, поскольку донорских органов и тканей для трансплантации так мало. Именно из-за дефицита биологи начали рассматривать возможность терапевтического слияния клеток. Биологи обсуждают последствия наблюдения, что слияние клеток может происходить с восстановительным эффектом после повреждения ткани или трансплантации клеток. Хотя об использовании слияния клеток для этого говорят и работают, все еще остается много проблем, с которыми сталкиваются те, кто хочет реализовать слияние клеток в качестве терапевтического инструмента. Эти проблемы включают в себя выбор лучших клеток для репаративного слияния, определение наилучшего способа введения выбранных клеток в желаемую ткань, обнаружение методов увеличения частоты слияния клеток и обеспечение правильного функционирования полученных продуктов слияния. Если эти проблемы удастся преодолеть, слияние клеток может иметь терапевтический потенциал.

Микроорганизмы

Грибы

Плазмогамия - это стадия полового цикла грибов, на которой две клетки сливаются вместе, чтобы иметь общую цитоплазму, при этом гаплоидные ядра обоих партнеров объединяются в одной клетке.

Простейшие

Слияние клеток (плазмогамия или сингамия) является стадией полового цикла Amoebozoa.

Бактерии

У Escherichia coli спонтанный зигогенез (Z-спаривание) включает слияние клеток и, по-видимому, является формой истинной сексуальности у прокариот. Бактерии, осуществляющие Z-спаривание, называются Szp+.

Другое использование

Изучить контроль клеточного деления и экспрессии генов. Расследовать злокачественные трансформации. Для получения репликации вируса. Для картирования генов и хромосом. Для производства моноклональных антител путем получения гибридомы. Для производства индуцированных стволовых клеток. Для оценки переноса белков с помощью так называемого анализа слияния гетерокарионов.

Использованная литература

"6.3. Cell fusion". Herkules.oulu.fi. Retrieved 2013-08-16. Ogle, Brenda M.; Platt, Jeffrey L. (1 January 2004). "The Biology of Cell Fusion: Cells of different types and from different species can fuse, potentially transferring disease, repairing tissues and taking part in development". American Scientist. 92 (5): 420–427. http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=32440 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15957005 Ogle, B. M.; Cascalho, M.; Platt, J. L. (2005). "Cells derived by fusion". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 6 (7): 567–575. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18454127 Singec, Ilyas; Snyder, Evan Y. (2008). "Inflammation as a matchmaker: Revisiting cell fusion". Nature Cell Biology. 10 (5): 503–505 http://www.biocompare.com/Application-Notes/42892-Principles-And-Applications-Of-Electrical-Cell-Fusion/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3187729 Pedrazzoli, Filippo; Chrysantzas, Iraklis; Dezzani, Luca; Rosti, Vittorio; Vincitorio, Massimo; Sitar, Giammaria (1 January 2011). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC356713 Wainberg, M. A.; Howe, C. (1 October 1973). "Factors Affecting Cell Fusion Induced by Sendai Virus". J Virol. 12 (4): 937–939. Sullivan, Stephen; Eggan, Kevin (1 January 2006). "The potential of cell fusion for human therapy". Stem Cell Rev. 2 (4): 341–349.https://doi.org/10.1007%2FBF02698061 Hofstatter PG, Brown MW, Lahr DJG (November 2018). "Comparative Genomics Supports Sex and Meiosis in Diverse Amoebozoa". Genome Biol Evol. 10 (11): 3118–3128. . https://doi.org/10.1093%2Fgbe%2Fevy241 Примечания H. Harris: Cell fusion, 1970, Harvard University Press, Mass.

Категория:Цитология