$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Epitel hücrelerinin tabakaları tüm metazoanların dış yüzeyini kaplar, iç organları hizalar ve hayvan vücudunu ayrı bölmelere böler. Epitel ayrıca iç vücudu dış ortamdan ayırır ve hasar ve enfeksiyondan korur. Bu nedenle, epitel tabakalarının ortaya çıkışı, çok hücreli hayvanların evriminin önemli bir parçasıydı ve epitel tabakaları, omurgalılardan en bazal metazoanlara kadar tüm hayvanlarda görülür1. Bazı organların epiteli, akciğer hava kesecikleri, kan damarları ve bağırsak2'de olduğu gibi, ayrıca planaria ve cnidarians3 gibi omurgasızların epidermisinde olduğu gibi tek bir tek katmandır. Omurgalıların deri4 ve kornea5 gibi diğer dokularda, epitel tabakalaşır, yani çoklu epitel hücre katmanları2 vardır. Her durumda, en bazal epitel tabakası, hücre dışı matrisin (ECM) özel bir bölgesini oluşturan bir protein tabakası olan bazal membrana yapıştırılır6,7,8.
Epiteldeki ihlaller, sürekli bir epitel tabakasını yeniden oluşturmak için hızla onarılmalıdır. Epitel hasarı, bağırsaktaki epitel hücrelerinin dökülmesi gibi doğal süreçler sırasında ortaya çıkar,9,10 ve iltihaplanma veya fiziksel travma sonucu ortaya çıkar. Tek bir epitel hücresi hasar gördüğünde, çevreleyen hücrelerin birbirine yapışmasına ve11,12 deliğini kapatmasına izin vermek için ya kendini onarmalı ya da ortadan kaldırılmalıdır. Tek bir hücrenin boyutundan daha büyük yaralarda, epitel hücreleri birbirlerine ulaşmak ve tabakayı onarmak için hareket etmelidir13. Bu, boşluklar küçükse hücre yayılımı ile sağlanabilir veya yara boşluğunu kapatmak için epitel hücrelerinin bir yaranın kenarlarından göçünü gerektirebilir; Bu son sürece yeniden epitelizasyondenir 14,15. Embriyonik dokularda, epitel hücreleri yayılır ve yakın yaralara göç eder veya yara kenarındaki hücreler arasında oluşan aktomiyozin kablolarının bir kese ipine benzeyen bir mekanizma içinde kasılması ile boşluk boyunca çekilir16. Birçok yetişkin dokuda, yeniden epitelizasyon, hücrelerin komşu hücrelerle kavşaklarını koruduğu tutarlı hücre tabakalarının göçünü içerir14,17,18. Diğer dokularda, hücre: hücre bağlantıları sökülür ve epitel hücreleri daha çok mezenkimal hücreler gibi davranır, yeniden epitelizasyon sırasında koordineli fakat bağımsız bir şekilde yara bölgesine hareket eder 14,19,20,21.
Epitel hücre hareketleri, göç eden hücreler arasındaki ve hücreler ile ECM arasındaki karmaşık etkileşimler tarafından düzenlenir. Epitel hücrelerinin yara aktivasyon mekanizmalarını ve ardından göçü ele alan muazzam miktarda deneysel literatür olmasına rağmen, hala keşfedilmeyi bekleyen çok şey var. Örneğin, bir yaraya yanıt olarak epitel hücrelerini göç etmek için aktive eden ilk sinyal kesin olarak tanımlanmamıştır 22 veya aktinin, yaraya en yakın epitel hücrelerinin yanında lamellipodia oluşturmak için nasıl yeniden konuşlandırıldığı tam olarak anlaşılamamıştır 22,23,24,25,26,27. Kolektif hücre göçü, yaradaki hücrelerden gelen bilgilerin yaraya distal hücrelerle paylaşılmasını gerektirir ve iletişim yolu hala belirsizdir28. Hücre: hücre kavşakları ve hücre: ECM ekleri, tabakadaki hücreler kendilerini yeniden düzenlerken sökülmeli ve yeniden düzenlenmelidir, ancak bu işlemin düzenlenmesi tam olarak anlaşılamamıştır14,29. Bu ve diğer ilgili sorularda ilerleme kaydetmek sadece temel bir biyolojik problem olarak değil, aynı zamanda doğru yara iyileşmesinin klinik önemi nedeniyle de önemlidir. Epitel hücrelerinin doğru göç etme yeteneğini tehlikeye atan hastalıklar kronik yaralara neden olur; Bir örnek, epitel hücrelerinin ECM'ye bağlanmasında rol oynayan genlerin mutasyona uğradığı ve soyulan ve kabarcıklanan kırılgan bir cilde neden olan genetik hastalık epidermolizis bülloza'dır. Doğal olarak yaşlanan dokularda yeniden epitelizasyon da tehlikeye girer30,31. Bu nedenle, yara iyileşmesi sonuçlarını iyileştirmek için müdahaleler geliştirmek için daha iyi bir anlayış şarttır.
Yara iyileşmesinde epitel hücre göçü hem in vitro yaklaşımlar hem de model organizmalar kullanılarak incelenmiştir. Yara iyileşmesi ve hücre göçü mekanizmaları ile ilgili çalışmaların çoğu, tek bir epitel hücre tipinin tek katmanlarının ECM'nin yerini alan bir substrat üzerinde yetiştirildiği doku kültüründe gerçekleştirilmiştir. Hücre tek katmanları, belirli şekil ve boyutlarda boşluklar oluşturmak için çizilir veya şablonlarla büyütülür ve daha sonra 32,33,34 olarak gözlemlenir. İn vitro model, hücre davranışının ideal bir şekilde görselleştirilmesinin yanı sıra, substratın niteliklerini değiştirme, hücreleri ilaçlara ve abiyotik ve biyotik faktörlere maruz bırakma ve çeşitli genleri ifade eden veya baskılayan yapılara sahip hücreleri transfekte etme fırsatına izin verir. Bununla birlikte, bu indirgemeci yaklaşım, çeşitli hücre tipleri arasındaki iletişim ve ECM11'de meydana gelen sinyal olayları da dahil olmak üzere, in vivo bağlamda epitel hücre davranışında yer alan bazı önemli parametreleri yakalamada başarısız olabilir. İn vivo modeller, birden fazla hücre tipi, çakışan sinyal yolları ve karmaşık bir ECM35 ile bir yaranın otantik bağlamını sağlar. Yara iyileşmesi çalışmaları için böyle bir model, son gelişmelerin araştırmacıların canlı hayvanlarda tam kalınlıktaki yaraların iyileşmesi sırasında epidermal hücreleri gözlemlemelerine izin verdiği fare19'dur 36. Bununla birlikte, fare ve diğer in vivo sistemler, yeniden epitelizasyonu incelemek için zorluklar ortaya koymaktadır. İlk olarak, hücre davranışını doğal bir bağlamda gözlemlemenin en büyük avantajı, kanın pıhtılaşması, bağışıklık hücrelerinin işe alınması ve iltihaplanma, fibroblastların işe alınması ve hücre farklılaşması, yeniden vaskülarizasyon ve ECM'nin yeniden şekillendirilmesi dahil olmak üzere omurgalı yara iyileşmesi sırasında meydana gelen geçici olarak örtüşen olayların karmaşıklığı ile dengelenir. Ayrıca, opak dokular görüntülemeyi zorlaştırır. Drosophila larva ve Zebrafish epidermis sistemleri 37,38, göreceli basitlikleri nedeniyle bu zorlukların bazılarının üstesinden gelmiştir39.
Laboratuvarımız yakın zamanda epitel yara iyileşmesini incelemek için yeni bir model tanıttı: hidrozoan cnidarian Clytia hemisphaerica'nın (Clytia) medusa (denizanası) formu40. Clytia, tam dizili ve açıklamalı genom41, tek hücreli RNAseq transkriptom 42 ve genom modifikasyonu için protokoller (mutagenez ve transgenez) 43,44,45 ile ortaya çıkan bir model organizmadır. Cnidarians, epitel katmanlarına sahip en eski mevcut soylardan biridir, bu nedenle cnidarian yara iyileşmesini anlamak, epitel bütünlüğünü sağlayan ataların yollarına dair içgörüler sağlar. Yaşam ağacı boyunca korunmuş olan yollar için Clytia, epitel hücre dinamiklerini ve in vivo yara iyileşmesinin fonksiyonel düzenlemesini incelemek için heyecan verici yeni bir sistem sunar.
Clytia medusa'nın (exumbrella) üst yüzeyini kaplayan epitel, yaklaşık 50 μm genişliğinde ve 1-2 μm kalınlığında şeffaf, skuamöz epitel hücrelerinin tek katmanlıdır (Şekil 1). Denizanasının "jölesi" olan mezoglea adı verilen bir ECM'ye bağlanırlar. Mezoglea, omurgalılar da dahil olmak üzere diğer hayvanlarda 46,47,48 bulunan ECM'ye bileşimsel olarak benzer, bir bazal membran 40'a sahiptir ve tamamen şeffaftır. Clytia medusa'daki epitel tabakası kolayca çizilebilir veya yaralanabilir (aşağıya bakınız). Epitel ve ECM'nin basitliği ve şeffaflığı, hücrelerin ve iyileşme sırasındaki hareketlerinin yüksek çözünürlüklü görüntülenmesini sağlar. Son zamanlarda, Kamran ve ark. Clytia epitelindeki küçük yaraların iyileşmesini ayrıntılı olarak karakterize ettiler40. Clytia'da iyileşmenin, lamellipodia tabanlı hücre taraması, hücre yayılımı ve kolektif hücre göçünün yanı sıra embriyonik sistemlere daha tipik olan cüzdan ipi kapanması yoluyla gerçekleştiği gösterilmiştir (daha önce kornea49 gibi yetişkin hayvan yapılarında görülmesine rağmen). Clytia yara iyileşmesi, enflamatuar yanıtı olmayan diğer sistemlerde görüldüğü gibi son derece hızlıdır40,50. Clytia exumbrella'da iyileşme tamamen mevcut epitel hücrelerinin hareketlerine bağlıdır - hiçbir hücre çoğalmaz veya ECM'den yara bölgesine göç etmez (Ek Film 1). Tüm bu bulgular, Clytia'nın epitel yara iyileşmesini incelemek için yararlı bir model sistem olduğunu göstermektedir. Gerçekten de, yara iyileşmesi sırasında Clytia'daki epitel hücrelerinin görüntülenmesinin kolaylığı, epitel hücreli lamellipodia'nın sağlam bir bazal membran olduğu sürece maruz kalan ECM alanlarına yayıldığını ve yayıldığını keşfetmeye yol açmıştır; Bazal membran hasar görürse, epitel iyileşmesi bir çanta ipi mekanizmasına geçer40. Bu, lamellipodia tabanlı sürünmeye karşı cüzdan ipi kapanması ile kapanma kararının altında yatan bir mekanizmanın ilk gösterimiydi ve spesifik hücre: ECM etkileşimlerinin iyileşmede ve hücreleri doğal bağlamlarında gözlemlemenin önemini vurguladı.
Aşağıda, tek hücreli mikro yaraların, öncelikle hücre yayılımı ile kapanan küçük yaraların ve kolektif hücre göçünün kapanmasını gerektiren büyük yaraların oluşturulması ve görüntülenmesi için protokoller açıklanmaktadır. Ayrıca, küçük moleküllerin ECM ve epitel hücrelerine sokulması için bir protokol tanımlanmıştır ve yara iyileşmesinin varsayılan düzenleyici yollarının deneysel bozulmalarına izin vermektedir.