Hücre Hareketliliği ve Migrasyonuna Giriş

Hücre motilitesi, embriyonik gelişim sırasında hücre göçü, enfeksiyona yanıt olarak beyaz kan hücrelerinin hareketi ve metastaz geçiren kanser hücreleri dahil olmak üzere birçok fizyolojik ve patolojik süreç için gereklidir. İki hücresel protein, aktin ve miyozin, motilite aparatının temel yapı taşlarını oluşturur.

Bu tanıtım videosunda, hücre hareketliliği ve göçü alanındaki bazı önemli keşifleri gözden geçireceğiz. Ardından, hücre motilitesi ile ilgili cevaplanmamış birkaç soruyu vurgulayacağız ve ardından motiliteyi incelemek için kullanılan klasik ve gelişmiş araçların bir tartışmasını yapacağız. Son olarak, bazı örnek deneylerle tamamlayacağız.

Bu alanla ilgili önemli keşiflere bakarak başlayalım.

17. ^. yüzyılda, Anton van Leeuwenhoek, mikroskop yardımıyla, spermatozoa ve bakterilerin hareketini gözlemleyen ilk kişi oldu. Birkaç yüzyıl sonra, Theodor Wilhelm Engelmann ve Wilhelm Pfeffer, aşağıdakiler de dahil olmak üzere, uyaran güdümlü bakteri hareketini keşfetti: ışıktan etkilenen hareket olan fototaksi; kemotaksis—çeşitli kimyasal maddelere doğru hareket; ve aerotaksi—oksijene tepki olarak hareket. Aynı zamanda, Ilya Metchnikoff, şeffaf denizyıldızı larvasını bir gül dikeni ile deldiği ve hücrelerin vücudun diğer bölgelerinden yaraya doğru hareket ettiğini gözlemlediği büyüleyici bir deney yaptı. Bu, lökositlerin bir yaralanma bölgesine göç etmesi ve immünoloji alanına öncülük etmesi kavramına yol açtı.

Hücre hareketinin mekanizmasının anlaşılması, birkaç yıl önce, görünüşte ilgisiz bir fenomen olan kas kasılması üzerinde çalışırken başladı. 1859'da Wilhelm Kühne, sertliğinden sorumlu olduğunu düşündüğü bir kas proteinini izole etti ve ona miyozin adını verdi.

1942'de Brunó Ferenc Straub, "miyozin" preparatlarının aslında ikincil bir protein olan aktin içerdiğini keşfetti. Artık aktin ve miyozinin, kasılmaya neden olan aktomiyosin kompleksini oluşturmak için etkileşime girdiğini biliyoruz. 1974'te Margaret Clarke, James Spudich'in altında çalışırken, balçık küfü Dictyostelium'daki aktomiyosin benzeri yapıları karakterize etti ve kas dışı hücre hareketine dahil olduğunu öne sürdü.

1983'te Spudich, Michael Sheetz ile birlikte, mekanizmalarını bugünkü anlayışımıza giden yolu açan bir in vitro aktomiyozin modeli geliştirdi. Artık hücrelerde "yüksek enerjili" bir molekül olan ATP'nin miyozine bağlandığını ve miyozin molekülüne paralel bir aktin molekülü boyunca "sürünme" gücü verdiğini, böylece kaslı olmayan hücrelerde hücreyi ileri çekebilecek bir kasılma kuvveti oluşturduğunu biliyoruz.

Kısa tarihsel taslaktan sonra, bilim adamlarının bugün sorduğu hücre hareketliliği hakkında birkaç soruyu tartışalım.

Araştırmacılar, çevresel ipuçlarının hücre hareketini nasıl yönlendirdiğini öğrenmekle ilgileniyorlar. Hücreler, embriyonik gelişimi yönlendirenler veya bağışıklık hücrelerini enfeksiyon bölgelerine karşı uyaranlar da dahil olmak üzere çeşitli sinyallere yanıt olarak hareket eder. Bu sinyaller genellikle, belirli bir hücre tipinin kendilerine doğru göçünü indüklemek için bazı hücreler tarafından salınan kimyasal bileşiklerdir. Bu nedenle, bu kemotaksis indüksiyonunun mekanizmasını incelemek, bilim adamlarının hücre göçünün bozulduğu bozuklukları daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.

Bir diğer önemli araştırma alanı, hücrelerin hareket etmek için kullandıkları moleküler mekanizma ile ilgilidir. Esnek şekillere sahip hücrelerin çıkıntıları uzatmasına ve yüzeyler boyunca "sürünmesine" izin veren aktomiyosin aparatına ek olarak, araştırmacılar ayrıca hücre motilitesinin, sperm kuyruklarının "şaftını" oluşturan mikrotübüller gibi diğer hücre iskeleti elemanları tarafından nasıl yönlendirilebileceğini anlamaya çalışırlar.

Son olarak, bazı bilim adamları, hücrelerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini ve erken embriyogenezde ve yara iyileşme sürecinde meydana gelen gruplar halinde nasıl göç ettiğini araştırırlar.

Ek olarak, vücuttaki hücreler aslında ECM olarak kısaltılan hücre dışı matris olarak bilinen bir molekül ağı içinde var olduğundan, hücrelerin ECM ile nasıl etkileşime girdiğini ve ECM'yi nasıl istila ettiğini araştırmak, kanser metastazı gibi olayların anlaşılmasına yardımcı olabilir.

Artık sahada sorulan sorular hakkında bir fikrimiz olduğuna göre, kullanılan bazı önemli teknikler hakkında bilgi edinelim.

Çizik testi, epitel hücrelerinin açık bir alanı nasıl yeniden doldurduğunu modellemek için kullanılır - yara iyileşmesine benzer bir süreç. Bu prosedürde, hücre kültürü kabından bir pipet ucu geçirilerek bir yara oluşturulur. Hücreler zamanla bu boşluğa geri döndükçe, hareket yörüngeleri, hareket hızını ve yer değiştirmeyi değerlendirmek için izleme yazılımı kullanılarak izlenebilir.

Transwell migrasyon testi, hücreleri kimyasal olarak çekme süreci olan kemorezivitesi incelemek için kullanılan başka bir klasik yöntemdir. Bu tahlilde, kuyucuklara kemoatraktan çözelti eklenir, daha sonra transwell odaları bu kuyucukların içine yerleştirilir ve son olarak zarın üst tarafına bir göçmen hücre tipi eklenir. Kemoatraktana doğru göç eden hücrelerin sayısı bir mikroskop ve hemositometre kullanılarak sayılabilir.

Mühendislik tekniklerindeki ilerlemeler, uygun bir yüzeye kazınmış mikrofabrikasyon kanallardan oluşan mikroakışkan cihazların yapımına izin vermiştir. Göç deneyleri için, kanalın genellikle iki portu vardır: biri bir hücre süspansiyonunun eklenmesi için, diğeri ise bir kimyasal uyaranın eklenmesi için. Uyaranın hücrelerin göç davranışı üzerindeki etkisi daha sonra mikroskop altında incelenebilir.

Hücrelerin ECM'ye istilasını incelemek için, araştırmacılar 3D istila testleri yapabilirler. Bu yöntemde bilim adamları, kollajen gibi bileşenlerden yapılmış üç boyutlu matrislerde hücreleri kültürlüyorlar. Daha sonra, gelişmiş yazılımların yardımıyla istilayı üç boyutlu olarak izleyebilirler. Bu yöntem özellikle tümör gelişimini incelemek için kullanışlıdır.

Son olarak, hızlandırılmış floresan mikroskobu, canlı hücreleri in vivo izlemek için kullanılabilir. Floresan proteinleri kodlayan genler bir hayvan modeline dahil edilebilir. Şu anda floresan proteinleri ifade eden hücrelerin göç yolu, iki foton mikroskobu gibi karmaşık görüntüleme yöntemleri kullanılarak izlenebilir.

Şimdi, bu hücre motilitesi ve migrasyon tahlillerinin bazı güncel uygulamalarını inceleyelim.

Tartışıldığı gibi, hücre göçü tümör metastazında kritik bir rol oynar. Burada bilim adamları, bir matris içine gömülü tümör hücrelerini, bir transwell odasındaki beyin dilimleri ile birlikte kültürlediler. İnkübasyonun ardından numuneler boyandı ve immünofloresan kullanılarak analiz edildi. Sonuçlar, tümör hücrelerinin beyin dilimlerine invazyonunu gösterdi.

Enfeksiyonu takiben hücreler, nötrofillerin göçünü indükleyen kemoatraktan proteinler olan kemokinleri serbest bırakır. Nötrofiller, doğuştan gelen bağışıklık sisteminin ayrılmaz bir parçasını oluşturan fagositik hücrelerdir. Burada, araştırmacılar bu fenomeni bir transwell göç testi kullanarak değerlendirdiler. Bakterilerle enfekte olmuş epitel hücrelerini zarın alt tarafına kapladılar, nötrofiller ise üst tarafta kültürlendi. Sonuçlar, enfekte olmuş hücrelerin varlığında önemli nötrofil göçü gösterdi.

Son olarak, bakteriyel kemotaksisiyi incelemek için mikroakışkan oda tahlilleri kullanılabilir. Burada bilim adamları, bir deneyde birkaç konsantrasyonu test edebilen özel bir mikroakışkan oda kullanarak iki maddenin (L-aspartat ve nikel sülfat) cezbedici ve itici özelliklerini değerlendirdiler. Elde edilen veriler, cezbedici ve itici konsantrasyonundaki bir artışla birlikte, test moleküllerine doğru ve onlardan uzağa bakteri göçünün de sırasıyla arttığını göstermiştir.

Az önce JoVE'nin hücre hareketliliği ve göçü ile tanışmasını izlediniz. Bu sunumda, hücre motilitesi ve göçü çalışmasındaki önemli kilometre taşlarını gözden geçirdik. Daha sonra, sorulan bazı güncel soruları ve bugün laboratuvarlarda kullanılan araçları tartıştık. Son olarak, bazı örnek deneyler bu tekniklerin uygulamalarını vurgulamıştır. Her zaman olduğu gibi, izlediğiniz için teşekkürler!