Mechanochemiczny przełącznik między wzrostem i różnicowaniem komórek

Transkrypt

1 Mechanochemiczny przełącznik między wzrostem i różnicowaniem komórek Model tworzenia mikrokapilar na podłożu fibrynogenowym eksponencjalny wzrost tempa proliferacji i syntezy DNA wraz ze wzrostem stężenia immobilizowanych ligandów (wzrost adhezji komórek) FN > 500ng/cm 2 adhezja, rozpłaszczenie, proliferacja FN < 100ng/cm 2 adhezja, brak rozpłaszczenia, tworzenie agregatów (obkurczanie macierzy) tworzenie mikrokapilar rola naprężeń indukowanych przez komórki w macierzy w różnicowaniu komórek

2 Mechanochemiczny przełącznik między wzrostem i różnicowaniem komórek Natywny kolagen (żel) matrigel: hamowanie wzrostu hepatocytów, indukcja różnicowania Utrwalony matrigel: indukcja rozpłaszczania i proliferacji, hamowanie różnicowania

3 Wpływ zmian w oddziaływaniu komórek z macierzą (wynikających ze zmian stężenia białek macierzy na podłożu) na funkcje komórek Wzrost gęstości ligandów ECM tworzenie klastrów integrynowych aktywacja transdukcji sygnału (IP 3, MAPK, aktywacja Na + /H + ) pobudzanie syntezy DNA i proliferacji

4 Geometryczna kontrola przeżywalności i śmierci komórek

5 Rozwój i prawidłowe funkcje tkanek wymagają rozpuszczalnych czynników wzrostu i strukturalnych składników macierzy międzykomórkowej Cząsteczki ECM wpływają na proliferację komórek na drodze oddziaływań biomechanicznych i biochemicznych ECM grupują specyficzne receptory integrynowe na powierzchni komórki uruchamiając wewnątrzkomórkową kaskadę sygnałową, aktywującą ekspresję genów wpływających na proliferację ECM fizycznie stawia opór naprężeniom komórkowym i sprzyja zmianom kształtu komórek i naprężeniom cytoszkieletu

6 Regulacja zachowania komórek przez białka ECM o charakterze strukturalno-regulatorowym Białka pogranicza macierzy i komórek (ang. Matricellular proteins) - niestrukturalne składniki ECM - regulatory sygnałów zewnątrzkomórkowych - łączniki między ECM a receptorami powierzchniowymi lub cytokinami, proteazami

7 Trombospondyna-1 Trombospondyna-2 Tenascyna-C /TN-C/, Tenascyna X /TN-X/ Osteopontyna /OPN/ SPARC (ang. Secreted Protein, Acidic and Rich in Cysteine) /osteonektyna, BM-40, 43K/ SPARC-related proteins /SC1, QR1/

8 białko oddziaływanie z ECM receptor adhezja modulowanie czynników wzrostu formowanie ECM Trombospondyna-1 kolagen I, kolagen V, Integryna, ---- HGF (-), fibronektyna, laminina, CD-36 TGF-b (+) fibrynogen Trombospondyna Tenascyna-C Fibronektyna Integryna, --- EGF (+), Aneksyna II + bfgf (+), PDGF (+) Osteopontyna Fibronektyna, kolageny I, II, III, IV, V Integryna CD SPARC Kolagen I, III, IV, V --- bfgf (-), VEGF (-), PDGF (-), + TGF-b (+)

9 białko oddziaływanie z ECM receptor adhezja modulowanie czynników wzrostu formowanie ECM Trombospondyna-1 kolagen I, kolagen V, Integryna, ---- HGF (-), fibronektyna, laminina, CD-36 TGF-b (+) fibrynogen Trombospondyna Tenascyna-C Fibronektyna Integryna, --- EGF (+), Aneksyna II + bfgf (+), PDGF (+) Osteopontyna Fibronektyna, kolageny I, II, III, IV, V Integryna CD SPARC Kolagen I, III, IV, V --- bfgf (-), VEGF (-), PDGF (-), + TGF-b (+)

10 Etapy gojenia się ran

11

12 Davis et al. Am J of Pathol 2000 Wzrost Przepuszczalności naczyń tworzenie prowizorycznej ECM FN, VN fibrynogen/fibryna Uszkodzenie tkanki enzymy Makrofagi Komórki mezenchymalne Synteza ECM FN, tenascyna SPARC, TSP, LM Kolagen, OPN Rusztowanie dla procesu gojenia tworzenie ECM MATRICRYPTIC SITES enzymy MATRICRYPTINS Transdukcja sygnału z udziałem receptorów Regulacja adhezji, migracji i proliferacji komórek Regulacja angiogenezy i przepuszczalności naczyń

13 Davis et al. Am J of Pathol 2000 Enzymatic degradation Adsorption/ Heterotypic binding Fibronectin Vitronectin Fbrinogen Thrombospondin MATRICRYPTIC SITES Fibronectin,SPARC Laminin, Osteopontin, Collagens, Elastin, Hyaluronic acid, Fibrin, Tenascin Fibronectin Vitronectin Fbrinogen Multimerisation Self-assembly Fibronectin Collagens Fibronectin Cell mediated mechanical forces Denaturation

14

15

16 Czynniki wzrostu i cytokiny jako wczesne mediatory procesu zapalnego PDGF

17 Czynniki wzrostu i cytokiny jako wczesne mediatory procesu zapalnego PDGF

18 Rola rodziny chemokin (SIGs- small inductible genes) Białko aktywujące neutrofile (NAP-1/Il8) Białko chemotaktyczne dla monocytów (MCP-1) Białko zapalne makrofagów (MIP-1) Płytkowy czynnik 4 (PF4) Peptyd aktywujący tkankę łączną (CTAP III), β-tromboglobulina, peptyd aktywujący neutrofile (NAP-2)

19 Czynniki produkowane przez skórne keratynocyty i fibroblasty i ich parakrynne i autokrynne działanie czynnik pochodzenie efekt biologiczny Mediatory stanu zapalnego IL1 (α,β) TNF α IL6 Czynniki wzrostu Rodzina EGF TGF-α amfiregulina EGF wiążący heparynę PDGF konstytutywna ekspresja w keratynocytach i fibroblastach, uwalniana po uszkodzeniu tkanki i w zapaleniu keratynocyty keratynocyty i fibroblasty keratynocyty fibroblasty Pierwotna cytokina zapalna PDGF i KGF w fibroblastach migracja keratynocytów proliferacja fibroblastów, synteza ECM Pierwotna cytokina zapalna wzrost fibroblastów biosynteza kolagenu wzrost keratynocytów indukcja wydzielania cytokin przez keratynocyty i fibroblasty tkankowe inhibitory metaloproteinaz mitogen keratynocytów proliferacja fibroblastów PDGF w fibroblastach synteza kolagenu w fibroblastach proliferacja keratynocytów proliferacja fibroblastów produkcja kolagenazy przez fibroblasty

20 Czynnik pochodzenie efekt biologiczny Czynniki wzrostu c.d. TGF-β keratynocyty i fibroblasty proliferacja fibroblastów synteza ECM przez fibroblasty wzrost keratynocytów Wpływa na różnicowanie keratynocytów indukcja wydzielania TGF-β i PDGF przez fibroblasty KGF (FGF 7) fibroblasty wzrost keratynocytów Wpływa na różnicowanie keratynocytów indukcja wydzielania TGF-α przez keratynocyty Heregulina (NDF- new differentiation factor) NGF FGF-2 IGF-1 Interferon α,β keratynocyty i fibroblasty keratynocyty i fibroblasty keratynocyty keratynocyty keratynocyty wzrost keratynocytów wzrost keratynocytów blokuje apoptozę keratynocytów mitogen keratynocytów bez promowania różnicowania! mitogen keratynocytów synteza ECM przez fibroblasty wzrost keratynocytów wzrost fibroblastów Synteza ECM Ekspresja MHC II na keratynocytach i fibroblastach indukcja IL-1

21 Czynniki wzrostu przyspieszają gojenie ran PDGF, TGFβ PDGF, bfgf PDGF, bfgf, EGF synteza kolagenu, ziarninowanie angiogeneza epitelializacja

22 bfgf i angiogeneza wpływ na ekspresję koneksyny 43 Koordynacja komórek podczas gojenia ran, angiogenezy