Миграция эпидермальных клеток человека в культуре

Интактный эпителий необходим для выживания любого многоклеточного организма. Эпителий — это самый первый барьер, защищающий организм от воздействий внешней среды и поддерживающий внутренний гомеостаз. Постоянное обновление путем активной регенерации — один из основных механизмов поддержания целостности эпителия. Клеточная адгезия, миграция и пролиферацияважнейшие составляющие этого процесса.

Направленная миграция эпителиальных клеток чрезвычайно важна в таких событиях как эмбриональное развитие, заживление ран, метастазирование опухолей. Большую группу морфогенетических процессов в эмбриогенезе представляют перемещения эпителиальных слоев, например, при гаструляции амфибий и в эмбриогенезе рыб (1). Направленная миграция отдельных клеток и клеточных пластов необходима для нормального развития (2,3).

В эпителиальных тканях взрослых организмов также отмечаются постоянные перемещения клеток, в частности происходит постоянная миграция эпидермальных кератиноцитов из базального слоя, где происходит размножение клеток, в супрабазальные слои (4). Наиболее типичным примером миграции эпителиальных клеток у эмбрионов и взрослых организмов является заживление ран (5).

Несмотря на большое число исследований миграции, феномен направленного клеточного движения далек от понимания. Явление клеточной миграции включает в себя самые различные аспекты жизнедеятельности клетки: специфическое поведение цитоскелета, возникновение внутриклеточных сил натяжения и ретракции мембраны, циклический ток плазматической мембраны от ведущего края клетки и встраивание новых фрагментов в передний край, адгезия к субстрату и многое другое (6).

Миграция — это очень сложный прцесс, включающий временное и пространственное взаимодействие различных факторов: сигнальные молекулы (факторы роста, цитокины и компоненты матрикса), внутриклеточные мессенджеры (протеин киназы, фосфолипазы, низкомолекулярные вТРазы), факторы, регулирующие адгезию к другим клеткам (например. Е-кадхерин) и к внеклеточному матриску (интегрины, рецепторы к гиалуроновой кислоте), факторы, определяющие открепление клеток от субстрата (активатор плазминогена урокиназного типа, металлопротеиназы) и молекулы, регулирующие функции цитоскелета (например, Rae) и образование специальных клеточных структур миграции, называемых ламеллиподиями (7).

Миграция эпидермальных клеток может происходить в составе многоклеточных кластеров (групп), эпидермальных пластов или на уровне отдельной клетки. Однако многие характеристики процесса миграции являются общими для всех указанных видов движения.

Регенерация поврежденного эпителия происходит не только за счет миграции эпителиальных клеток, но и их интенсивной пролиферации. Ранение является сигналом и для пролиферации и для миграции клеток. Миграцию можно рассматривать как более быструю реакцию на повреждение. В том случае, когда она оказывается недостаточной, наступает пролиферативный ответ. Однако очень часто, например в ответ на действие факторов роста, происходит одновременное инициирование миграции и усиление пролиферативной активности клеток (8.9. 10).

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Способность к миграции является характерной чертой эпителиальных клеток. Миграция //? лю свойственна эпителию в онтогенезе и активно возобновляется в процессе регенерации поврежденного эпителия. Миграция при регенерации — это естественная, присущая эпителию реакция на образование свободного края. В процессе раневого заживления происходит не только перераспределение клеток в результате перемещения, но и приобретение ими новых свойств — их активация, которая заключается в перестройке цитоскелета, активизации пролиферации. ЭКЦ в культуре также приобретают признаки активированных клеток и поэтому могут быть сопоставлены с кератиноцитами раневого ложа, имеющими миграционный фенотип. Формирование культур ЭКЦ всегда сопровождается активной миграцией клеток. Изучение механизмов, регулирующих активность миграции, позволит добиться стимуляции формирования эпидермальных пластов. С другой стороны, недостаточная миграция определяет невозможность самостоятельного восстановления кожных покровов при различного рода травмах и патологиях.

Формирование особого подвижного фенотипа имеет место и при трансформации эпидермальных клеток и их метастазированиию Таким образом, изучение механизмов миграции и факторов, влияющих на нее, представляет несомненный научный и практический интерес.

По имеющимся представлениям, в процессе регенерации эпидермиса вслед за активной миграцией происходит размножение клеток в глубине пласта для восстановления начальной плотности. Однако наши исследования показали, что процессы пролиферации (синтез ДНК) и миграции полностью совместимы в одной клетке. Это означает, что мигрирующая клетка способна в то же время к пролиферации. Более того. оказалось, что общая интенсивность пролиферации влияет на способность определенной популяции клеток к активной миграции.

В мигрирующей колонии ЭКЦ одновременно проходят по крайней мере три процесса: миграция, пролиферация, и дифференциация. В связи с этим колония представляет собой трехмерную структуру, которая однако перемещается по субстрату с высокой скоростью, сопоставимой со скоростью миграции отдельной клетки. При визуальном наблюдении создается впечатление, что колония движется как единое целое и клетки внутри нее не изменяют своего положения относительно частей колонии. Однако проведенный нами ультраструктурный анализ позволяет предположить, что хотя в колонии и не происходит центробежной миграции клеток, их относительное местоположение со временем меняется. Это связано с тем, что не все клетки колонии имеют одинаковую способность к миграции. Наиболее активно мигрируют клетки, которые по морфологии могут быть отнесены к ЭКЦ шиповатого слоя или к дифференцированным элементам базального. Они сосредотачиваются в ведущем крае колонии и интенсивно синтезируют ДНК. Слабодифференцированные клетки базального слоя локализуются в центральной части колонии и не проявляют признаков миграции. Известно, что ЭКЦ этого компартмента эпидермиса находятся в состоянии покоя или медленно продвигаются по клеточному циклу. Однако они обладают большим пролиферативным потенциалом, т. е. спообны дать начало большому числу клеток (стволовые клетки эпидермиса). Клетки транзиторной популяции базального слоя и ЭКЦ шиповатого слоя интенсивно пролиферируют. В дальнейшем в процессе дифференциации снова происходит удлинение клеточного цикла. Можно предположить, что in vivo к активной миграции в процессе регенерации способны клетки супрабазальных слоев, подвергшиеся некоторой дифференциации. Они активируются в ответ на появление свободного края и обеспечивают краевую эпителизацию ран. Недостаточность такой эпителизации может объясняться тем, что в рану не мигрируют стволовые клетки, способные неограниченно долго размножаться и воссстанавливать полноценный эпидермис. Кроме этого, интенсивную миграцию сдерживает наличие десмосомальных контактов и особенности матрикса, по которому мигрируют ЭКЦ.

Связь процессов миграции и пролиферации проявляется не только на уровне общей активации клеток. Хорошо известно, что многие факторы, оказывающие воздействие на пролиферацию ЭКЦ, модулируют также и их подвижность. При изучении действия факторов роста на миграцию эпидермальных клеток мы выяснили, что воздействие одного и того же фактора может приводить к разным митогенным и мотогенным эффектам. Хотя взаимодействие клетки с фактором роста осуществляется через один рецептор, внутриклеточные пути передачи сигнала для активации миграции и пролиферации могут различаться. Эти два процесса могут происходить одновременно или быть диссоциированы. Усиление миграции под действием фактора роста может проходить без интенсификации пролиферации, а миграция может быть ингибирована без подавления пролиферации. В этих случаях удается диссоциировать эти два процесса, что может оказаться полезной моделью для дальнейшего изучения миграции и ее связи с другими внутриклеточными реакциями.

Миграция эпидермальных клеток продолжается при необратимом подавлении пролиферации. Наличие базального уровня миграции может свидетельствовать об аутокринной регуляции миграции. Такая регуляция может иметь место не только при трансформации эпидермальных клеток, но также в процессе нормальной миграции регенерации.

Способность эпителия к миграции во многом может определяться также влиянием подлежащих тканей (дермы). Фибробласты, секретирующие разнообразные физиологически актиные вещества, могут существенно модулировать поведение элидермальных клеток. Наши исследования показали, что фибробласты являются сильными аттрактантами для эпидермоидных клеток и могут даже изменять поляризацию эпидермального пласта. Модель взаимодействия эпидермальных и мезенхимных клеток может оказаться полезной для изучения процессов метастазирования опухолевых клеток эпидермального происхождения.

Таким образом, мы обнаружили несколько механизмов регуляции миграции ЭКЦ. Выявленные закономерности миграции эпидермальных клеток и взаимосвязь процессов миграции и пролиферации позволяют приблизиться к пониманию миграции как комплексной клеточной реакции в ответ на внешние и внутренние воздействия.

Моделирование миграции кератиноцитов в культуре может быть использовано для изучения клеточных механизмов эпителизации ран и морфогенетических процессов.