سلول اپیتلیال و مزانشیمال در سلول های بنیادین

سلول اپیتلیال و مزانشیمال در سلول های بنیادین

بافت های چند سلولی بر دو پایه ی سلول اپیتلیال و مزانشیمال سازماندهی شده اند. سلول اپیتلیال در سطوح جانبی به یکدیگر و در سطح پایه خود به ECM (ماتریکس خارج سلولی) اتصال قوی دارند. بدین ترتیب ورقه ای از سلول ها که بر روی سطح پایه با سطح آپیکال قرار دارند تولید می شود. در مقابل سلول مزانشیمی، سلول های حداگانه ای با مورفولوژی دو قطبی هستند که به عنوان یک بافت در یک ECM سه بعدی در کنار هم نگه داشته می شوند.

تبدیل سلول اپیتلیال به مزانشیمی، انتقال اپیتلیال-مزانشیمی EMT (در بسیاری از جنبه های مورفونژ جنینی، ترمیم بافت بزرگسالان و هم چنین تعدادی از بیماری ها نقش اساسی دارد.) در تکامل بافت ها و ترمیم و نوسازی بافت ها و بیماری ها نقش دارند.این تبدیل همواره مثبت نیست گاهی ممکن است سبب ایجاد سرطان ها و یا فیبروز ها شود. مثال تبدیل سلول های نئوپالسم به سلول های سرطانی است.روند معکوس که به موجب آن سلول های مزانشیمی به یک اپیتلیوم می پیوندند انتقال مزانشیمی-اپیتلیالی است (EMT) .این موضوع یک فرایند مثبت است.درک از مولکول هایی که این انتقال حالت های مزانشیمی و اپیتلیال را تنظیم می کنند بینش مهمی در مورد چگونگی سازماندهی سلول ها و بافت ها ایجاد می کند.

سلول اپیتلیال	سلول مزانشیمال
توسط اتصالات محکم و چسبنده در نزدیکی سطح راسی به یکدیگرمتصل اند	کمپلکس چسبنده سلول به سلول تعریف نشده است.
یک سطح پایه دارند که بر روی بازال لامینا واقع شده است (ماتریکس خارج سلولی)	قابلیت حرکت و تهاجم دارند.
اصولا ساختار مستطیلی شکل دارند که راس و پایه دارند.	شکل چند بعدی مشخصی ندارند.
عدم نفوذ به ماتریکس خارج سلولی	حمله به لایه ی پایه را دارا هستند.
قطبیت راسی/پایه ای دارد.	قطبیت انتهایی، جلویی/عقبی دارد.
دارای پروتئین های اختصاصی خود با نام سایتوکراتین، E-cadherin، پلاکوگلوبین هستند.	دارای پروتئین های اختصاصی خود با نامN-cadherin  ،فیبرونکتین، ویمرتین هستند.
	می توانند باعث بازسازی اسکلت سلولی شوند.
	دارای انزیم هایی با عنوان پروتئولیز و پروتئاز های خارج ماتریکسی(MMP) هستند.
	مورفولوژی مشابه فیبروبلاست ها دارند.

فرایند EMT

در تبدیل سلول اپیتلیال به مزانشیمی باید قطبیت سلول ها، شکل ها، اتصالات بین آنها دچار تغییر شود.

Suppress cell- cell adhesion

Induce changes in cell polarity

Stimulate cell motility

Promote invasion of basal lamina

این تغییرات نظم خاصی ندارند و می توانند به ترتیب انجام نشوند فقط مهم صورت گرفتن آنهاست.

اغلب اپیتلیوم هایی کهE-cadherin  را بیان می کنند، بیانE-cadherin  را در زمانEMT  کاهش می دهد و کادرین های مختلف مانندN-cadherin را بیان می کند. تغییرCadherin  ممکن است سبب تحرک شود.

مولکول های دارای نقش در فرایند EMT

Structural molecules

Transcription factors

Signaling

اتصالات سلولی در سلول اپیتلیال

چسبنده

دسموز

محکم

علاوه بر این سه مورد دارای junction gap هستند.

در ناحیه ی کناری و در نزدیکی سطح راسی واقع شده اند که در ایجاد قطبیت راسی نقش دارند. برای تبدیلات باید این اتصالات از بین روند.

از سطح زیرین نیز دارای اتصالاتی هستند مانند همی دسموز و اتصالاتی به ماتریکس خارج سلولی دارند.

تغییرات پروتئینی در تبدیل سلول اپیتلیال به مزانشیمال بسیار مهم است. پروتئین درون غشایی اصلی موثر در اتصالات سلول-سلول اعضای سوپر خانواده کادهرین هستند. در سرطان های اپیتلیال(کارسینوما)،E-cadherin  به عنوان یک سرکوب کننده تومور یا محدود کننده برای تهاجمی شدن عمل می کند.

بنابراین کادهرین برای حفظ اپیتلیال ها ضروری هستند.

یکپارچگی و از دست دادن چسبندگی سلول به سلول به دلیل کاهش عملکرد کادهرین است. گامی مهم برایEMT  است. یکی از ویژگی هایEMT  سوئیچ کادهرین است. سوئیچ کادهرین به تنهایی کافی نیست اما برای حرکت سلول لازم است.

چندین راه برای بیان و عملکرد کادهرین

فاکتور های رونویسی که در اغلبEMT  نقش مرکزی دارند:

2-Twist , Zeb 2, E2A, Zwb1, Snail -1, Snail  که همه به ای-باکس های روی پروموتورای-کادهرین متصل می شوند و رونویسی ای-کادهرین را مهار می کنند.

ای-کادهرین در غشا توسط اندوسیتوز وابسته به کاوئولا و اندوسیتوز وابسته به کلاترین تنظیم می شود. عملکرد ای-کادهرین توسط ماتریکسمتالوپروتئاز (MMP) مختل می شود. برخی یا تمام این مکانیسم ها ممکن است درEMT  برای تخریب اتصالات سلول- سلول رخ دهد.

به طور خلاصه اتصالات سلول-سلول اساسا توسط کادهرین ها حفظ می شود و تغییرات در بیان کادهرین درEMT  رایج است.

اتصال سلول به ماتریکس خارج سلولی اساسا به واسطه اینتگرین ها انجام می شود که پروتئین های درون غشایی تشکیل شده از دو زیر واحدآلفا و بتا هستند که این دو زیرواحد به صورت غیر کووالان به هم متصل هستند.

اینتگرین ها به اجزایECM  مانند فیبرونکتین، لامینین، کلاژن متصل هستند. تغییرات در عملکرد اینتگرین ها و اتصال به ECM برایEMT  لازم است.

کنترل حضور و عملکرد اینتگرین ها توسط چند فاکتور

• فاکتور رونویسی 1-Ets
• کلاستر شدن یا خوشه ای شدن اینتگرین ها روی سطح بر استحکام کلی بین کنش هایEMC  -اینتگرین تاثیر دارد.
• اتصال بیشتر اینتگرین ها به دنبال کلاستر شدن را اویدیتی گویند و می تواند توسط کموکاین ها فعال شود و وابسته به فعالیتRhoA  وفسفاتیدیل اینوزیتول تری کیناز است.

قطبیت

قطبیت سلولی ارایشی از عناصر و ارگان ها در سلول اپیتلیال است. که این حالت در سلول های مزانشیمی دیده نمی شود. قطبیت اپیتلیال با اتصالات سلولی در نزدیکی حوزه آپیکال -جانبی (سطح غیر چسبنده) و یک لایه پایه در مقابل سطح آپیکال(سطح چسبنده) مشخص می شود. وقتی اتصالات سلولی از بین می رود باید قطبیت سلول هم از بین رفته و دچار تغییر شود تاEMT  رقم خورد.

سلول های مزانشیمی دارای قطبیت جلویی-عقبی هستند و از لامیلوپد های غنی از اکتین و دستگاه گلژی هستند که در لبه ی حرکتی آنها قرار دارد.

مولکول های دارای نقش در قطبیت سلول

Cdc42, PAK1, PI3K, PTEN, Rac, Rho, and the PAR protein

باید فعالیت این مولکول ها را کم کنیم تا قطبیت سلول کم شده و فرایندEMT  اتفاق افتد. باید سلول ها دارای حرکت شوند پس باید قطبیت از بین رود. Cell motility علاوه بر تغییر قطبیت باید عوامل دیگری هم در این فرایند شرکت کنند. مانند: عوامل ساختاری (اکتین و میکروتبول). مولکول های تنظیم کننده مانندCdc42, Rac1, Rho A  مکانیسم هایی هم وجود دارد که بسته به محیط 2 بعدی یا3 بعدی متفاوت است.بیشتر سلول ها در حالت تعلیق رشد خوبی نخواهند داشت و بنابراین معمولا به یک بستر متصل می شوند، جایی که صاف می شوند وممکن است در ابعاد افقی بسیار بزرگ باشند اما در ابعاد عمودی فقط چند میکرون باشند.

غشای پایه (Basal lamina)

در سلول مزانشیمی خاصیت نفوذ به عشای پایه وجود دارد اما سلول اپیتلیال توانایی نفوذ ندارند. غشای پایه دارای مولکول هایی است که مانع از این کار می شود مانند کلاژن تیپ 4،فیبرونکتین، لامینین اما سلول های مزانشیمی آنزیم هایی دارند که غشای پایه را تخریب می کند مانند:

Plasminogen activator, serin proteaseII, TMPRSS4, MMPs. البته یک سری پروتئاز های خارج سلولی هم نقش دارند. دلیل مطرح ساختن بسیارEMT  انجام بیشتر آن در شرایط فیزیولوژیک بدن است و در بالین کاربرد بیشتر دارد اماMET  هم مهم است ودر شرایط آزمایشگاهی کاربرد دارد.

مطالعه مقاله ای در ارتباط با اصطلاحات سلول بنیادی

مسائل مربوط به رونویسی در فرایند EMT

فاکتور های رونویسی بیان ژن را برای این فرایند ها تنظیم می کنند. با وجود فاکتور های زیاد تنها بخشی از آنها شناسایی شده اند. به طورمثال:

Snail-1 , Snail-2 * Zeb1 , Zeb 2 * LEF/TCF * Helix-loop *Forkhed box * Hemobox protein. باعث از بین رفتن چسبندگی سلول به سلول، تغییر در قطبیت، به دست اوردن حرکت، ایجاد حالت تهاجمی، افزایش تکثیر و بقای سلول هامی شود.

مسیر های سیگنالینگ

در مسیر تکوین 5 مسیر سیگنالینگ داریم.NOTCH ، HEDGEHOG ، RTK ، WNT ، TGF-b  . البته مسیر های دیگری هم وجود دارند اما در آغازفرایند هایEMT , MET  نقش دارند. حال ممکن است چند تا از این مسیر ها استفاده شوند.

مسیر TGF-b

شامل سوپر خانواده ی b-TGF و activin و(BMP) protein morphogenetic bone است. فعالیت از طریق گیرنده های سرین/ترئونین کیناز انجام می شود. انواع متنوعی از مولکول های پیام رسان مانند SMAD را هماهنگ می کنند. این مولکول ها در این مسیر نقش به سزایی دارد. دارای نقش مهمی در تکوین قلب جنین، شکل گیری ستیغ عصبی پرندگان، تکوین و شکل گیری تومورها، تغییر قطبیت سلول های اپیتلیالی است. مثال این مسیر نام برده در ابتدا در مهار سلول های توموری نقش دارد اما در انتها به عنوان یک القاکننده تومور به شمار می رود.

مسیرWNT

از طریق پروتئین های 7 بار گذشته از غشا خانواده فیریزلد پیام خود را منتقل می کنند.G  پروتئین ها وPITK  را فعال و گاهیبتا-کاتنین ها را فعال می کنند. اماGSK  را مهار می کنند. نقش اصلی این مسیر در شکل گیری سه تیغ عصبی پرندگان، در تکوین گاسترولاسیون زبرافیش، تکوین کوشین یا بالشتک قلبی، شکل گیری سرطان هایBreast  است. در صورت اختلال در این مسیر که بیشتر به سمت افزایش بیان پیش می رود می توان به افزایش آپوپتوز و تومور های متاستاتیک پوستی اشاره کرد.

یکی از مولکول های مهم این مسیر بتا-کاتنین است که از مولکول های چسبنده سلول هاست. هم چنین یکی از عوامل مهار کننده فاکتوررونویسیLEF/TCF  است. در فرایندEMT  بسیار مهم است.

مسیر RKT

پروتئین های خانواده تیروزین کیناز و فاکتور های رشد دارای نقش هستند. در واقع فسفوتیروزین کیناز ها در داخل سلول جایگاه اتصال آبشارهای مختلفی هستند در نهایت می توانند مسیر های پیام رسان مختلف را فعال کنند. در این مسیر سیگنالینگ های مختلفی وجود داردکه 3 تا از مهم های آن عبارتند از:(این فعالیت ها بیشتر در مورد حیوانات آزمایشگاهی است و برای انسان شناخته شده نیستند)

مسیر فاکتور رشد هپاتوسیتی (HGF): در تکوین کلیه ها، ساختن میوبلاست، سلول های اپیتلیال

مسیر فاکتور رشد فیبروبلاستی (FGF): تحریک کننده حرکت سلول و فعال شدنMMPs ، تشکیل شیار اولیه در موش

مسیر رشد انسولینی (IGF): در  شکل گیری رده های سلولی سرطان پستان، شکل گیری سلول های سرطان پروستات

مسیر سیگنالی دیگری به نامErbB2/HER-2/Neu  و لیگاندheregulin/neuregulin  هم وجود دارد.

افزایش بیان 2-HER در 25 درصد از سرطان پستان انسان دیده شده است. در نتیحه مشاهده شده می تواند سبب متاستاز سرطان هایپستانی شود. از دارویی با نام هرسپتین که انتی بادی علیه رسپتور های 2-HER است در جلوگیری از عود سرطان های پستان متاستاتیک استفاده کرده اند و موثر بوده است.

مسیر NOTCH

در شکل گیری کوشین یا بالشتک قلبی، تشکیل سلول های مستعد به پاسخ بهTGF-b ، سه تیغ عصبی پرندگان، القا و بیان 4-BMP، لازمهTGF-b درemt  القایی در رده ی سلول های اپیتلیالی است.

مسیر HEDGEHOGE

سلول های متاستاتیک سرطانی پروستات سطح بالایی از این مسیر را بیان می کنند. مشاهده کردن استفاده از داروی سیکلوپامین در سرطان های پستان ناشی از مسیرHEDGEHOGE  بسیار موثر است. در واقع بیان مولکول 1-Snail کاهش می یابد.

علاوه بر این مسیر ها عوامل دیگری هم دارای نقش هستند:

فاکتور های التهابی مثل اینترلوکین-6

هورمون های لیپیدی مثل پروستاگلندینE2

گونه هایROS  مثلhypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) , lysyl oxidases (LOX)

هیپوکسی

علاوه بر این امور هم یک سری مولکول های ماتریکس خارج سلولی نقش دارند

از قبیل: کلاژن/ اینتگرین/ هیالورونان/ لامینین5/ پریوستین/ پودوپلانین

منابع

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK559063/

https://my.clevelandclinic.org/health/articles/22062-epithelium