신경 발달에서 세포 유착의 역할

Role of cell adhesions in neural development

세포 접착은 세포 내 공간과 세포 외 공간 사이에 기계적, 화학적 결합을 형성하는 단백질 또는 단백질 집합체로 정의될 수 있다.유착은 세포 이동, 신호 전달, 조직 발달 및 복구를 포함한 몇 가지 중요한 프로세스에 기여합니다.이러한 기능성 때문에, 유착과 접착 분자는 과학계의 연구 주제가 되어 왔습니다.구체적으로, 유착은 중추신경계(CNS) 내의 조직 발달, 가소성 및 기억 형성에 관여하며, CNS 특이 치료제의 생성에 필수적인 것으로 판명될 수 있다.

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부착구분

  • 셀-셀 접착은 인접한 셀 간에 화학적, 기계적 연결을 제공합니다.신경조직 발달에 특히 중요한 것은 하위 범주 n-카데린이다.이 카드헤린 분자들은 신경세포의 [1]이동뿐만 아니라 CNS 구조의 형성에 중요한 것으로 나타났다.
  • 세포-'세포외 매트릭스(ECM)' 접착은 기계적, 화학적 연결도 형성하지만, 세포-매트릭스와 세포외 매트릭스 사이의 연결은 응집성 기능 단위를 형성하는 다량의 접착성 단백질을 통해 발생합니다.이러한 국소 접착 플라크는 본질적으로 매우 역동적이며 기능 및 단백질 함량이 변화하는 성숙 과정을 거친다.성숙 단계는 다음 표에 요약되어 있습니다.
접착 분류 대략적인 크기
초기 0.25μm
포커스 콤플렉스 0.5μm
초점 접착 1~5μm
피브릴라 접착 5μm 초과

세포 이동 시 유착 역할

초기 발달 동안, 세포 이동은 신경 조직 구성에 중요한 역할을 한다.아직 대부분 조사 중이지만, 높은 순서의 뉴런 네트워크는 신체와 신경계가 소통하는 데 필수적인 요소인 것으로 알려져 있습니다.세포 이동의 주요 메커니즘은 내부 힘을 외부 환경으로 변환하는 것입니다.힘 전달은 다양한 메커니즘을 통해 발생할 수 있지만, 세포 세포와 세포 외 매트릭스(ECM) 사이의 접착 복합체는 이러한 [2]활동의 주요 메커니즘으로 알려져 있다.세포 이행은 일반적으로 4가지 세포 프로세스로 분류됩니다.

  1. 전연돌기
  2. 접착 형성
  3. 세포 본문 변환
  4. 후행 가장자리 접착 분리

이러한 프로세스의 조정을 통해 환경을 통해 세포를 효율적으로 이동할 수 있습니다.

Cadherin 의존 이행

뉴런 카드헤린(N-cadherin) 접착제 분자가 엄격하게 조절되는 발판 세포 의존 이동은 뉴런 조직을 발달시키는 하나의 운동성을 제공한다.세포 이동 중에 N-카데린은 뉴런을 글리알 섬유에 결합하고 세포 내 액틴 네트워크 트레드밀링에 의해 생성된 힘을 글리알 섬유에 전달할 수 있도록 한다.셀-글리아 파이버 인터페이스를 통한 힘 전달은 많은 개별 N-카데린/글리아 파이버 상호작용을 합산하여 마이그레이션에 필수적인 필요한 수준의 견인력을 제공합니다.또한 이러한 접착성 카드헤린 분자는 내부화되어 이동성 뉴런에 의해 재활용되는 것으로 나타났다.이 카드헤린 재활용 메커니즘은 신경 접착 기반 이동 [3]경로에서 상당한 것으로 생각됩니다.카드헤린 기반 이동은 중추신경계의 조직 구성, 특히 피질층 형성에 필수적이다.

또한 N-cadherin 경로의 녹다운이 조기 뉴런 분화로 이어지기 때문에 N-cadherin 경로가 뉴런 분화에 매우 중요할 수 있다는 것이 제안되었다.

Integin 의존형 이행

인테그린 의존 세포 이동은 세포 내 환경과 세포 외 환경 사이의 기계적 연결을 형성하는 단백질 플라크로 설명될 수 있다.세포 이동 분류의 주요 구성요소 중 하나인 인테그린은 외부 도메인에서 ECM 구성 요소를 결합하고 세포 내 도메인에서 액틴 세포골격 구성 요소를 결합하는 트랜스멤브레널 단백질 이합체이다.이러한 유착은 액틴 역행 흐름 메커니즘(분자 클러치로 설명됨)과 액틴 미오신 단백질 수축 기계를 통해 세포 내와 세포 외 공간 사이의 힘을 결합합니다.이러한 접착은 다양한 물리적 [4]환경에 노출되었을 때 물리적, 화학적 반응 모두인 기계적 감지에 관여하는 것으로 생각됩니다.

신경조직 발달에 관여하는 접착 관련 메커니즘

성장 원뿔 확장

성장 원추는 구조적이고 화학적으로 민감한 축삭 유도 세포 기관으로 기능합니다.성장 원추는 성질이 매우 역동적이며, 지속적인 역행 흐름을 겪는 말초 영역에 동적 액틴 세포 골격을 포함합니다.이 역행력은 성장 원뿔이 방향 신호에 반응하는 메커니즘을 제공하여 신경 축삭을 유도합니다.성장 원추는 세포 외 공간을 항해할 때 다양한 기계적 환경을 경험하기 때문에 적절한 신경계 발달에 필수적인 다양한 기계적 신호에 반응하는 것으로 알려져 있습니다.연구에 따르면 뇌의 다른 영역에서 온 원추세포가 기계적 신호에 다르게 반응할 수 있다.해마에 위치한 신경세포는 약 1kPa의 표면에서 최대 성장을 보이는 등근신경절에서 유래한 세포들이 성장하는 것과 관련이 있기 때문에 변화하는 기계적 강성에 민감하지 않다는 것이 입증되었다.해마와 배근 신경절 신경 성장 원추는 모두 강성 [5]기질에 증가된 견인력 생성을 보여준다.성장 원추는 인테그린과 같은 통합 이동 기구를 이용하지만 세포 이동의 클래스는 아니다.

Thy-1 접착단백질

Thy-1(또는 CD90.2)은 축삭 유도 경로에 관여하는 것으로 나타난 막 결합 당단백질이다.이 단백질은 GPI막 앵커를 포함하고 있어 이동성이 매우 높은 것으로 나타났다.많은 세부 사항이 파악되지 않지만, Thy-1은 성세포에서 발견되는 단백질 이합체 인테그린과 상호작용하여 신경계 발육과 확장을 억제할 수 있는 골재를 형성한다고 알려져 있다.또한 Thy-1은 src-family 키나제 [6]경로에 관여하는 것으로 나타났다.이러한 성상세포-뉴론 피드백은 부상 후 CNS 조직 복구와 관련된 메커니즘으로 제안되었으며, 이는 your-1의 하향 조절이 신경계 발육을 증가시킬 수 있기 때문이다.추가적인 연구는 산후 인간에서 당신의 1-1 발현이 몇 주 동안 상승한다는 것을 보여주었다.이는 조직 수복 외에도, Thy-1이 초기 CNS 조직 개발 및 [7][8]구성에 역할을 할 수 있음을 시사합니다.

L1족 단백질

L1 단백질군은 축삭 성장 및 적절한 시냅스 형성뿐만 아니라 신경 이동에도 관여하며, L1CAM, CHL1, NrCAM 및 신경 파신을 포함한다.L1-세포 접착 분자(L1CAM)는 1980년대 중반에 뉴런 관련 조직 발달에 중요한 것으로 처음 발견되었으며, 약 200-220 kDa의 막간 당단백질이다.L1CAM 단백질은 세포외 도메인에서 인테그린 및 ECM 단백질과의 상호작용을 가능하게 하는 IgG 유사 및 피브로넥틴III(FN-II) 반복을 포함한다.인테그린과 유사하게 F1CAM은 액틴 세포골격과 상호작용하는 영역을 세포 내에서 발현한다.L1 패밀리 단백질이 CNS 발달에 관여한다는 주장을 뒷받침하는 것은 L1CAM이 성장 초기 단계, 특히 축삭 말단에서 신경 조직에서 고도로 발현된다는 발견이다.해마와 같은 뇌의 일부 부위는 성인기에 L1CAM을 매우 잘 발현하는 것으로 밝혀졌지만, 이에 대한 정확한 이유는 밝혀지지 않았다.

L1CAM과 L1 패밀리 단백질은 신경 발달과 축삭 유도 과정에 관여하기 때문에 CNS의 조직 손상을 치료하는데 유용한 치료제가 될 수 있다고 제안되어 왔다.일부에서는 조직 복구 중에 L1CAM 발현을 생체 내에서 증가시켜 CNS 조직 [9]복구 중에 이점을 제공한다는 개념을 뒷받침할 수 있다고 제안하기도 했다.

뉴런의 기계적 감각

메카노센싱은 세포들이 환경에 존재하는 기계적 신호에 반응하여 그들의 생물학적 특성을 변화시키는 과정이다.다양한 종류의 세포들이 기계적 환경 신호로 그들의 행동을 변화시킨다는 것은 잘 알려져 있다.

인테그린 매개 접착은 뉴런 확장 및 발달을 위해 ECM에 힘 전달을 제공할 뿐만 아니라 뉴런의 이러한 기계 감지 과정에서도 기능합니다.생체 내 외부 환경의 기계적 성질을 감지하면 분화 및 분기와 같은 세포 행동을 결정할 수 있다.실험적으로 기질강성(~2~80kPa)이 증가하면 고립된 뉴라이트 분기 및 분기 [10][11]길이가 발생할 수 있다는 것이 확인되었다.

관련 신경학적 상태

신경세포의 유착과 접착 메커니즘과 관련된 문제로 인해 신경발달의 오류로 인해 여러 가지 쇠약해지는 질병이 발생한다.

  • CRASH 증후군(또는 L1 증후군)은 X염색체 상의 L1CAM 유전자의 돌연변이에 의해 유발되어 L1CAM 단백질의 오작동을 일으킨다.CRASH(acronym) 증후군에는 [12][13]다음 조건이 포함됩니다.
CRASH 상태의 개요
연도 평.
뇌량저형성증 불완전한 말뭉치-콜로섬 발달
지각 인지기능 저하
엄지손가락 삽입 엄지손가락 발달 이상
경련성 하반신 마비 하지의 경직과 수축
수두증 두개골 내에 뇌척수액이 비정상적으로 축적된 경우
  • 또한 연구결과에 따르면 단백질 ty-1의 발현 변화가 알츠하이머 환자에게서 관찰된 비정상적인 신경성장의 일부 원인이 될 수 있다.비정상적인 신경 발육과 yy-1의 존재는 공간적으로 상관관계가 있는 것으로 확인되었지만, 이 [14]상태에 대한 yy-1의 관여를 더 잘 이해하기 위해서는 기계적 작업이 여전히 필요하다.

레퍼런스

  1. ^ Murase, S (Oct 1999). "The role of cell adhesion molecules in synaptic plasticity and memory". Current Opinion in Cell Biology. 11 (5): 549–53. doi:10.1016/s0955-0674(99)00019-8. PMID 10508654.
  2. ^ Ridley, Anne (2003). "Cell Migration: Integrating Signals from Front to Back". Science. 302 (2003): 1704–09. doi:10.1126/science.1092053. PMID 14657486. S2CID 16029926.
  3. ^ Kawauchi, T (2012). "Cell Adhesion and Its Endocytic Regulation in Cell Migration during Neural Development and Cancer Metastasis". International Journal of Molecular Sciences. 4. 13 (4): 4564–4590. doi:10.3390/ijms13044564. PMC 3344232. PMID 22605996.
  4. ^ Gullingsrud J, Sotomayor M. "Mechanosensitive channels". Theoretical and Computational Biophysics Group, Beckman Institute for Advanced Science and Technology: University of Illinois at Urbana-Champaign.
  5. ^ Koch, Daniel (February 2012). "Strength in the Periphery: Growth Cone Biomechanics and Substrate Rigidity Response in Peripheral and Central Nervous System Neurons". Biophysical Journal. 102 (3): 452–460. doi:10.1016/j.bpj.2011.12.025. PMC 3274825. PMID 22325267.
  6. ^ Rege, Tanya (2006). "Thy-1, via its GPI anchor, modulates Src family kinase and focal adhesion kinase phosphorylation and subcellular localization, and fibroblast migration, in response to thrombospondin-1/hep I". Chronology. 312 (19): 3752–3767. doi:10.1016/j.yexcr.2006.07.029. PMID 17027000.
  7. ^ Herrera-Molina, Rodrigo; et al. (May 2012). "Astrocytic aVb3 Integrin Inhibits Neurite Outgrowth and Promotes Retraction of Neuronal Processes by Clustering Thy-1". PLOS ONE. 3. 7 (3): e34295. doi:10.1371/journal.pone.0034295. PMC 3316703. PMID 22479590.
  8. ^ Barker, Thomas (2004). "Thy-1 regulates fibroblast focal adhesions, cytoskeletal organization and migration through modulation of p190 RhoGAP and Rho GTPase activity". Experimental Cell Research. 295 (2): 488–496. doi:10.1016/j.yexcr.2004.01.026. PMID 15093746.
  9. ^ Schafer, Michael; Michael Frotscher (February 2012). "Role of L1CAM for axon sprouting and branching". Cell Tissue Res. 349 (1): 39–48. doi:10.1007/s00441-012-1345-4. PMID 22370595. S2CID 14454847.
  10. ^ Man, Alan (2011). "Neurite Outgrowth in Fibrin Gels Is Regulated by Substrate Stiffness". Tissue Engineering. 17 (23 and 24): 2931–2942. doi:10.1089/ten.tea.2011.0030. PMID 21882895.
  11. ^ Jiang, Frank (September 2008). "Neurite Outgrowth on a DNA Crosslinked Hydrogel with Tunable Stiffnesses". Annals of Biomedical Engineering. 36 (9): 1565–1579. doi:10.1007/s10439-008-9530-z. PMID 18618260. S2CID 20235247.
  12. ^ Fransen E, Lemmon V, Van Camp G, Vits L, Coucke P, Willems PJ (1995). "CRASH syndrome: clinical spectrum of corpus callosum hypoplasia, retardation, adducted thumbs, spastic paraparesis and hydrocephalus due to mutations in one single gene, L1". European Journal of Human Genetics. 3 (5): 273–84. doi:10.1159/000472311. PMID 8556302. S2CID 152852.
  13. ^ Ruiz JC, Cuppens H, Legius E, et al. (July 1995). "Mutations in L1-CAM in two families with X linked complicated spastic paraplegia, MASA syndrome, and HSAS". Journal of Medical Genetics. 32 (7): 549–52. doi:10.1136/jmg.32.7.549. PMC 1050549. PMID 7562969.
  14. ^ Leifer, D (March 1992). "Thy-1 in hippocampus: normal anatomy and neuritic growth in Alzheimer's disease". Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. 51 (2): 133–41. doi:10.1097/00005072-199203000-00003. S2CID 44912412.