معلومة

ما هي الإشارة الميكانيكية؟


كنت أحضر محادثة تتعلق بتكوين الخلايا العصبية. لذلك كان أحد الأساتذة يطرح سؤالاً يتعلق بالإشارات البيوكيميائية والإشارات الميكانيكية (المتعلقة بمسارات الإشارات التي أؤمن بها). جديلة بقدر ما أفهم هي إشارة ، أليس كذلك؟ التلميح البيوكيميائي مفهوم بالنسبة لي.

ولكن ماذا يعني التلميح الميكانيكي؟


الضغط الميكانيكي ، الإجهاد ، الإجهاد أو التشويه هي إشارات ميكانيكية. بشكل عام ، الإشارات التي تستشعرها المستقبلات الميكانيكية هي إشارات ميكانيكية!


أين تذهب الخلايا: تتعاون الإشارات الميكانيكية والكيميائية لتوجيهها

تستجيب الخلايا الحية للإشارات البيوكيميائية من خلال التحرك نحو تلك الموجودة في تركيز أعلى ، وهي عملية رسمها علماء الأحياء بعناية على مدى العقود العديدة الماضية. لكن الخلايا تتحرك أيضًا استجابةً للقوى الميكانيكية ، مثل الاصطدام بأشياء أخرى - على الرغم من أن تفاصيل هذا الإجراء لم تُفهم جيدًا. الآن ، نتائج دراسة جديدة نشرت في 7 نوفمبر في المجلة PNAS، يكشف أن الخلايا تستخدم نفس شبكة الجزيئات للتفاعل مع كل من الإشارات الكيميائية والميكانيكية ، مما يسمح لها بدمج الإشارات المتضاربة المحتملة في مسار موحد.

نظرًا لأن حركة الخلايا أمر بالغ الأهمية أثناء التطور الجنيني ، ونقائل الورم ، والتئام الجروح ، واستجابة الخلايا المناعية للبكتيريا والفيروسات ، فإن النتائج تقرب العلماء خطوة واحدة إلى فهم هذه العمليات البيولوجية ، كما يقول الباحثون.

"في الحياة الواقعية ، لا تحدث الإشارات الكيميائية بمعزل عن غيرها" ، حسب قول بيتر ديفروتس ، دكتوراه ، أستاذ إيزاك موريس ولوسيل إليزابيث هاي لعلم الأجنة بجامعة جونز هوبكنز. "تساعد تجاربنا في شرح كيف يمكنهم تلقي إشارات الاتجاه من مصادر متعددة ودمجها لتوجيه حركتهم."

اعتمد فريق بحث Devreotes على دراساته السابقة لحركة الخلايا استجابة للإشارات الكيميائية ، وهي عملية تسمى الانجذاب الكيميائي. من خلال العمل مع amoeba Dictyostelium discoideum أحادي الخلية ، والذي يستخدم إسقاطات تشبه الأصابع للتنقل ، قام الفريق في الغالب بفحص تصرفات الأميبا العائمة في القوارير ، لكن يوليا أرتيمينكو ، دكتوراه ، زميلة سابقة لما بعد الدكتوراه في مختبر Devreotes ، أرادت لمشاهدة العملية في الخلايا التي تلتصق بسطح ما ، كما هو الحال في بيئتها الطبيعية. بالنسبة للدراسة الجديدة ، وضعت بعض الكائنات الحية في طبقين وانتظرت أن تلتصق بالسطح. ثم أضافت تلميحًا كيميائيًا ، cAMP ، إلى أحد الطبق وهزّته برفق لتوزيع الإشارة على الآخر ، ولم تضف شيئًا لكنها ما زالت تهزّه كعنصر تحكم.

وذكرت أن استجابة الخلايا في كلا الطبقين كانت متطابقة لدهشتها. بعد استبعاد الأخطاء المحتملة ، بدأ الفريق في الشك في أن الخلايا الموجودة في طبق التحكم تتفاعل مع التدفق الميكانيكي للسائل - يسمى إجهاد القص - بنفس الطريقة التي تستجيب بها عادةً للإشارة الكيميائية.

للتحقق من هذه الفرضية ، عرّض الباحثون الخلايا لضغط القص في غرفة خاصة وبحثوا عن استجابات الانجذاب الكيميائي النموذجية. على وجه التحديد ، قاموا بتحليل الخصائص المتغيرة لستة بروتينات داخل الخلايا باستخدام مجهر ووجدوا أنهم اتبعوا أنماط توطين مكافئة لتلك الخاصة بالخلايا التي تستجيب للإشارات الكيميائية. بعد ذلك ، قاموا بتقييم كيميائي حيوي لأنشطة أربعة بروتينات أخرى معروف أنها نشطة أثناء الانجذاب الكيميائي وحصلوا على نفس النتيجة.

يقول Devreotes ، مدير قسم بيولوجيا الخلية في كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز: "تمتلك الخلايا حوالي 30 استجابة مختلفة للإشارات الكيميائية ، وقد اختبرنا أكثر من ثلثها". "بدا كل واحد وكأنه استجابة لتلميح كيميائي ولكنه في الواقع كان استجابة لإشارة ميكانيكية - في هذه الحالة ، إجهاد القص."

السمة المميزة الأخرى للاستجابة الخلوية للإشارات الكيميائية هي أن حساسيتها تتكرر في دورة: يجب أن تصل الإشارات إلى مستوى معين قبل أن يستجيب النظام ، ثم يستجيب بأقصى حد له ، ثم يدخل فترة غير مستجيبة قبل أن يتمكن من الاستجابة مرة أخرى. يقول ديفريوتس إنه عندما تعرضت لضغط القص ، أظهرت الخلايا نفس السلوك. ليس هذا فقط ، إذا تم إعطاؤهم تلميحًا ميكانيكيًا ، فلن يستجيبوا للإشارات الكيميائية حتى انتهاء فترة عدم الاستجابة.

ومن بين مؤلفي التقرير الآخرين لوكاس أكسيوتاكيس جونيور وجين بورليس وبابلو إغليسياس من جامعة جونز هوبكنز.

تم دعم هذا العمل من خلال منح من المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (R35 GM118177).


أين تذهب الخلايا: تتعاون الإشارات الميكانيكية والكيميائية لتوجيهها

تستجيب الخلايا الحية للإشارات البيوكيميائية من خلال التحرك نحو تلك الموجودة في تركيز أعلى ، وهي عملية رسمها علماء الأحياء بعناية على مدى العقود العديدة الماضية. لكن الخلايا تتحرك أيضًا استجابةً للقوى الميكانيكية ، مثل الاصطدام بأشياء أخرى - على الرغم من أن تفاصيل هذا الإجراء لم تُفهم جيدًا. الآن ، نتائج دراسة جديدة نشرت في 7 نوفمبر في المجلة PNAS، يكشف أن الخلايا تستخدم نفس شبكة الجزيئات للتفاعل مع كل من الإشارات الكيميائية والميكانيكية ، مما يسمح لها بدمج الإشارات المتضاربة المحتملة في مسار موحد.

نظرًا لأن حركة الخلايا أمر بالغ الأهمية أثناء التطور الجنيني ، ونقائل الورم ، والتئام الجروح ، واستجابة الخلايا المناعية للبكتيريا والفيروسات ، فإن النتائج تقرب العلماء خطوة واحدة إلى فهم هذه العمليات البيولوجية ، كما يقول الباحثون.

"في الحياة الواقعية ، لا تحدث الإشارات الكيميائية بمعزل عن غيرها" ، كما يقول بيتر ديفريوتس ، دكتوراه ، أستاذ إسحاق موريس ولوسيل إليزابيث هاي لعلم الأجنة بجامعة جونز هوبكنز. "تساعد تجاربنا في شرح كيف يمكنهم تلقي إشارات اتجاهية من مصادر متعددة ودمجها لتوجيه حركتهم."

اعتمد فريق بحث Devreotes على دراساته السابقة لحركة الخلايا استجابة للإشارات الكيميائية ، وهي عملية تسمى الانجذاب الكيميائي. من خلال العمل مع amoeba Dictyostelium discoideum أحادي الخلية ، والذي يستخدم إسقاطات تشبه الأصابع للتنقل ، قام الفريق في الغالب بفحص تصرفات الأميبا العائمة في القوارير ، لكن يوليا أرتيمينكو ، دكتوراه ، زميلة سابقة لما بعد الدكتوراه في مختبر Devreotes ، أرادت لمشاهدة العملية في الخلايا التي تلتصق بسطح ما ، كما هو الحال في بيئتها الطبيعية. بالنسبة للدراسة الجديدة ، وضعت بعض الكائنات الحية في طبقين وانتظرت أن تلتصق بالسطح. ثم أضافت تلميحًا كيميائيًا ، cAMP ، إلى أحد الأطباق وهزّته برفق لتوزيع الإشارة على الآخر ، ولم تضف شيئًا ، لكنها ما زالت تهزّه كعنصر تحكم.

وذكرت أن استجابة الخلايا في كلا الطبقين كانت متطابقة لدهشتها. بعد استبعاد الأخطاء المحتملة ، بدأ الفريق في الشك في أن الخلايا الموجودة في طبق التحكم تتفاعل مع التدفق الميكانيكي للسائل - يسمى إجهاد القص - بنفس الطريقة التي تستجيب بها عادةً للإشارة الكيميائية.

للتحقق من هذه الفرضية ، عرّض الباحثون الخلايا لضغط القص في غرفة خاصة وبحثوا عن استجابات الانجذاب الكيميائي النموذجية. على وجه التحديد ، قاموا بتحليل الخصائص المتغيرة لستة بروتينات داخل الخلايا باستخدام مجهر ووجدوا أنهم اتبعوا أنماط توطين مكافئة لتلك الخاصة بالخلايا التي تستجيب للإشارات الكيميائية. بعد ذلك ، قاموا بتقييم كيميائي حيوي لأنشطة أربعة بروتينات أخرى معروف أنها نشطة أثناء الانجذاب الكيميائي وحصلوا على نفس النتيجة.

يقول Devreotes ، مدير قسم بيولوجيا الخلية في كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز: "تمتلك الخلايا حوالي 30 استجابة مختلفة للإشارات الكيميائية ، وقد اختبرنا أكثر من ثلثها". "كل واحدة بدت وكأنها استجابة لإشارة كيميائية ولكنها كانت في الواقع استجابة لإشارة ميكانيكية - في هذه الحالة ، إجهاد القص."

السمة المميزة الأخرى للاستجابة الخلوية للإشارات الكيميائية هي أن حساسيتها تتكرر في دورة: يجب أن تصل الإشارات إلى مستوى معين قبل أن يستجيب النظام ، ثم يستجيب بأقصى حد له ، ثم يدخل فترة غير مستجيبة قبل أن يتمكن من الاستجابة مرة أخرى. يقول ديفريوتس إنه عندما تعرضت لإجهاد القص ، أظهرت الخلايا نفس السلوك. ليس هذا فقط ، إذا تم إعطاؤهم تلميحًا ميكانيكيًا ، فلن يستجيبوا للإشارات الكيميائية حتى انتهاء فترة عدم الاستجابة.

ومن بين مؤلفي التقرير الآخرين لوكاس أكسيوتاكيس جونيور وجين بورليس وبابلو إغليسياس من جامعة جونز هوبكنز.

تم دعم هذا العمل من خلال منح من المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (R35 GM118177).

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


يكتشف الباحثون أن الإشارة الميكانيكية هي أصل قرار موت الخلية

يحدد عدم الاستقرار الهيدروليكي حجم الخلايا الجرثومية والبالونات. اليسار: صورة بالونين متصلين من خلال أنبوب مركزي ، أي هواء جديد يمر عبر الأنبوب الأبيض سوف يضخم البالون الأحمر بدلاً من الأزرق. إلى اليمين: صورة قرص غزل متحد البؤر للخلايا الجرثومية المترابطة من C. elegans. الأكتين القشري [& hellip]

في العديد من الأنواع بما في ذلك البشر ، غالبًا ما تكون الخلايا المسؤولة عن التكاثر ، والخلايا الجرثومية ، مترابطة بشكل كبير وتتشارك في السيتوبلازم. في الديدان الخنثية الخنثوية Caenorhabditis elegans ، ترتبط ما يصل إلى 500 خلية جرثومية ببعضها البعض في الغدد التناسلية ، وهي الأنسجة التي تنتج البويضات والحيوانات المنوية. يتم ترتيب هذه الخلايا حول السيتوبلازم المركزي & # 8220corridor & # 8221 وتبادل المواد السيتوبلازمية التي تعزز نمو الخلايا ، وتنتج في النهاية بويضات جاهزة للتخصيب.

في دراسات سابقة ، وجد الباحثون أن مناسل C. elegans تولد خلايا جرثومية أكثر من اللازم وأن نصفها فقط ينمو ليصبح بويضات ، بينما يتقلص الباقي ويموت بسبب موت الخلايا المبرمج الفسيولوجي ، وهو موت خلوي مبرمج يحدث في الكائنات متعددة الخلايا. الآن ، علماء من مركز التكنولوجيا الحيوية في TU Dresden (BIOTEC) ، ومعهد Max Planck لبيولوجيا الخلايا الجزيئية وعلم الوراثة (MPI-CBG) ، ومجموعة التميز في فيزياء الحياة (PoL) في TU Dresden ، معهد ماكس بلانك بالنسبة لفيزياء الأنظمة المعقدة (MPI-PKS) ، وجد معهد فلاتيرون في نيويورك وجامعة كاليفورنيا في بيركلي دليلاً للإجابة على سؤال ما الذي يحفز قرار مصير الخلية بين الحياة والموت في السلالة الجرثومية.

كشفت الدراسات السابقة عن الأساس الجيني والإشارات الكيميائية الحيوية التي تؤدي إلى موت الخلايا الفسيولوجية ، لكن الآليات التي تحدد وتبدأ موت الخلايا المبرمج في الخلايا الجرثومية الفردية ظلت غير واضحة. عندما تنضج الخلايا الجرثومية على طول الغدد التناسلية للديدان الخيطية ، فإنها تنمو بشكل جماعي في الحجم والحجم بشكل متجانس. في الدراسة المنشورة للتو في فيزياء الطبيعة، أظهر العلماء أن هذا النمو المتجانس يتحول فجأة إلى نمو غير متجانس حيث تصبح بعض الخلايا أكبر وتصبح بعض الخلايا أصغر.

يوضح الباحث نيكولاس شارتييه في مجموعة ستيفان جريل ، والمؤلف الأول المشارك للدراسة ، & # 8220 من خلال التحليل الدقيق لأحجام الخلايا الجرثومية وتدفق المواد السيتوبلازمية في الديدان الحية ومن خلال تطوير النمذجة النظرية ، حددنا عدم استقرار هيدروليكي يضخم الاختلافات الصغيرة الأولية العشوائية في الحجم ، مما يؤدي إلى زيادة حجم بعض الخلايا الجرثومية على حساب الخلايا الأخرى التي تتقلص. إنها ظاهرة يمكن مقارنتها بعدم الاستقرار ثنائي البالون ، المعروف لدى الفيزيائيين. ينشأ عدم الاستقرار هذا عندما يتم النفخ في بالونين مطاطيين في وقت واحد في محاولة لتضخيمهما. فقط البالون الأكبر سينفخ لأن ضغطه الداخلي أقل من البالون الأصغر ، وبالتالي يسهل النفخ. & # 8221

هذا هو ما يلعب في اختيار الخلايا الجرثومية: تميل هذه الاختلافات في الضغط إلى زعزعة استقرار التكوين المتماثل بأحجام متساوية من الخلايا الجرثومية ، ما يسمى بعدم الاستقرار الهيدروليكي ، مما يؤدي إلى نمو خلية جرثومية أكبر على حساب الخلية الأصغر . من خلال تقليل حجم الخلايا الجرثومية بشكل مصطنع عن طريق الضخ الحراري (طريقة FLUCS: التدفق السيتوبلازمي الناجم عن الضوء المركّز) ، أظهر الفريق أن تقليل أحجام الخلايا يؤدي إلى قذفها وموتها ، مما يشير إلى أنه بمجرد أن تصبح الخلية أقل من الحجم الحرج ، يحدث موت الخلايا المبرمج وتموت الخلية.

باستخدام التصوير المتحد البؤر ، يمكن للباحثين تصوير الكائن الحي الكامل للدودة الحية لتلقي صورة شاملة ودقيقة لأحجام جميع خلايا الغدد التناسلية ، وكذلك تبادل السوائل بين الخلايا. يضيف ستيفان جريل ، المتحدث باسم مجموعة التميز في فيزياء الحياة (PoL) والمشرف على العمل متعدد التخصصات ، هذه النتائج مثيرة للغاية لأنها تكشف أن قرار الحياة والموت في الخلايا له طبيعة ميكانيكية ويتعلق بـ الأنسجة الهيدروليكية. يساعد على فهم كيف يختار الكائن الحي تلقائيًا الخلية التي ستصبح بيضة. علاوة على ذلك ، تعد الدراسة مثالًا آخر على التعاون الممتاز بين علماء الأحياء والفيزيائيين والرياضيين في دريسدن. & # 8221

الاقتباس:
يكتشف الباحثون أن سببًا ميكانيكيًا هو أصل قرار موت الخلية (2021 ، 31 مايو)
تم الاسترجاع 31 مايو 2021
من https://phys.org/news/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل عادل لغرض الدراسة أو البحث الخاص ، لا
قد يتم إعادة إنتاج الجزء دون إذن كتابي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.


محتويات

تحرير الخلايا الليفية

تعتبر الخلايا الليفية الجلدية حيوية في التطور وإصلاح الجروح وتتأثر بالإشارات الميكانيكية مثل التوتر والضغط وضغط القص. تصنع الخلايا الليفية البروتينات الهيكلية ، وبعضها حساس ميكانيكيًا ويشكل جزءًا لا يتجزأ من المصفوفة خارج الخلية (ECM). أنواع الكولاجين g I ، III ، IV ، V VI ، elastin ، lamin إلخ. بالإضافة إلى البروتينات الهيكلية ، تصنع الخلايا الليفية الورم - النخر - عامل ألفا (TNF-α) ، عامل النمو المحول بيتا (TGF-β ) و metalloproteases المصفوفة التي تلعب في الأنسجة في صيانة الأنسجة وإعادة تشكيلها. [3]

تحرير الخلايا الغضروفية

الغضروف المفصلي هو النسيج الضام الذي يحمي عظام المفاصل الحاملة مثل الركبة والكتف من خلال توفير سطح مشحم. يتشوه استجابةً للحمل الضاغط ، وبالتالي يقلل الضغط على العظام. [4] ترجع هذه الاستجابة الميكانيكية للغضروف المفصلي إلى طبيعته ثنائية الطور لاحتوائه على كل من المراحل الصلبة والسائلة. تتكون المرحلة السائلة من الماء - الذي يساهم بنسبة 80٪ من الوزن الرطب - وأيونات غير عضوية هـ. ز أيون الصوديوم وأيون الكالسيوم وأيون البوتاسيوم. تتكون المرحلة الصلبة من ECM مسامي. يتفاعل البروتيوغليكان والسوائل الخلالية لإعطاء قوة ضاغطة للغضروف من خلال قوى التنافر الكهروستاتيكية السلبية. ينتج عن اختلاف تركيز الأيونات بين تكوين الأيونات خارج الخلية وداخل الخلايا للخلايا الغضروفية ضغط هيدروستاتيكي. [5] أثناء التطوير ، تحدد البيئة الميكانيكية للمفصل سطح وطوبولوجيا المفصل. [6] في البالغين ، يكون التحميل الميكانيكي المعتدل مطلوبًا للحفاظ على تثبيت الغضروف في المفصل مما يؤدي إلى فقدان البروتيوغليكان وضمور الغضروف بينما يؤدي التحميل الميكانيكي الزائد إلى انحلال المفصل. [7]

تستجيب النواة أيضًا للإشارات الميكانيكية التي يتم نقلها من المصفوفة خارج الخلية من خلال الهيكل الخلوي بمساعدة البروتينات المرتبطة بالهيكل الخلوي والهيكل الخلوي (LINC) مثل KASH و SUN. [8] تتضمن أمثلة تأثير الاستجابات الميكانيكية في النواة ما يلي:

  • ينتج عن تحدي فرط التناضج تكاثف الكروموسوم وانتقاله وتنشيط ترنح الشعيرات المتصل و Rad3 المرتبط (ATR) إلى المنطقة المحيطية النووية بينما يؤدي التمدد الميكانيكي بسبب التحدي التناضحي الناقص والضغط إلى إعادة توطين وتنشيط cPLA2 إلى الغشاء النووي.
  • التوتر النووي العالي على Lamin A يعيق وصول الكينازات ، وبالتالي يمنع تدهورها وما إلى ذلك. [9]

يتكون الجنين من خلال التجميع الذاتي الذي تتمايز من خلاله الخلايا إلى أنسجة تؤدي وظائف متخصصة. كان يُعتقد سابقًا أن الإشارات الكيميائية فقط هي التي تعطي إشارات تتحكم في التغييرات الموجهة مكانيًا في نمو الخلايا والتمايز وتحويل المصير الذي يتوسط في الضوابط التكوينية. يعتمد هذا على قدرة الإشارات الكيميائية على إحداث استجابات كيميائية حيوية مثل نمذجة الأنسجة في الخلايا البعيدة. ومع ذلك ، فمن المعروف الآن أن القوى الميكانيكية المتولدة داخل الخلايا والأنسجة توفر إشارات تنظيمية. [10]

أثناء انقسام البويضة المخصبة ، تتجمع الخلايا ويزداد الانضغاط بين الخلايا بمساعدة قوى جر الهيكل الخلوي المعتمدة على الأكتوميوسين وتطبيقها على المستقبلات اللاصقة في الخلايا المجاورة ، مما يؤدي إلى تكوين كرات صلبة تسمى Morula. [11] يتم التحكم في وضع المغزل داخل الخلايا المنقسمة بشكل متماثل وغير متماثل في الجنين المبكر بواسطة قوى ميكانيكية بوساطة الأنابيب الدقيقة ونظام الخيوط الدقيقة الأكتينية. [12] الاختلاف المحلي في القوى الفيزيائية والإشارات الميكانيكية مثل صلابة ECM تتحكم أيضًا في التعبير عن الجينات التي تؤدي إلى عملية التطور الجنيني للانفجار. يؤدي فقدان عامل النسخ الذي يتحكم فيه الصلابة Cdx إلى التعبير خارج الرحم لعلامات كتلة الخلية الداخلية في الأديم الظاهر ، وقد يتم التعبير عن عامل النسخ متعدد القدرات ، Oct-4 سلبًا ، مما يؤدي إلى تبديل النسب. يتم تنظيم تبديل مصير الخلية بواسطة مسار فرس النهر الحساس ميكانيكيًا [13]

تُظهر فعالية العديد من العلاجات الميكانيكية الموجودة بالفعل في الاستخدام السريري مدى أهمية القوى الفيزيائية في التحكم الفسيولوجي. عدة أمثلة توضح هذه النقطة. يعمل الفاعل بالسطح الرئوي على تعزيز نمو الرئة عند الأطفال الخدج ، حيث يقوم بتعديل أحجام المد والجزر لأجهزة التنفس الصناعي الميكانيكية ويقلل من المراضة والوفاة في المرضى الذين يعانون من إصابات الرئة الحادة. الدعامات القابلة للتمدد تمنع جسديًا انقباض الشريان التاجي. تعمل موسعات الأنسجة على زيادة مساحة الجلد المتاحة للجراحة الترميمية. [14] تُستخدم أجهزة تطبيق الشد الجراحي لشفاء كسور العظام وتقويم الأسنان وتوسيع الثدي التجميلي وإغلاق الجروح التي لا تلتئم. [ بحاجة لمصدر ]

قد تؤدي النظرة الثاقبة على الأساس الميكانيكي لتنظيم الأنسجة أيضًا إلى تطوير أجهزة طبية ومواد حيوية وأنسجة هندسية لإصلاح الأنسجة وإعادة بنائها. [15]

المساهمون المعروفون في النقل الميكانيكي الخلوي هم قائمة متنامية وتشمل القنوات الأيونية المنشطة بالتمدد ، والكافولاي ، والإنتيجرين ، والكاديرين ، ومستقبلات عامل النمو ، ومحركات الميوسين ، وخيوط الهيكل الخلوي ، والنواة ، والمصفوفة خارج الخلية ، والعديد من جزيئات الإشارة الأخرى. تساهم قوى الجر الناتجة عن الخلايا الذاتية أيضًا بشكل كبير في هذه الاستجابات من خلال تعديل الإجهاد المسبق الشد داخل الخلايا والأنسجة والأعضاء التي تتحكم في استقرارها الميكانيكي ، فضلاً عن نقل الإشارات الميكانيكية من النطاق الكبير إلى المقياس النانوي. [16] [17]


معلومات الكاتب

العنوان الحالي: مختبر الإشارات الأيضية ، معهد الهندسة الحيوية ، مدرسة البوليتكنيك الاتحادية في لوزان ، لوزان ، سويسرا

العنوان الحالي: Max-Delbrück-Centrum for Molecular Medicine in Hemholtz Association، Berlin، Germany

ساهم إليونورا إنغالينا وجيوفاني سورينتينو بالتساوي في هذا العمل.

الانتماءات

Laboratorio Nazionale CIB، Area Science Park Padriciano، Trieste، Italy

إليونورا إنغالينا ، وجيوفاني سورينتينو ، وريبيكا بيرتوليو ، وكاميل ليسيك ، وأليساندرو زانيني ، وفياما مانتوفاني ، وأمبير جيانينو ديل سال

Dipartimento di Scienze della Vita، Università degli Studi di Trieste، Trieste، Italy

ريبيكا بيرتوليو ، أليساندرو زانيني ، لويزا أولوا سيفيرينو ، دينيس سكيني ، فياما مانتوفاني وأمبير جيانينو ديل سال

قسم الطب الجزيئي ، كلية الطب ، جامعة بادوفا ، بادوفا ، إيطاليا

لوكا أزولين وأمبير ستيفانو بيكولو

مختبر ابتكار النانو في Elettra-Sincrotrone Trieste، Basovizza، Trieste، Italy

لويزا أولوا سيفيرينو وأمبير دينيس سايني

مركز علم الأعصاب وبيولوجيا الخلية ، جامعة كويمبرا ، كويمبرا ، البرتغال

المركز الدولي للهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية ، تريستا ، إيطاليا

معهد فينيتو للأورام IOV-IRCCS ، بادوفا ، إيطاليا

قسم علوم الحياة ، جامعة مودينا وريجيو إميليا ، مودينا ، إيطاليا

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

مساهمات

E.I. ، GS ، K.L. ، R.B. ، A.Z. وأجرى لوس أنجلوس التجارب. أ. إجراء تجارب على الفأر. مم. إجراء فحص عالي المحتوى. س. إجراء تحليل المعلومات الحيوية. D.S. و L.U.S. إجراء تجارب AFM. جي إس ، إي. و ج. تجارب مصممة. GS و F.M. و S.P. و G.DS. كتب المخطوطة.

المؤلف المراسل


التلميح الميكانيكي هو أصل خسارة الخلية في اختيار الحياة

في كثير من الأنواع مع البشر ، تكون الخلايا المسؤولة عن النسخ المتماثلة ، الخلايا الجرثومية ، في بعض الأحيان مترابطة للغاية وتتشارك في السيتوبلازم. داخل الديدان الخنثوية التهاب المثانة ايليجانس، ما يصل إلى 500 خلية جرثومية مرتبطة ببعضها البعض داخل الغدد التناسلية ، الأنسجة التي تنتج البويضات والحيوانات المنوية. يتم تنظيم هذه الخلايا حول "قاعة" حشوية مركزية وتغيير المواد السيتوبلازمية التي تعزز تقدم الخلايا ، وتنتج في النهاية بويضات قابلة للتخصيب.

في بحث سابق ، اكتشف الباحثون ذلك C. ايليجانس تولد الغدد التناسلية خلايا جرثومية إضافية أكثر مما هو مطلوب ، ويتطور نصفها فقط ليتحول إلى بويضات ، بينما يتقلص الباقي ويموت بسبب موت الخلايا المبرمج الفسيولوجي ، وهو فقدان الخلية المبرمج للحياة الذي يحدث في الكائنات متعددة الخلايا. الآن ، علماء من وسط التكنولوجيا الحيوية في TU Dresden (BIOTEC) ، ومعهد Max Planck لبيولوجيا الخلايا الجزيئية وعلم الوراثة (MPI-CBG) ، ومجموعة التميز في فيزياء الحياة (PoL) في TU Dresden ، ومعهد ماكس بلانك بالنسبة لفيزياء التقنيات المعقدة (MPI-PKS) ، اكتشف معهد فلاتيرون في نيويورك وكلية كاليفورنيا في بيركلي دليلاً للرد على التساؤل حول سبب اختيار مصير الخلية هذا بين الحياة وفقدان الأرواح داخل السلالة الجرثومية.

يحدد عدم الاستقرار الهيدروليكي أحجام الخلايا الجرثومية والبالونات إلى اليسار: صورة لبالونين مرتبطين عبر أنبوب مركزي ، أي هواء جديد قادم عبر الأنبوب الأبيض سوف يضخم البالون القرمزي قليلاً عن البالون الأزرق. الملائمة: صورة قرص غزل متحد البؤر للخلايا الجرثومية المترابطة من C. ايليجانس. يتم تمييز الأكتين القشري الذي يعرض قشرة الخلية باللون الأرجواني والميوسين ، ويحدد فتحات الخلايا الجرثومية التي من خلالها تغير كل خلية المواد السيتوبلازمية ، ويصنف في عديم الخبرة. درجة الائتمان: TU Dresden

كشفت الأبحاث السابقة عن الأساس الجيني والمؤشرات الكيميائية الحيوية التي تؤدي إلى فقدان الخلايا الفسيولوجية للحياة ، لكن الآليات التي تختار وتسبب موت الخلايا المبرمج في الخلايا الجرثومية لدى شخص معين ظلت غير واضحة. عندما تنضج الخلايا الجرثومية جنبًا إلى جنب مع الغدد التناسلية للديدان الخيطية ، فإنها تتطور بشكل جماعي أولاً في الحجم والكمية بشكل متجانس. ضمن البحث المطبوع ببساطة في Nature Physics ، يقدم العلماء أن هذا التقدم المتجانس كل التحولات المفاجئة إلى تقدم غير متجانس حيث تتحول بعض الخلايا إلى أكبر وتتحول بعض الخلايا إلى أصغر.

يوضح الباحث نيكولاس شارتييه ضمن مجموعة ستيفان جريل ، والمنشئ المشارك الأول للبحث: "بالتحليل الدقيق لأحجام الخلايا الجرثومية والمواد السيتوبلازمية التي تتدفق في الديدان المقيمة ومن خلال إنشاء النمذجة النظرية ، أدركنا الآن عدم الاستقرار الهيدروليكي الذي يضخم الاختلافات الكمية العشوائية الأولية الصغيرة ، مما يؤدي إلى تمدد بعض الخلايا الجرثومية بكميات على حساب الخلايا الأخرى التي تتقلص. إنها ظاهرة قد تكون بالمقارنة مع عدم الاستقرار ثنائي البالون ، المعروف لدى الفيزيائيين. ينشأ عدم الاستقرار هذا عندما تنفخ في نفس الوقت في بالونين مطاطيين في محاولة لتضخيم كل منهما. فقط البالون الأكبر سوف ينتفخ ، ونتيجة لذلك ينخفض ​​الضغط الداخلي عن البالون الأصغر ، ويرجع هذا إلى حقيقة أنه من الأسهل تضخيم البالون ".

هذا هو ما تلعبه & # 8217s في اختيار الخلايا الجرثومية: من المرجح أن تؤدي اختلافات الإجهاد هذه إلى زعزعة استقرار التكوين المتماثل بأحجام خلايا جرثومية متساوية ، ما يسمى عدم الاستقرار الهيدروليكي ، مما يؤدي إلى توسع الخلية الجرثومية الأكبر على حساب أصغر. من خلال خفض أحجام الخلايا الجرثومية بشكل مصطنع عن طريق الضخ الحراري (منهجية FLUCS: التدفق السيتوبلازمي الناجم عن الضوء المركّز) ، أثبتت القوى العاملة أن التخفيض في أحجام الخلايا يؤدي إلى قذفها وفقدان الخلية للحياة ، مما يشير إلى أنه عندما تكون الخلية تحت بعدا أساسيا ، يحدث موت الخلايا المبرمج وتموت الخلية.

من خلال استخدام التصوير البؤري ، يمكن للباحثين تصوير الكائن الحي الكامل للدودة المقيمة للحصول على صورة عالمية ودقيقة لأحجام جميع خلايا الغدد التناسلية ، بالإضافة إلى تغيير السوائل بين الخلايا. يقدم ستيفان جريل ، المتحدث باسم مجموعة فيزياء الحياة المتميزة (PoL) والمشرف على العمل متعدد التخصصات ، "هذه النتائج مثيرة للغاية لأنها تكشف أن الحياة وخسارة الحياة داخل الخلايا ذات طبيعة ميكانيكية والمرتبطة بمكونات الأنسجة. من المفيد معرفة كيف يختار الكائن الحي تلقائيًا خلية قد تتحول إلى بيضة. علاوة على ذلك ، فإن البحث هو مثال آخر على التعاون الرائع بين علماء الأحياء والفيزيائيين والرياضيين في دريسدن ".

المرجع: "يؤدي عدم الاستقرار الهيدروليكي إلى فقدان الخلية لخيار الحياة داخل السلالة الجرثومية للديدان الخيطية" بقلم نيكولاس ت.شارتيير ، أرغياديب موخيرجي ، جوليا بفانزلتر ، سيباستيان فورثوير ، بن تي لارسون ، أناتول دبليو فريتش ، رانا أميني ، موريتز كريسينج ، فرانك جوليشر وستيفان دبليو جريل ، 20 مايو 2021 ، فيزياء الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01235-x


كشف الباحثون الإشارة الميكانيكية هي أصل تحديد فقدان الخلية للحياة

في كثير من الأنواع مع البشر ، تكون الخلايا المسؤولة عن النسخ ، الخلايا الجرثومية ، في بعض الأحيان مترابطة للغاية وتتشارك في السيتوبلازم. داخل النيماتودا الخنثوية Caenorhabditis elegans ، ترتبط ما يصل إلى 500 خلية جرثومية ببعضها البعض داخل الغدد التناسلية ، وهي الأنسجة التي تنتج البويضات والحيوانات المنوية. يتم تنظيم هذه الخلايا حول السيتوبلازم المركزي & # 8220hall & # 8221 وتغيير المواد السيتوبلازمية التي تعزز تقدم الخلايا ، وفي النهاية تنتج البويضات القابلة للتخصيب.

في بحث سابق ، اكتشف الباحثون أن مناسل C. elegans تولد خلايا جرثومية إضافية أكثر مما هو مرغوب وأن نصفها فقط يتطور إلى بويضات ، بينما يتقلص الباقي ويموت بسبب موت الخلايا المبرمج الفسيولوجي ، وهو فقدان خلايا مبرمج للحياة يحدث في الخلايا متعددة الخلايا. الكائنات الحية. الآن ، علماء من Biotechnology Middle of the TU Dresden (BIOTEC) ، ومعهد Max Planck لبيولوجيا الخلايا الجزيئية وعلم الوراثة (MPI-CBG) ، ومجموعة التميز في فيزياء الحياة (PoL) في TU Dresden ، ومعهد ماكس بلانك بالنسبة لفيزياء الطرق المعقدة (MPI-PKS) ، اكتشف معهد فلاتيرون ، نيويورك ، وكلية كاليفورنيا ، بيركلي ، دليلًا للرد على السؤال حول ما يحفز تحديد مصير هذه الخلية بين الحياة وفقدان الأرواح داخل السلالة الجرثومية.

كشفت الأبحاث السابقة عن الأساس الجيني والمؤشرات الكيميائية الحيوية التي تؤدي إلى فقدان الخلايا الفسيولوجية للحياة ، لكن الآليات التي تختار وتسبب موت الخلايا المبرمج في الخلايا الجرثومية لدى شخص معين ظلت غير واضحة. عندما تنضج الخلايا الجرثومية جنبًا إلى جنب مع الغدد التناسلية للديدان الخيطية ، فإنها أولاً تتطور بشكل جماعي في القياس والكمية بشكل متجانس. داخل الامتحان طبع ببساطة في فيزياء الطبيعة، أظهر العلماء أن هذا التقدم المتجانس من التحولات الزرقاء إلى تقدم غير متجانس حيث تتطور بعض الخلايا إلى أكبر وتتطور بعض الخلايا إلى أصغر.

يشرح الباحث نيكولاس شارتييه ضمن مجموعة ستيفان جريل ، والمؤلف المشارك الأول للفحص ، & # 8220 من خلال التحليل الدقيق لأحجام الخلايا الجرثومية وتدفق المواد السيتوبلازمية في الديدان المسكونة ومن خلال النمذجة النظرية المتزايدة ، لقد أدركنا الآن عدم الاستقرار الهيدروليكي تضخم الاختلافات الكمية العشوائية الأولية الصغيرة ، مما يؤدي إلى تمدد بعض الخلايا الجرثومية في الكمية على حساب الخلايا الأخرى التي تتقلص. إنها ظاهرة قد تكون بالمقارنة مع عدم الاستقرار ثنائي البالون ، المعروف لدى الفيزيائيين. ينشأ عدم الاستقرار هذا عندما تنفخ في نفس الوقت في بالونين مطاطيين في محاولة لتضخيم كل منهما. فقط البالون الأكبر سوف ينتفخ ، ونتيجة لذلك يكون الضغط الداخلي أقل من البالون الأصغر ، وبالتالي يكون النفخ أسهل. & # 8221

هذا هو ما تلعبه & # 8217s في اختيار الخلايا الجرثومية: من المرجح أن تؤدي هذه الاختلافات في الإجهاد إلى زعزعة استقرار التكوين المتماثل بأحجام خلايا جرثومية متساوية ، ما يسمى عدم الاستقرار الهيدروليكي ، مما يؤدي إلى توسع الخلية الجرثومية الأكبر على حساب أصغر. من خلال تقليل أحجام الخلايا الجرثومية بشكل مصطنع عن طريق الضخ الحراري (منهجية FLUCS: التدفق السيتوبلازمي الناجم عن الضوء المركزي) ، أظهر الموظفون أن التخفيض في أحجام الخلايا يؤدي إلى قذفها وفقدان الخلية للحياة ، مما يشير إلى أنه بعد الخلية تكون تحتها قياس حيوي ، يحدث موت الخلايا المبرمج وتموت الخلية.

من خلال استخدام التصوير المتحد البؤر ، يمكن للباحثين تصوير الكائن الحي الكلي للديدان المسكن للحصول على صورة عالمية ودقيقة لأحجام جميع خلايا الغدد التناسلية ، بالإضافة إلى تغيير السوائل بين الخلايا. يقدم ستيفان جريل ، المتحدث باسم مجموعة التميز في فيزياء الحياة (PoL) والمشرف على العمل متعدد التخصصات ، هذه النتائج مثيرة للغاية لأنها تكشف أن تحديد الحياة وفقدان الحياة داخل الخلايا هو من الطبيعة الميكانيكية والمرتبطة بهيدروليكا الأنسجة. إنه يساعد على فهم كيفية اختيار الكائن الحي تلقائيًا لخلية قد تتطور إلى بيضة. علاوة على ذلك ، فإن الدراسة هي مثال آخر على التعاون الرائع بين علماء الأحياء والفيزيائيين والرياضيين في دريسدن. & # 8221

يرتبط نمو الحيوانات المنوية بمعظم سرطانات الخصية

اقتباس:
كشف الباحثون الإشارة الميكانيكية إلى أصل تحديد فقدان الخلية للحياة (2021 ، 31 قد)
تم الاسترجاع 31 مايو 2021
من https://phys.org/information/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

هذا المستند هو موضوع حقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل صادق بهدف الفحص أو التحليل الشخصي ، لا
يمكن أيضًا إعادة إنتاج نصفها بدون إذن كتابي. يتم توفير مواد المحتوى لوظائف البيانات فقط.


الخصائص المزعجة لملوثات الهواء الخطرة

Jeffrey W. Bradstreet , in Hazardous Air Pollutants , 1995

10.3.1 Odor Measurement Techniques

Odor is a sensation, i.e., a conscious reaction to a chemical stimulus of our olfactory system. There are four sensory properties of odor response. These are odor detectability, intensity, character and hedonic tone (pleasantness and unpleasantness). The sensory property most commonly measured is detectability, i.e., dilution of the odorous air with odor-free air until either the detection or recognition thresholds are reached. The detection threshold is that point where an individual or panel (6-8 people) can discriminate the odorous sample from odor-free air and continue to do so as concentrations are increased, fifty percent (50%) of the time. The recognition threshold is that point where a panelist familiar with the odor character could recognize the odor fifty percent (50%) of the time. The recognition threshold odorant concentration generally exceeds the detection threshold by a factor of 1.5 to 10.

There are many techniques used to measure detectability or dilution-to- threshold ratio. All of them involve diluting the odorous sample with odor-free air in known ratios. The diluted samples are presented to the odor judges or panelists in an ascending order, i.e., most dilute first, to prevent olfactory fatigue or memory effects.

Perceived odor intensity is usually established by comparison to the standard reference odorant, 1-butanol. Standard dilutions of butanol concentrations are prepared and presented to the panelists. Other odors can then be compared to butanol to determine an intensity number.

Odor emissions are traditionally established by measuring the detectability 4 of flue gas under known, ideally worst-case, conditions. The product of odor detectability, expressed as odor dilution ratio (ED50), times volume flow of the flue gas equals the odor emission rate. This term is an emission value that can be used in a manner similar to ambient air quality modeling to determine community impact.

Measurement of the odor emission rate is a recommended task in determining the amount of control required. Knowledge of emission rates allows for an informed judgement of which sources are contributing to ambient impacts.

The characteristics of plume dispersion may vary from source to source depending upon height of release, exit velocity, atmospheric conditions, exit temperature and other release point configurations. Applying control based upon a relative ranking of odor emission alone, therefore, can lead to ineffective odor control, i.e., overcontrolling some sources and undercontrolling others. A cost-effective determination of odor control should therefore include a modeling analysis of the expected impact of the odor sources under various meteorology conditions.

Modeling of odorous impact requires consideration of shorter term exposure than that predicted with traditional ambient air quality modeling. Predicted impacts should be more consistent with human response to odors, i.e., minutes. Murray and Duffee 5 have developed an appropriate modeling technique for odor impact analysis. This modeling program calculates short-term (1-2 minutes) odorous impacts for categories of meteorology conditions. Such a modeling technique affords the opportunity to realistically predict odor impacts from defined sources for expected operating conditions and possible atmospheric conditions. This predictive analysis allows a determination of odor impact from contributing sources and thereby the extent of control needed.


Researchers discover that a mechanical cue is at the origin of cell death decision

Hydraulic instabilities dictate the volumes of germ cells and balloons. Left: Picture of two balloons connected through a central tube, any new air coming through the white pipe will inflate the red balloon rather than the blue one. Right: Spinning-disk confocal image of interconnected C. elegans germ cells. Cortical actin [&hellip]

In many species including humans, the cells responsible for reproduction, the germ cells, are often highly interconnected and share their cytoplasm. In the hermaphrodite nematode Caenorhabditis elegans, up to 500 germ cells are connected to each other in the gonad, the tissue that produces eggs and sperm. These cells are arranged around a central cytoplasmic “corridor” and exchange cytoplasmic material fostering cell growth, and ultimately produce oocytes ready to be fertilized.

In past studies, researchers have found that C. elegans gonads generate more germ cells than needed and that only half of them grow to become oocytes, while the rest shrink and die by physiological apoptosis, a programmed cell death that occurs in multicellular organisms. Now, scientists from the Biotechnology Center of the TU Dresden (BIOTEC), the Max Planck Institute of molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG), the Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) at the TU Dresden, the Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems (MPI-PKS), the Flatiron Institute, NY, and the University of California, Berkeley, have found evidence to answer the question of what triggers this cell fate decision between life and death in the germline.

Prior studies revealed the genetic basis and biochemical signals that drive physiological cell death, but the mechanisms that select and initiate apoptosis in individual germ cells remained unclear. As germ cells mature along the gonad of the nematode, they first collectively grow in size and in volume homogenously. In the study just published in Nature Physics, the scientists show that this homogenous growth suddenly shifts to a heterogenous growth where some cells become bigger and some cells become smaller.

The researcher Nicolas Chartier in the group of Stephan Grill, and co-first author of the study, explains, “By precisely analyzing germ cell volumes and cytoplasmic material fluxes in living worms and by developing theoretical modeling, we have identified a hydraulic instability that amplifies small initial random volume differences, which causes some germ cells to increase in volume at the expense of the others that shrink. It is a phenomenon, which can be compared to the two-balloon instability, well known of physicists. Such an instability arises when simultaneously blowing into two rubber balloons attempting to inflate them both. Only the larger balloon will inflate, because it has a lower internal pressure than the smaller one, and is therefore easier to inflate.”

This is what is at play in the selection of germ cells: such pressure differences tend to destabilize the symmetric configuration with equal germ cell volumes, so-called hydraulic instabilities, leading to the growth of the larger germ cell at the expense of the smaller one. By artificially reducing germ cell volumes via thermoviscous pumping (FLUCS method: Focused-light-induced cytoplasmic streaming), the team demonstrated that the reduction in cell volumes leads to their extrusion and cell death, indicating that once a cell is below a critical size, apoptosis is induced and the cell dies.

By using confocal imaging, the researchers could image the full organism of the living worm to receive a global and precise picture of the volumes of all the gonad cells, as well as the exchange of fluids between the cells. Stephan Grill, Speaker of the Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) and supervisor of the multidisciplinary work, adds, “These findings are very exciting because they reveal that the life and death decision in the cells is of mechanical nature and related to tissue hydraulics. It helps to understand how the organism auto-selects a cell that will become an egg. Furthermore, the study is another example of the excellent cooperation between biologists, physicists and mathematicians in Dresden.”

الاقتباس:
Researchers discover that a mechanical cue is at the origin of cell death decision (2021, May 31)
retrieved 31 May 2021
from https://phys.org/news/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

This document is subject to copyright. Apart from any fair dealing for the purpose of private study or research, no
part may be reproduced without the written permission. The content is provided for information purposes only.


شاهد الفيديو: فكر صديقو عم يمثل بس طلع ميت اذا تحركت بعد كلمه اشاره حمراء بتموت . مسلسل لعبة الحبار squid game (كانون الثاني 2022).