Haptotaxis (del griego ἅπτω (hapto, "tocar, sujetar") y τάξις (taxis, "disposición, orden")) es la motilidad direccional o excrecencia de las células, por ejemplo, en el caso de excrecencia axonal , generalmente hasta un gradiente de adhesión celular sitios o quimioatrayentes unidos al sustrato (el gradiente del quimioatrayente se expresa o se une a una superficie, en contraste con el modelo clásico de quimiotaxis , en el que el gradiente se desarrolla en un fluido soluble). Estos gradientes están presentes de forma natural en la matriz extracelular (MEC) del cuerpo durante procesos como la angiogénesis o están presentes artificialmente en biomateriales.donde los gradientes se establecen alterando la concentración de los sitios de adhesión sobre un sustrato de polímero . [1] [2]
Significación clínica
La haptotaxis juega un papel importante en la cicatrización eficaz de las heridas. [3] [4] Por ejemplo, cuando la integridad de la córnea se ve comprometida, las células epiteliales cubren rápidamente el área dañada por proliferación y migración (haptotaxis). En el estroma corneal , los queratocitos dentro del área herida sufren apoptosis , dejando el estroma desprovisto de células que deben ser reemplazadas. Los queratocitos que rodean el área herida proliferan y se convierten en fibroblastos que migran para llenar el área herida. Esto crea un ambiente saludable con miofibroblastos y matriz extracelular. Esto se conoce como retrodispersión ligera o neblina subepitelial. [3] Cuando hay una lesión en una célula epitelial , se produce heptotaxis, que está muy influenciada por la velocidad de la célula, que a su vez está influenciada por la dirección de la motilidad celular . Las células migran fácil y rápidamente en paquetes [ cita requerida ] , por lo que cuando una célula se mueve, el resto sigue en respuesta al gradiente y al movimiento inicial de la célula. Los efectos mecánicos como la acumulación de fuerzas de tracción pueden desempeñar un papel importante tanto para la división como para la motilidad de las células en el tejido. [5]
Métodos de estudio
Como se definió anteriormente, la haptotaxis es la motilidad de las células en un gradiente de moléculas unidas al sustrato. Existe una amplia variedad de procedimientos para configurar este gradiente in vitro para el estudio de la haptotaxis. Las dos categorías principales se pueden clasificar en continuas o digitales. [6] Ambos tipos son relativamente fáciles de producir, pero los gradientes digitales proporcionan cálculos de concentración más precisos. En general, los métodos que se utilizan actualmente se pueden mejorar para reflejar más el entorno in vivo , ya que la resolución de los gradientes no es tan nítida in vitro como in vivo . Además, los gradientes biológicos tienen la capacidad de cambiar la geometría, lo que los modelos actuales in vitro no pueden imitar. [6] Estos gradientes son útiles para comprender los conceptos básicos de la haptotaxis, pero debido a la naturaleza compleja y fluida de estos gradientes, es difícil determinar una comprensión más profunda de la condición in vivo .
Células tumorales y haptotaxis
Una característica de muchos cánceres es la capacidad de moverse por todo el cuerpo. Estas son células malignas y representan una seria amenaza para la salud de un individuo. Se ha indicado que la haptotaxis juega un papel en la capacidad de metástasis de las células malignas . Un factor que inicialmente se encontró que influía en la haptotaxis es el factor de propagación del suero, que está presente en el suero sanguíneo y los tejidos intersticiales. [7] Se demostró que la presencia del factor de propagación del suero influye en la migración dirigida a lo largo de un gradiente de moléculas de sustrato en algunos tipos de células cancerosas. [8] Otro componente importante en la haptotaxis de las células tumorales es MenaINV, que es una proteína reguladora de actina que se expresa cada vez más en las células tumorales. Esta proteína reguladora de actina se une a los receptores de fibronectina y ayuda en los procesos haptotácticos y quimiotácticos de las células tumorales. [9]
Patología
La haptotaxis juega un papel en varios tipos de enfermedades en las que el movimiento o la agregación de células causa los síntomas. Como se mencionó anteriormente, los cánceres que son metastásicos tienen la capacidad de realizar haptotaxis para diseminarse por todo el cuerpo. Esta capacidad no se limita a las células tumorales. La fibrosis pulmonar idiopática (FPI) es una enfermedad caracterizada por fibrosis en las células mesoteliales del pulmón . El TGF-β1 es una citocina que se encuentra en concentraciones más altas de pulmones de pacientes con FPI e induce la haptotaxis de las células mesoteliales pleurales. Al mismo tiempo, TGF-β1 hace que las células mesoteliales se conviertan en miofibroblastos , que contribuyen a los síntomas de la FPI. [10] El resultado es que se produce una agregación de miofibroblastos en los pulmones, lo que conduce a la fibrosis de las células mesoteliales. Durante la nefritis , VCAM-1 se expresa en niveles más altos en los túbulos de las nefronas, lo que conduce a una mayor migración de leucocitos a través del gradiente establecido por VCAM-1. [11] Es importante señalar que este aumento de expresión no se encontró en las células endoteliales capilares. Esta migración de leucocitos conduce a una inflamación y destrucción tisular característica de una respuesta inflamatoria .
Sistema inmune
El movimiento de las células es vital para la función del sistema inmunológico , y especialmente para las células presentadoras de antígenos. Las células dendríticas (una de las principales células presentadoras de antígeno en el sistema inmune), movimiento hacia los ganglios linfáticos después de fagocitar un antígeno con el fin de presentar el antígeno a las células T . Las quimiocinas influyen en estos movimientos, especialmente CCL21, que se une a las membranas de las células endoteliales linfáticas. La influencia es de corto alcance, pero provoca el movimiento de las células dendríticas en un gradiente químico fijo. [12] Otros leucocitos también exhiben movimiento haptotáctico: los neutrófilos experimentan una migración mediada por IL-8, mientras que los monocitos , basófilos , eosinófilos y algunas células T están influenciados por las quimiocinas RANTES. [11] En el trastorno autoinmunitario, la artritis reumatoide y la osteoartritis , se ha demostrado que la inflamación y la migración de neutrófilos asociados al sitio afectado están relacionadas con la citocina midkine unida a la membrana. Esta citoquina opera de forma haptotáctica, atrayendo neutrófilos locales al sitio de expresión. [13]
Desarrollo de tejidos
La haptotaxis juega un papel en la organización de las células para formar tejidos y regiones específicas de esos tejidos. Tanto la fibronectina como la laminina juegan un papel en la mutación de los adrenocitos en una distribución distintiva en la glándula suprarrenal. [14] Los adrenocitos migran de manera centrípeta a medida que maduran hacia la médula de la glándula suprarrenal., [15] y este movimiento puede ser el resultado de fuerzas haptotácticas mediadas por fibronectina y laminina. [14] En las células nerviosas, el crecimiento axonal está mediado por el factor de crecimiento nervioso de una manera haptotáctica, donde el axón de las células nerviosas crece a lo largo del gradiente. [16] Esta información podría usarse para posiblemente desarrollar métodos para promover la regeneración nerviosa en pacientes que tienen daño nervioso. Otra estrategia regenerativa es el uso de células madre mesenquimales , que pueden diferenciarse en diferentes tipos de tejido conectivo en el proceso de cicatrización de heridas. [17] La haptotaxis está mediada por fibronectina, vitronectina y colágeno tipo I. Un estudio reciente ha propuesto tentativamente la idea de que las estructuras de las células responsables de detectar los gradientes de proteínas de la membrana son filopodios atenuados . [18] Además, cuanta más cantidad de filopodios esté presente en el borde de ataque de la célula migratoria, más sensible será la célula al gradiente haptotáctico. Esto es importante porque existe la posibilidad de que todas las células móviles que presentan filopodios puedan estar respondiendo a gradientes haptotácticos. Se requiere más investigación en el tema, pero está claro que cada vez más tipos de células se someten a haptotaxis de lo que se creía originalmente.
Usos terapéuticos
La colocación de moléculas haptotácticas se beneficiaría más en situaciones en las que se requiere un mayor número de células para moverse a una ubicación deseada para ayudar al proceso de curación, ya sea directamente o por sus productos celulares. La introducción de péptidos haptotácticos puede ayudar a curar varias enfermedades como la diabetes mellitus , las deficiencias de hemofilia A y B y la enfermedad de Parkinson . Las moléculas haptoctásicas desempeñarían un papel en la curación al restringir otras células modificadas por bioingeniería que tienen la capacidad de producir los productos celulares necesarios en el área deseada del cuerpo donde se necesita la terapia. [19] Esta aplicación también se puede utilizar en la cicatrización de heridas, donde un mayor número de fibroblastos y queratinocitos ayudan en la re-granularización de la herida, disminuyendo así el tiempo total de cicatrización. [19] Con respecto a las prótesis , lograr que el dispositivo protésico se incorpore con éxito al tejido es un desafío. Cuando la superficie de la prótesis se recubre con materiales haptotácticos, se ayuda a la prótesis a formar enlaces covalentes con las células y se adhiere de forma segura a la capa de células. [20] Si bien la haptotaxis puede no estar ocurriendo en este proceso, demuestra la diversidad con la que se puede utilizar este conocimiento sobre la haptotaxis.
Ver también
- Quimiotaxis
- Durotaxis
- Mecanotaxis
- Plitotaxis
Referencias
- ^ McCarthy JB, Palm SL, Furcht LT (1983). "Migración por haptotaxis de una línea tumoral de células de Schwann a la laminina de glicoproteína de la membrana basal" . J Cell Biol . 97 (3): 772–7. doi : 10.1083 / jcb.97.3.772 . PMC 2112555 . PMID 6885918 .
- ^ Cattaruzza S; Perris R. (2005). "Control de proteoglicanos del movimiento celular durante la cicatrización de heridas y la propagación del cáncer". Matrix Biol . 24 (6): 400-17. doi : 10.1016 / j.matbio.2005.06.005 . PMID 16055321 .
- ^ a b Blanco-Mezquita, José; Hutcheon, Audrey EK; Zieske, James D. (28 de enero de 2013). "Papel de la trombospondina-1 en la reparación de heridas penetrantes de la córnea" . Oftalmología investigadora y ciencia visual . 54 (9): 6262–6268. doi : 10.1167 / iovs.13-11710 . PMC 3776713 . PMID 23963165 .
- ^ Basan, Markus; Elgeti, Jens; Hannezo, Edouardo; Rappel, Wouter-Jan; Levine, Herbert (9 de septiembre de 2012). "Alineación de las fuerzas de motilidad celular con el flujo de tejido como mecanismo para la cicatrización eficiente de heridas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 110 (PNAS 2013 110: 2452–2459): 2452–2459. doi : 10.1073 / pnas.1219937110 . PMC 3574962 . PMID 23345440 .
- ^ Basan, Markus; Elgeti, Jens; Hannezo, Edouardo; Rappel, Wouter-Jan; Levine, Herbert (9 de septiembre de 2012). "Alineación de las fuerzas de motilidad celular con el flujo de tejido como mecanismo para la cicatrización eficiente de heridas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 110 (PNAS 2013 110: 2452–2459): 2452–2459. doi : 10.1073 / pnas.1219937110 . PMC 3574962 . PMID 23345440 .
- ↑ a b [Ricoult, SG, Kennedy, TE y Juncker, D. (2015). Gradientes de proteínas unidas al sustrato para estudiar la haptotaxis. Fronteras en bioingeniería y biotecnología, 3]
- ^ Hayman, EG; Pierschbacher, MD; Ohgren, Y .; Ruoslahti, E. (1983). "El factor de propagación del suero (vitronectina) está presente en la superficie celular y en los tejidos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 80 (13): 4003–4007. Código Bibliográfico : 1983PNAS ... 80.4003H . doi : 10.1073 / pnas.80.13.4003 . PMC 394188 . PMID 6191326 .
- ^ Basara, ML; McCarthy, JB; Barnes, DW; Furcht, LT (1985). "Estimulación de la haptotaxis y migración de células tumorales por factor de propagación del suero". Investigación del cáncer . 45 (6): 2487–2494.
- ^ Oudin, MJ; Jonas, O .; Kosciuk, T .; Broye, LC; Wyckoff, J .; Miller, MA; et al. (2015). "Mena en el nexo de quimiotaxis y haptotaxis durante la progresión del tumor". Investigación del cáncer . 75 (Suplemento 15): 437. doi : 10.1158 / 1538-7445.am2015-437 .
- ^ Nasreen, N .; Mohammed, KA; Mubarak, KK; Baz, MA; Akindipe, OA; Fernandez-Bussy, S .; Antony, VB (2009). "Transformación de células mesoteliales pleurales en miofibroblastos y migración haptotáctica en respuesta a TGF-β1 in vitro" . Revista estadounidense de fisiología. Fisiología Celular y Molecular Pulmonar . 297 (1): L115 – L124. doi : 10.1152 / ajplung.90587.2008 . PMC 2711818 . PMID 19411308 .
- ↑ a b [Dal Canton, A. (1995). Moléculas de adhesión en la enfermedad renal. Kidney International, 48, 1687-1696.]
- ^ [Weber, M., Hauschild, R., Schwarz, J., Moussion, C., de Vries, I., Legler, DF, et al. (2013). Guiado de células dendríticas intersticiales mediante gradientes de quimiocinas haptotácticas. Science, 339 (6117), 328-332. doi: 10.1126 / science.1228456 [doi]
- ^ Takada, T .; Toriyama, K .; Muramatsu, H .; Song, XJ; Torii, S .; Muramatsu, T. (1997). "Midkine, una citoquina de unión a heparina inducible por ácido retinoico en respuestas inflamatorias: actividad quimiotáctica de neutrófilos y asociación con sinovitis inflamatoria" . Revista de bioquímica . 122 (2): 453–458. doi : 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a021773 . PMID 9378726 .
- ↑ a b [Feige, JJ, Keramidas, M. y Chambaz, EM (1997). Componentes del entorno de las células adrenocorticales regulados por hormonas y el control de la homeostasis de la corteza suprarrenal. Investigación hormonal y metabólica = Hormon-und Stoffwechselforschung = Hormonas y metabolismo, 30 (6-7), 421-425.]
- ^ Zajicek, G .; Ariel, I .; Arber, N. (1986). "La corteza suprarrenal de transmisión: evidencia directa de la migración centrípeta de los adrenocitos mediante la estimación de la tasa de renovación celular". Revista de endocrinología . 111 (3): 477–482. doi : 10.1677 / joe.0.1110477 . PMID 3805971 .
- ^ Taniuchi, M .; Clark, HB; Johnson, EM (1986). "Inducción del receptor del factor de crecimiento nervioso en células de Schwann después de axotomía" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 83 (11): 4094–4098. Código Bibliográfico : 1986PNAS ... 83.4094T . doi : 10.1073 / pnas.83.11.4094 . PMC 323673 . PMID 3012551 .
- ^ [Thibault, MM, Hoemann, CD y Buschmann, MD (2007). La fibronectina, la vitronectina y el colágeno I inducen la quimiotaxis y la haptotaxis de las células madre mesenquimales humanas y de conejo en un ensayo transmembrana estandarizado. Células madre y desarrollo, 16 (3), 489-502.]
- ^ [Amarachintha, SP, Ryan, KJ, Cayer, M., Boudreau, NS, Johnson, NM y Heckman, CA (2015). Efecto de los dominios Cdc42 sobre la detección de filopodios, la orientación celular y la haptotaxis. Señalización celular, 27 (3), 683-693.]
- ↑ a b [Gorodetsky, R. y Marx, G. (2006). Solicitud de patente estadounidense 11 / 490,033.]
- ^ [Gorodetsky, R. (2013). Patente de Estados Unidos Nº 8.354.111. Washington, DC: Oficina de Patentes y Marcas de EE. UU.]
enlaces externos
- "Migración celular" - Universidad de California, Berkeley, 2003. Sitio web de ingeniería celular y tisular.