Informacja

W jaki sposób różne kanały jonowe tego samego typu mogą powodować różne reakcje komórek?

W jaki sposób różne kanały jonowe tego samego typu mogą powodować różne reakcje komórek?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Receptor NMDA jest kanałem jonowym i przyczynia się do plastyczności synaptycznej i pamięci. Mówi się, że przepływ jonów wapnia przez receptor ma kluczowe znaczenie dla tego mechanizmu. Istnieją jednak inne kanały jonowe, które przepuszczają jony wapnia do komórki, dlaczego nie przyczyniają się one do plastyczności synaptycznej (zgodnie z moją wiedzą)?


  • Receptory wewnątrzkomórkowe znajdują się w cytoplazmie komórki i są aktywowane przez hydrofobowe cząsteczki ligandów, które mogą przejść przez błonę plazmatyczną.
  • Receptory na powierzchni komórki wiążą się z zewnętrzną cząsteczką liganda i przekształcają sygnał zewnątrzkomórkowy w sygnał wewnątrzkomórkowy.
  • Trzy ogólne kategorie receptorów powierzchniowych komórek obejmują: kanał jonowy, białko G i receptory białkowe połączone z enzymem.
  • Receptory połączone z kanałem jonowym wiążą ligand i otwierają kanał przez błonę, który umożliwia przechodzenie określonych jonów.
  • Receptory połączone z białkiem G wiążą ligand i aktywują białko błonowe zwane białkiem G, które następnie oddziałuje z kanałem jonowym lub enzymem w błonie.
  • Receptory enzymatyczne to receptory na powierzchni komórki z domenami wewnątrzkomórkowymi, które są związane z enzymem.
  • Białko integralne: cząsteczka białka (lub zespół białek) trwale połączona z błoną biologiczną
  • transkrypcja: synteza RNA pod kierunkiem DNA

Receptory powierzchni komórek

Receptory powierzchniowe komórki to białka transbłonowe osadzone w błonie komórkowej, które odgrywają zasadniczą rolę w utrzymaniu komunikacji między procesami wewnętrznymi w komórce a różnymi rodzajami sygnałów zewnątrzkomórkowych.

Takie sygnały zewnątrzkomórkowe obejmują hormony, cytokiny, czynniki wzrostu, neuroprzekaźniki, lipofilowe cząsteczki sygnałowe, takie jak prostaglandyny i cząsteczki rozpoznające komórki. Gdy którykolwiek z tych ligandów wiąże się z odpowiadającym mu receptorem, wyzwalana jest zmiana konformacyjna, która inicjuje wewnątrzkomórkowy szlak sygnałowy. Należy zauważyć, że każdy ligand ma swój własny specyficzny receptor na powierzchni komórki.

Obraz: „Schemat receptora transbłonowego E = przestrzeń zewnątrzkomórkowa P = błona plazmatyczna I = przestrzeń wewnątrzkomórkowa” autorstwa Mouagip. Licencja: CC BY-SA 3.0

Ponadto receptory na powierzchni komórki są specyficzne dla poszczególnych typów komórek, a zatem są również znane jako białka specyficzne dla komórki. Receptory te regulują wiele ścieżek biologicznych wymaganych do wzrostu komórek, przeżycia, różnicowania, proliferacji, a także wielu innych procesów komórkowych. Receptory na powierzchni komórki są odpowiedzialne za większość sygnalizacji w organizmach wielokomórkowych.

Receptory na powierzchni komórki mają następujące składniki/domeny:

  • Domena zewnątrzkomórkowa, która wiąże ligandy i jest wystawiona na zewnętrzną powierzchnię komórki, znana również jako domena rozpoznawania
  • Region obejmujący błonę złożony z hydrofobowych cząsteczek białka
  • Domena wewnątrzkomórkowa, która styka się z cytoplazmą, znana również jako domena sprzęgająca

Kilka czynników reguluje właściwości tych domen, w tym wielkość i zakres domen, które mogą się różnić w zależności od typu receptora powierzchniowego komórki.


Co to jest Przewoźnik

Transporter odnosi się do białka transbłonowego, które transportuje jony przez błonę komórkową wbrew gradientowi stężenia poprzez transport aktywny. Stąd transportery zużywają energię w postaci ATP do przemieszczania jonów. Innymi słowy, za pomocą energii, transportery mogą termodynamicznie przemieszczać jony w górę do wyższego stanu energetycznego. Transporter może być pompą pierwotną i pompą wtórną. Pompy pierwotne hydrolizują ATP. Wraz z hydrolizą konformacja transportera zmienia się i staje się zdolna do translokacji wcześniej związanych specyficznych jonów, uwalniając je do lub z komórki. ATPaza sodowo-potasowa jest przykładem podstawowego transportera i jest pokazana na Rysunek 2.

Rysunek 2: ATPaza sodowo-potasowa

Regulacja transporterów odbywa się poprzez wewnętrzne stężenie jonów. Pompy wtórne transportują jony. Są w stanie transportować dwa różne rodzaje jonów: jeden jon jest transportowany wzdłuż swojego gradientu, a drugi jest transportowany w kierunku przeciwnym do gradientu. Ruch pierwszego jonu służy jako źródło energii w ruchu drugiego jonu. Symportery i antyportery to dwa rodzaje transporterów. W symporterach każdy rodzaj jonów porusza się w tym samym kierunku przez błonę. W antyporterach te dwa rodzaje jonów poruszają się w poprzek błony w przeciwnym kierunku. Symporter chlorku sodu, potasu jest przykładem transportera wtórnego.


Oddziaływanie komórek nowotworowych z ich mikrośrodowiskiem: kanały jonowe i cząsteczki adhezyjne komórek. Koncentracja na raku trzustki

Rak musi być postrzegany jako „tkanka”, składająca się zarówno z transformowanych komórek, jak i heterogenicznego mikrośrodowiska, „mikrośrodowiska guza” (TME). TME podlega złożonej przebudowie w trakcie wieloetapowej nowotworzenia, przez co silnie przyczynia się do progresji nowotworu. Kanały i transportery jonowe (ICT), eksprymowane zarówno na komórkach nowotworowych, jak iw różnych komponentach komórkowych TME, znajdują się w strategicznej pozycji do wykrywania i pośredniczenia w sygnałach pochodzących z TME. Często w tym przekazywaniu pośredniczą receptory adhezji integryn, które są głównymi receptorami komórkowymi zdolnymi do pośredniczenia w dwukierunkowej sygnalizacji komórka-komórka i komórka-macierz. Integryny mogą często działać w połączeniu z ICT, ponieważ mogą zachowywać się jak funkcjonalni partnerzy białek ICT. Rola receptorów integrynowych w interakcji między komórkami nowotworowymi a TME jest szczególnie istotna w kontekście raka trzustki (PC), charakteryzującego się przytłaczającym TME, który aktywnie przyczynia się do oporności na terapię. Omawiamy możliwość, że dzieje się to poprzez integryny i ICT, które mogą być wykorzystane jako cele do przezwyciężenia chemooporności w PC.

1. Wstęp

Biologia nowotworu może być zrozumiana tylko biorąc pod uwagę zarówno pojedyncze transformowane komórki, jak i „mikrośrodowisko guza” (TME). TME jest złożonym układem komórek i białek macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), które komórki nowotworowe konstruują w trakcie wieloetapowego procesu nowotworowego [1] i silnie wpływają na zachowanie i złośliwość transformowanych komórek. Ponadto TME może zmieniać się w trakcie progresji nowotworu, stąd może różnić się (strukturalnie i funkcjonalnie) od guza pierwotnego do jego przerzutów [2,3]. TME jest bardzo zróżnicowane w przypadku nowotworów o różnej histogenezie. Na przykład w białaczkach jest reprezentowana głównie przez szpik kostny, ze złożonym układem komórek zrębowych i naczyniowych, które tworzą nik szpiku kostnego, w których znajdują się komórki macierzyste białaczki [4]. W rakach wyraźnie rozróżnia się komórki nowotworowe, określane jako „miąższ” i TME, określane jako „zrąb guza”. Aktywny i przytłaczający podścielisko guza (w tym przypadku określany jako „reakcja desmoplastyczna”) charakteryzuje niektóre specyficzne nowotwory, takie jak rak piersi, prostaty czy trzustki (PC) [5]. W szczególności reakcja desmoplastyczna jest jedną z histopatologicznych i czynnościowych cech charakterystycznych PC: analiza histopatologiczna ujawnia obecność gęstych wiązek kolagenu (typu I i III) związanych z fibroblastami, z utratą integralności podłoża i inwazją komórek nowotworowych do macierzy śródmiąższowej z ekspozycją kolagenów. ECM w PC zawiera również fibronektyny, tenascynę-C, lamininy, głównie wydzielane przez komórki gwiaździste trzustki (PSC), fenotyp komórkowy charakterystyczny dla PC [6]. Reakcja desmoplastyczna w PC wiąże się z nieprawidłowym unaczynieniem z licznymi okrężnymi, małymi, nieszczelnymi naczyniami krwionośnymi i kapilarami [7]. Ogólnie rzecz biorąc, reakcja desmoplastyczna jest jednym z głównych czynników przyczyniających się do złośliwości PC (patrz poniżej).

Biorąc pod uwagę znaczenie podścieliska guza, przeciwnowotworowe strategie terapeutyczne muszą być dostosowane do „tkanki nowotworowej”, m.in. nie tylko komórki nowotworowe, ale także komórkowe składniki TME [8,9]. W tym kontekście na szczególną uwagę, także z terapeutycznego punktu widzenia, zasługuje odszyfrowanie roli kanałów jonowych i białek transportowych (ICT) w połączeniu komórek nowotworowych z różnymi składnikami TME.

W tym przeglądzie krótko opisujemy TME oraz ICT obecne w różnych komórkach TME. W celu uzyskania opisu molekularnego i funkcjonalnego technologii informacyjno-komunikacyjnych odsyłamy do innych prac [10]. Następnie skupiamy się na receptorach adhezyjnych z rodziny integryn oraz ich funkcjonalnej interakcji z ICT. Ponieważ większość tych danych została przytoczona gdzie indziej [11], w tym przeglądzie skupiamy się głównie na PC, gdzie TME wpływa na progresję guza i oporność na leczenie.

2. Mikrośrodowisko guza oraz jego kanały jonowe i profil transporterów

TME obejmuje zarówno komórki (komórki śródbłonka i ich prekursory, fibroblasty i wyspecjalizowane komórki mezenchymalne oraz komórki odporności wrodzonej i swoistej), jak i białka macierzy zewnątrzkomórkowej. Główne ICT wyrażone w komórkach TME zostały szczegółowo opisane w [11] i podsumowane w tabeli 1. Musimy pamiętać o dominującej roli kanałów przepuszczalnych dla Ca 2+ (zarówno zależnych, jak i nieselektywnych kanałów TRP rodziny) w komórkach śródbłonka (EC omówione w [18,19]). Elektrochemiczną siłę napędową dla wejścia Ca 2+ zapewniają kanały K + zależne od Ca 2+ (KCa) oraz współpraca między kanałami przepuszczalnymi dla Ca 2+ i KCa może służyć do podtrzymania zależnego od Ca 2+ wydzielania czynników wzrostu i rozszerzających naczynia krwionośne przez EC. Ponieważ wiele niedawnych badań ujawnia charakterystyczne profile ekspresji genów i markery na powierzchni komórek związanych z nowotworem w porównaniu z normalnymi EC [20], możliwe jest, że ICT mogą przyczynić się do określenia takiej różnicy. Ze względu na istotną rolę EC i angiogenezy guza w progresji nowotworu, ICT można wykorzystać do opracowania nowych terapii antyangiogenezy, aby selektywnie ukierunkować EC wewnątrz tkanki nowotworowej.

Tabela 1. Przykłady kanałów jonowych wyrażanych przez różne typy komórek uczestniczących w złożoności TME.

Wewnątrz TME obecne są zarówno „fibroblasty związane z rakiem” [21], jak i wyspecjalizowane komórki mezenchymalne, takie jak miofibroblasty lub PSC [22]. Chociaż fibroblasty związane z nowotworem i wyspecjalizowane komórki mezenchymalne nie są złośliwe, ponieważ nie niosą mutacji kancerogennych, mogą wykazywać zmiany epigenetyczne, które wpływają na ich zachowanie [23]. Ponadto aktywnie wydzielają białka ECM, zachowując się jako główna determinanta reakcji desmoplastycznej. Ta ostatnia, bezpośrednio lub poprzez tworzenie środowiska hipoksji, reguluje progresję nowotworu i dyktuje oporność na leczenie [24].

Wreszcie, TME jest gęsto naciekane przez komórki zarówno wrodzonego, jak i adaptacyjnego ramienia układu odpornościowego, których dokładna rola w kontrolowaniu progresji nowotworu jest wciąż dyskutowana [25, 26]. Kanały jonów neutrofili (głównie TRP, KCa i Cl – kanały opisane w [27]) są wykorzystywane do osiągnięcia działania przeciwdrobnoustrojowego, które charakteryzuje te komórki odporności wrodzonej. Makrofagi wyrażają KIR kanały, które są zaangażowane w adhezję komórek, a z kolei wpływają na zależną od Ca2+ aktywację makrofagów [28]. Makrofagi wyrażają również receptory P2X7, które pośredniczą w uwalnianiu katepsyny lizosomalnej [29]. Fakt ten może przyczynić się do przemodelowania macierzy zewnątrzkomórkowej, z silnym wpływem na progresję złośliwości. Złożony układ kanałów jonowych, które przyczyniają się do aktywacji limfocytów T, został dokładnie opisany [15,16]: skoordynowany napływ Ca2+ jest rzeczywiście niezbędny do wywołania aktywacji limfocytów T, a unikalny kontyngent kanałów jonowych (w tym Kv1.3 i KCa3.1 K + kanały) koordynują czas trwania i intensywność sygnałów Ca 2+. Ponadto równowaga tych typów kanałów stanowi swoisty funkcjonalny marker aktywowanych limfocytów, zapewniając w ten sposób możliwy nowy cel terapeutyczny [11].

ECM TME składa się z odpowiednich białek macierzy, wielu czynników wzrostu i cytokin, które mniej lub bardziej bezpośrednio oddziałują na komórki nowotworowe [30]. Kolagen typu I, fibronektyna i trombospondyny to białka ECM charakteryzujące TME, przy czym kolagen I jest głównym wyznacznikiem reakcji desmoplastyki. Białka ECM mogą wpływać na progresję guza poprzez kontrolowanie ruchliwości komórek, a także dyktowanie programów różnicowania komórek guza [30]. ECM TME jest wytwarzane zarówno przez komórki nowotworowe, jak i mezenchymalne, które również modulują swoją ECM poprzez wydzielanie proteaz [31]. Przebudowa TME może prowadzić do uwolnienia cząsteczek sekwestrowanych w ECM, takich jak czynniki wzrostu śródbłonka naczyniowego [32] i wielu produktów rozszczepienia białek ECM [2], które dalej kontrolują angiogenezę guza i tworzenie przerzutów.

Przenikanie między ECM i komórkami nowotworowymi, jak również komórkowymi składnikami TME, odbywa się głównie poprzez interwencję receptorów adhezyjnych z rodziny integryn.

3. Cząsteczki adhezji komórkowej: rodzina integryn

(a) Struktura i funkcja integryny

Receptory integryn to białka transbłonowe utworzone przez niekowalencyjne połączenie podjednostek α ​​i β. Do tej pory u ssaków znanych jest 18 podjednostek α ​​i osiem podjednostek β. Wszystkie podjednostki to transbłonowe glikoproteiny typu I z krótkim ogonem cytoplazmatycznym (20–70 aminokwasów), helisą obejmującą błonę i dużą wielodomenową częścią zewnątrzkomórkową [33]. Wyjątek stanowi podjednostka β4, ponieważ jej domena cytoplazmatyczna zawiera około 1000 aminokwasów [34]. Podjednostki integryn mogą łączyć się, tworząc co najmniej 24 funkcjonalne heterodimery, z których każdy wiąże specyficzną macierz białek ECM lub cząsteczek adhezyjnych komórek (CAM), które działają jako „przeciwreceptory”.

Integryny to coś więcej niż CAM: mogą przekazywać dwukierunkowe sygnały przez błonę plazmatyczną. Na powierzchni komórki integryny są zwykle w stanie niskiego powinowactwa i mogą być aktywowane poprzez ścieżkę sygnalizacyjną „od wewnątrz”. Podczas tego procesu kluczową rolę odgrywają dwa aktywatory komórkowe, talina i kindlina, a wiązanie taliny z ogonem cytoplazmatycznym integryny β ma być ostatnim etapem aktywacji integryny [35]. Odwrotnie, wiązanie ligandów integryn pozakomórkowych przekazuje sygnały do ​​wewnątrz, proces zwany sygnalizacją „na zewnątrz”. Sygnalizacja integryny z zewnątrz wywiera znaczący wpływ na ruchliwość komórek, proliferację, różnicowanie itp. [36]. Ponieważ lista artykułów opisujących wiele aspektów ścieżek sygnałowych, w których pośredniczą integryny, jest ogromna, odwołujemy się do nich [33,37,38] i ograniczamy się jedynie do podsumowania, że ​​integryny wydają się być powiązane z prawie wszystkimi znanymi szlakami sygnałowymi. w tym indukcja kinaz cytozolowych, stymulacja metabolizmu fosfoinozytydów, aktywacja szlaków Ras/MAPK i kinazy białkowej C (PKC) oraz regulacja małych GTPaz. Ponadto sygnalizacja integryn często nakłada się na sygnalizację wywoływaną przez receptory czynnika wzrostu lub cytokiny [38]. Nakładanie się i właściwa integracja różnie powstających sygnałów ma sens fizjologiczny, ponieważ komórki muszą zintegrować wiele bodźców z macierzy zewnątrzkomórkowej, czynników wzrostu, hormonów i stresu mechanicznego, aby zorganizować odpowiednie reakcje. Ta sama integracja zachodzi i determinuje dalsze losy w komórkach nowotworowych wewnątrz tkanki nowotworowej.

(b) Relacje integracyjne z kanałami jonowymi

Relacje między integrynami i kanałami jonowymi w interakcjach komórka-komórka i komórka-macierz zostały opisane od dawna [39]. Najwcześniejsze wskazania pochodziły z badań nad komórkami neuronalnymi i białaczkowymi, w których wiele procesów komórkowych wywoływanych przez zaangażowanie białek adhezyjnych, takich jak różnicowanie, migracja i wydłużanie neurytów, okazało się zależeć od aktywacji kanałów jonowych [40–43]. W połączeniu z integrynami funkcja kanału jonowego sama w sobie staje się dwukierunkowa: jest regulowana przez sygnały zewnątrzkomórkowe (poprzez integryny) i z kolei kontroluje aktywację i/lub ekspresję integryn [39]. Co ciekawe, ten sam rodzaj złożonej dwukierunkowej sygnalizacji zaobserwowano w przypadku niektórych transporterów jonów, w szczególności tych pośredniczących w przepływie protonów [44–46], które są tak istotne w ustalaniu odwróconego gradientu H+, który charakteryzuje nowotwór złośliwy [47].

Dwukierunkowy przesłuch między integrynami a kanałami jonowymi zachodzi poprzez różne mechanizmy: może polegać na komunikatorach cytoplazmatycznych, takich jak Ca2+ lub kinazy białkowe, przemieszczających się między tymi dwoma białkami (przegląd w [39]). Na przykład, aktywacja limfocytów T, w którą zaangażowane są integryny β1, opiera się na skoordynowanym napływie Ca 2+ , który jest kontrolowany i odwrotnie regulujący kanały K + [16]. Przenoszenie sił mechanicznych w ogniskowych miejscach adhezji jest wyzwalane przez integryny i pośredniczone przez wapń [48], ale obejmuje również aktywację cząsteczek sygnałowych, takich jak FAK i c-Src [49].

Innym aspektem interakcji integryna/kanał jonowy jest fakt, że integryny i kanały jonowe mogą oddziaływać bezpośrednio na poziomie błony plazmatycznej. Innymi słowy, te dwa białka gromadzą się wspólnie na błonie komórkowej i dają początek kompleksom supramolekularnym, które stanowią platformy do wyzwalania i orkiestracji dalszych sygnałów wewnątrzkomórkowych. Pierwszy dowód został uzyskany w komórkach odpornościowych przez Levite i in. [50], którzy stwierdzili, że podjednostka integryny β1 jest związana z kanałami Kv1.3 w limfocytach T. Niedługo potem w komórkach czerniaka opisano fizyczne połączenie między kanałami Kv1.3 i integrynami β1 [51]. Nasza grupa stwierdziła, że ​​podjednostka integryny β1 wiąże się z innym kanałem K+, Kv 11.1 lub hERG1, na błonie komórkowej komórek nowotworowych, zarówno w białaczkach, jak i w litych nowotworach [52–56]. Kompleks ten może również obejmować receptory czynnika wzrostu lub chemokin, a po złożeniu rekrutuje cytozolowe białka sygnalizacyjne, które z kolei aktywują sygnalizację wewnątrzkomórkową w sposób zależny od integryn i kanałów jonowych. Ma to wyraźny negatywny wpływ na chorobę białaczkową [54], może wywołać chemiooporność [55] lub kontrolować angiogenezę i progresję guza [56].

Inny mechanizm interakcji między integrynami a kanałami jonowymi przyczynia się do określenia recyklingu integryn [57]. W szczególności, kanały chlorkowe CLIC3 kolokalizują się z aktywnymi integrynami α5β1 w późnych endosomach/lizosomach, umożliwiając transport wsteczny integryny i zawracanie jej do błony plazmatycznej z tyłu komórki. Ten mechanizm obejmuje również Rab25 i ma wyraźny wpływ na zachowanie raka. W rzeczywistości w PC aktywne integryny i CLIC3 są niezbędne do inwazji komórek rakowych [57].

(c) Integryny i kanały jonowe: rola w migracji komórek

Najbardziej interesujący aspekt dotyczy zrozumienia kilku mechanizmów interakcji integryn i różnych typów kanałów w kontrolowaniu migracji komórek. Poza tym, że są podstawowym składnikiem embriogenezy i przebudowy tkanek u osób dorosłych, procesy te mają znaczenie dla inwazyjności komórek nowotworowych i rozprzestrzeniania się przerzutów. Nic dziwnego, że integryny odgrywają główną rolę w migracji komórek eukariotycznych jako typowe mediatory interakcji komórek ze środowiskiem. Co więcej, obecnie zdajemy sobie sprawę, że kilka typów aktywowanych przez Ca2+ i zależnych od napięcia kanałów K+ jest również zaangażowanych w maszynerię migracji komórek. Ta szybko rozwijająca się dziedzina została ostatnio poddana przeglądowi [58,59] i nie będzie tutaj szczegółowo omawiana. Ograniczamy naszą dyskusję do faktu, że kanały K+ mogą tworzyć kompleksy, a tym samym modulować kilka białek zaangażowanych w ruch komórek, takich jak FAK [60,61], kortaktyna [62,63] i same integryny. Interesujące spekulacje można wysnuć z badań nad integrynami α9β1, które mogą regulować ruch komórek poprzez aktywację wewnętrznych kanałów prostowniczych K+ (IRK) [64]. Kanały IRK, wraz z integryną, są fizycznie połączone z N1-acetylotransferazą spermidyny/kssperminy, kluczowym enzymem na szlaku acetylacji sperminy i spermidyny do putrescyny, kontrolując w ten sposób wewnątrzkomórkowe stężenie poliamin. Poliaminy są krytycznymi regulatorami rozwoju nowotworu, a także głównymi przekaźnikami wewnątrzkomórkowymi kontrolującymi aktywność IRK. Można zatem ustalić funkcjonalną sieć, w której odpowiednie wewnątrzkomórkowe stężenie poliamin zbiega się, aby wywołać właściwy ruch komórkowy zależny od α9β1, poprzez modulację kanałów IRK [65].

(d) Integryny i kanały jonowe w komórkach mikrośrodowiska guza

Integryny i kanały jonowe oddziałują również na poziomie TME. Jeden przykład dotyczy komórek wrodzonego układu odpornościowego: granulocyty obojętnochłonne uwalniają Cl – aby osiągnąć swoje działanie przeciwdrobnoustrojowe Cl – uwalnianie następuje poprzez aktywację kanałów Cl – które są przynajmniej częściowo zależne od β2 adhezja do fibronektyny, w której pośredniczą integryny [66]. Makrofagi wyrażają KIR kanałów, których aktywność jest modulowana przez receptory integryn VLA4 (α4β1), a tym samym przez adhezję komórek, co z kolei wpływa na zależną od Ca2+ aktywację makrofagów [28]. Innym przykładem są EC i ich kanały Cl z rodziny białek CLCA. W EC CLCA2 zachowuje się jak adresyna naczyniowa dla przerzutowych, krwiopochodnych komórek rakowych, ułatwiając zatrzymanie naczyniowe komórek rakowych poprzez adhezję do integryn β4, a tym samym sprzyjając rozprzestrzenianiu się przerzutów. Ponadto kompleks β4-integryna–CLCA stymuluje zależną od Src sygnalizację komórkową poprzez FAK i kinazę regulowaną sygnałem zewnątrzkomórkowym (ERK), prowadząc do zwiększonej proliferacji ognisk przerzutowych [67].

W tabeli 2 przedstawiono listę kanałów jonowych fizycznie lub funkcjonalnie związanych z integrynami w komórkach TME.

Tabela 2. Przykłady oddziaływań między kanałami jonowymi a podjednostkami integryn w komórkach TME.

4. Rola mikrośrodowiska guza w progresji raka trzustki

PC, reprezentowany głównie przez postać histologiczną gruczolakoraka przewodowego trzustki, jest jednym z najbardziej śmiertelnych nowotworów przewodu pokarmowego, stanowiąc drugą najczęstszą przyczynę zgonów wśród nich. Całkowity wskaźnik 5-letniego przeżycia wynosi mniej niż 6%, według najnowszej amerykańskiej bazy danych (http://seer.cancer.gov/csr/1975_2006), a mediana przeżycia wynosząca 18 miesięcy od diagnozy w przypadku pacjentów operowanych bez śladów choroby resztkowej. Podobne rozczarowujące dane są dostępne w badaniach europejskich [69]. Złośliwy charakter PC wynika głównie z jego agresywnego wzrostu i szybkiego rozwoju przerzutów odległych, co sprawia, że ​​leczenie jest niezwykle trudne. Dodatkowo PC jest miejscowo inwazyjna, otoczona gęstą reakcją desmoplastyczną (patrz §1), która może obejmować sąsiednie ważne struktury, ograniczając szansę na całkowitą resekcję. Rzeczywiście, mniej niż 20% pacjentów jest kandydatami do resekcji chirurgicznej w momencie rozpoznania, podczas gdy prawie połowa ma przerzuty. Co więcej, spośród nielicznych pacjentów, którzy przeszli operację z zamiarem radykalnym (R0), u większości wystąpi nawrót w ciągu 15 miesięcy. Chociaż operacja pozostaje podstawą leczenia, konieczne jest dodanie leczenia uzupełniającego [70]. Chemioterapia (w Europie) lub radiochemioterapia (w Ameryce Północnej) były stosowane jako uzupełnienie zabiegu chirurgicznego lub jako ostateczne leczenie nieoperacyjnej choroby, przy czym wyniki były sprzeczne [71, 72]. Niepowodzenie tradycyjnych podejść terapeutycznych do tej wyniszczającej choroby doprowadziło do wielu wysiłków w kierunku badań biologii molekularnej i terapii celowanych w celu stworzenia multimodalnej strategii terapeutycznej [73]. Wśród leków do terapii celowanej tylko erlotynib, który jest nakierowany na EGF-R, poprawia przeżywalność, gdy jest stosowany w połączeniu z gemcytabiną, w porównaniu z samą gemcytabiną. Niemniej jednak odsetek odpowiedzi klinicznej pozostaje niewielki, głównie ze względu na wewnętrzną chemiooporność komórek PC [74]. Badanie mechanizmów pośredniczących w chemiooporności ma zatem znaczenie kliniczne w opracowywaniu nowych leków. Jak stwierdzono w § 1, jednym z głównych czynników przyczyniających się do złośliwości PC i oporności na leczenie jest reakcja desmoplastyczna. Dalsze zrozumienie, w jaki sposób TME ułatwia złośliwość komórek PC pozwoli zidentyfikować unikalne cele, które mogą ostatecznie poprawić leczenie pacjentów z PC [6]. Niektóre spostrzeżenia zostały pokrótce przedstawione poniżej.

(a) Interakcja między guzem a komórkami zrębu w raku trzustki: rola komórek gwiaździstych trzustki

Prawidłowy rozwój struktur gruczołowych wymaga interakcji między komórkami zrębu a komórkami nabłonka, które ostatecznie wyściełają powierzchnię gruczołu. W trzustce komórki mezenchymalne stymulują sąsiednie komórki pluripotencjalne do tworzenia acyni, jednocześnie pobudzając inne odległe komórki do zakończenia szlaku hormonalnego. Te interakcje w normalnym rozwoju wymagają określonych białek w macierzy zewnątrzkomórkowej, zwłaszcza lamininy. Przenikanie między przedziałami mezenchymalnymi i nabłonkowymi zachodzi poprzez rozpuszczalne przekaźniki działające w sposób parakrynny (lub autokrynny), aktywację receptorów powierzchniowych poprzez bezpośredni kontakt komórka-komórka oraz specyficzne białka ECM wydzielane przez komórki mezenchymalne [75,76]. Zaburzenia normalnych interakcji mezenchymalnych z nabłonkiem mogą prowadzić do nieuregulowanego wzrostu komórek, co ma miejsce w przypadku raka.

PSC są dominującymi komórkami mezenchymalnymi w zrębie PC i głównym wyznacznikiem reakcji desmoplastycznej [77]. PSC pochodzą z mezenchymalnych komórek macierzystych pochodzących ze szpiku kostnego i są podobne do miofibroblastów występujących w innych zrębach guza (piersi, rak prostaty). PSC mają zdolność do transdyferencjacji z fenotypu „nieaktywnego”, magazynującego retinoidy/lipidy w prawidłowej trzustce do „aktywowanego”, fenotypu α-aktyny mięśni gładkich, wytwarzającego miofibroblasty. Aktywatory PSC in vivo obejmują cytokiny (IL1, IL6, IL8 i TNF-α), czynniki wzrostu (PDGF i TGF-β) oraz reaktywne formy tlenu uwalniane przez uszkodzone komórki zapalne rekrutowane w odpowiedzi na uszkodzenie trzustki. Z kolei aktywowane PSC mogą wytwarzać czynniki autokrynne, takie jak PDGF, TGF-β, cytokiny i cząsteczki prozapalne, które mogą nasilać aktywowany fenotyp [77–79]. PSC, oprócz udziału w genezie przewlekłego zapalenia trzustki, mają kluczowe znaczenie dla rozwoju reakcji desmoplastycznej w PC, będącej głównym źródłem białek ECM [78]. Co więcej, ponieważ PSC są aktywowane przez komórki PC in vitro, występuje synergiczny związek między dwoma typami komórek, który sprzyja rozwojowi i progresji PC.

(b) Integryny w raku trzustki

W przypadku PC dobrze wiadomo, że białka ECM, takie jak kolagen, fibronektyna i tenascyna-C, oddziałują z integrynami na powierzchni komórki, dostarczając sygnały wewnątrzkomórkowe zarówno PSC, jak i komórkom PC [80]. Na przykład w PSC integryny β1 odgrywają ważną rolę nie tylko w modulowaniu adhezji komórek do błony podstawnej, ale także w określaniu prawidłowego tworzenia i różnicowania acini podczas prawidłowego rozwoju [81]. Komórki PC wyrażają co najmniej dwie główne klasy integryn: integryny zawierające β1 (głównie α2β1 i α5β1), które pośredniczą w adhezji komórek do fibronektyny, lamininy i kolagenu (typu I i IV) oraz αvβ5, która jest głównie zaangażowana w adhezję komórek PC do witronektyny [82,83]. Opisano, że zaangażowanie integryn określa złośliwy fenotyp komórek PC poprzez regulację proliferacji komórek [82], inwazji [84], a także przez wydzielanie cytokin [85]. Na przykład tenascyna-C może wpływać na wzrost i migrację komórek PC poprzez aktywację wewnątrzkomórkowych szlaków sygnałowych integryny β1 [86]. Niektóre najnowsze dowody wskazują, że udział intergryny w inwazji komórek PC może również wystąpić poprzez złożoną interakcję z receptorem EGF (EGF-R) i modulację wewnątrzkomórkowych szlaków sygnalizacyjnych skoncentrowanych na Src [84].

Ogólnie rzecz biorąc, integryny, głównie te zawierające podjednostkę β1, ulegające ekspresji zarówno w komórkach PC, jak iw PSC, a także regulujące produkcję białek ECM przez te ostatnie, odgrywają kluczową rolę w regulacji interakcji między guzem a zrębem w PC. Integryny β1 mogą zatem kierować różnymi aspektami zachowania komórek nowotworowych, w tym chemo- i radioopornością (patrz poniżej).

(c) Kanały jonowe i transportery w raku trzustki

W ciągu ostatnich kilku lat w komórkach PC scharakteryzowano różne białka ICT: donoszono, że kanały kationowe TRP typu „związanego z melastatyną” (TRPM) ulegają nadekspresji w komórkach PC. W szczególności, zarówno TRPM8 [87], jak i TRPM7 [88] ulegają nadekspresji w komórkach gruczolakoraka przewodowego trzustki, gdzie regulują proliferację lub migrację komórek. Aktywacja TRPM7 wyzwala wrażliwy na Mg 2+ „supresor sygnalizacji cytokin 3a” (Socs3a), który reguluje proliferację zewnątrzwydzielniczych komórek nabłonka trzustki, zarówno w rozwoju, jak i w raku [89]. Co więcej, Dong i inni. [90] donieśli, że TGF-β indukuje wnikanie Ca 2+ do komórek PC przez kanały TRPC1 i wymiennik Na+/Ca2+ NCX1, zwiększając w ten sposób wewnątrzkomórkowe stężenie Ca 2+. Z kolei wzrost Ca 2+ jest niezbędny do aktywacji PKCα i późniejszej inwazji komórek nowotworowych [90]. Jak opisano powyżej [57], kanały CLIC3 regulują recykling integryn i zachowują się jak niezależne wskaźniki prognostyczne w PC. Podkreśla to znaczenie aktywnego handlu integrynami, a także kanałów Cl- jako potencjalnych czynników sprzyjających progresji raka. Wśród bramkowanych napięciem kanałów K+ Kv 11.1 (hERG1) jest wyrażany w PC i identyfikuje grupę pacjentów z gorszym rokowaniem [91]. Ponieważ hERG1 fizycznie i funkcjonalnie oddziałuje z integrynami β1 w różnych komórkach nowotworowych (patrz powyżej), w tym PC [91], można pokusić się o spekulację, że może on kierować złośliwością PC poprzez modulację sygnalizacji, w której pośredniczą integryny. Wreszcie, wymiennik wodorowy sodu 1 (HNE1) ulega ekspresji w komórkach PC [92,93] i jest aktywowany przez czynniki wzrostu, takie jak neurotensyna (NT). Szlak NT/HNE1 może być zaangażowany we wczesną progresję PC przez zlokalizowane zakwaszenie i indukcję fenotypu glikolizy tlenowej o wyższym potencjale przerzutowym.

Model ilustrujący interakcję guz-zręb w PC, jak również udział integryn, przedstawiono na rycinie 1. Te ICT, które oddziałują z integrynami w celu modulowania przesłuchu między komórkami PC a TME, są również zilustrowane.

Rycina 1. Model ilustrujący interakcję guz-zręb w PC oraz udział integryn.

(d) Mikrośrodowisko guza napędza oporność na leczenie raka trzustki

Zmienione przesłuchy między białkami zrębu ECM i integrynami ulegającymi ekspresji zarówno na komórkach nowotworowych, jak i TME są również zaangażowane w mechanizmy nabytej oporności na chemio- i radioterapię w PC. jakiś in vitro badanie z wykorzystaniem różnych linii komórkowych PC hodowanych w obecności kolagenu, fibronektyny lub lamininy, wykazało różną indukcję chemowrażliwości w zależności od rodzaju substratu [94]. Rzeczywiście, hamowanie funkcji integryny ECM w połączeniu z chemioterapią może być potencjalną interwencją terapeutyczną, która może być specyficznie ukierunkowana na reakcję desmoplastyczną. Jednym z przykładów może być przeciwciało monoklonalne skierowane na integrynę α5β1 lub αvβ3 (Vitaxin). Moreover, PSCs are known to promote radioprotection of PC cells: this effect is dependent on a signalling pathway triggered by β1 integrin and converging on FAK [95].

Treatment failure in PC may be due, at least in part, to our limited understanding of how the fibrotic tissue and the stromal cells present within this tumour can facilitate the rapid progression of this cancer type. Therefore, a better understanding of the mechanisms which regulate PC cell interactions with the TME, with particular attention to the crosstalk between integrins and ICTs, could open a new perspective to effectively treat PC.


Ion Channel Involvement in Desmoplasia

Fibrosis is a pathological outcome common for many chronic inflammatory diseases including chronic pancreatitis (Wynn and Ramalingam, 2012). The abundant stroma reaction (desmoplasia) is a hallmark common to both chronic pancreatitis and PDAC (Haeberle et al., 2018). Chronic pancreatitis is considered a risk factor for pancreatic cancer, and indeed, it frequently evolves to a true PDAC (McKay et al., 2008). In both cases, the normal pancreatic parenchyma is markedly remodeled (as shown in Figure 1) so that the normal organ function is eventually lost. The poorly vascularized desmoplastic tissue is characterized by high stiffness, low elasticity, and high tissue pressure (up to 100 mmHg) (Stylianopoulos et al., 2012 Fels et al., 2016 Pethő et al., 2019), which leads to impaired perfusion of the tumor tissue with the further result of tissue hypoxia. The pancreatic stellate cells (PSCs) are believed to be the key effectors behind the stroma deposition in PDAC and chronic pancreatitis (Haeberle et al., 2018). Desmoplasia represents an important challenge that new PDAC therapies have to deal with (Henke et al., 2020). The absence of vascularization combined with vessel compression because of the massive fibrosis prevents the efficient delivery of the chemotherapeutic drugs (Dauer et al., 2018).

RYSUNEK 1. (A) Histomorphology of a healthy human pancreas, hematoxylin and eosin (Hɮ). The parenchymal structure of the organ is clearly visible. Acinar cells are identifiable by their typical round shape. Their bases are stained in blue due to the presence of the nuclei, while their apices are pink due to the high concentration of zymogen. Two islets are located in the central and right parts of the image. The cytoplasm of the islet cells is paler than the surrounding acinar cells. (B) Histomorphology of a chronic pancreatitis, hematoxylin and eosin (Hɮ). The tissue is characterized by an evident increase in interlobular fibrosis, atrophy of the acini, and inflammatory infiltrate, which is evident when compared to the healthy component of the same sample (inset). (C,D) Histomorphology of two human pancreatic ductal adenocarcinomas (PDACs), hematoxylin and eosin (Hɮ). The normal architecture of the parenchyma is lost. Multiple layers of cells highlight the neoplastic lesions in panel (C). High levels of desmoplasia (colored in pink) are present especially in panel (D). Distribution of different cell populations is detectable in the tumor tissue neoplastic cells (pointed by black arrows) are embedded in a dense desmoplastic stroma (pointed by yellow arrows). Evident immune cells infiltration (pointed by red arrows) is present on the right side of the figure. Immune cells are identifiable by their small sizes and the intense basophilic staining of the nuclei. Scale bars: 100 μm.

Consequently, new strategies targeting the stroma compartment have emerged. This includes the attempt to attenuate/reverse the activation of the cancer-associated fibroblasts (CAFs) which also includes PSCs. The results of these studies however are contradictory. Inhibiting the TGF-β signaling pathway with the anticancer compound Minnelide, which is able to reverse the activation state of the CAFs, has a similar positive effect in a murine PDAC model (Dauer et al., 2018) as the inhibition of hedgehog signaling in CAFs with IPI-926. Moreover, IPI-926 also increases the delivery and the efficacy of gemcitabine in mice (Olive et al., 2011). However, other studies highlighted that an uncontrolled depletion of the stroma compartment rather promotes PDAC progression than slowing it down (Özdemir et al., 2014). Consequently, the understanding of the stromal compartment in PDAC has to be further refined. It has become apparent that cancer-associated fibroblasts constitute a heterogeneous cell population with distinct gene expression profiles, location within the tumor, and function (Von Ahrens et al., 2017 Öhlund et al., 2017 Miyai et al., 2020). Öhlund et al. propose a distinction between inflammatory fibroblasts, mainly responsible for the secretion of inflammatory factors, and myofibroblasts that are responsible for the ECM production (Öhlund et al., 2017). PSCs are included in this last category. To the best of our knowledge, it has not yet been studied whether these two types of CAFs are also equipped with distinct sets of ion channels.

Pancreatic Stellate Cells

In a healthy pancreas, PSCs are usually kept in a quiescent state, and they are responsible for the maintenance of the tissue integrity by regulating the ECM turnover (Haeberle et al., 2018). In PDAC, PSCs become strongly activated by the secretome and the physicochemical properties of the PDAC microenvironment (Omary et al., 2007a). Thus, PSCs are activated among others by inflammatory mediators, growth factors (PDGF and TGF-㬡), cytokines (IL-1, IL-6, and IL-8), hormones, angiotensin II, intracellular signaling molecules, and reactive oxygen species (ROS) as well as hypoxia (Nielsen et al., 2017) and mechanical stimuli (Omary et al., 2007b Fels et al., 2016, Fels et al., 2018 Ferdek and Jakubowska, 2017 Lachowski et al., 2017). Activated PSCs, in turn, secrete growth factors themselves so that they are engaged in a mutual positive feedback loop of other cells of the PDAC tissue (Fu et al., 2018). In addition, activated PSCs proliferate, migrate (Omary et al., 2007b), and secrete copious amounts of ECM components, especially collagen I and III (Ferdek and Jakubowska, 2017). The resulting changes in the pH values and increased stiffness of the desmoplastic tissue also feed back onto the behavior of PSCs (Lachowski et al., 2017). One of the mechanosensitive ion channels, Piezo1, that senses the mechanical properties of the PDAC microenvironment is inhibited by an acidic pH. This could prevent PSCs to be overridden by the mechanically triggered Ca 2+ influx via Piezo1 channels (Kuntze et al., 2020).

Ion Channels and Fibrosis

The function of ion channels in tumor stroma cells is far from being fully understood, especially regarding PDAC. Nonetheless, we already know that some ion channels play a significant role in the development of fibrosis in other organs such as KCa3.1 in lungs, kidneys (Roach et al., 2013), and heart (Zhao et al., 2015) K2P2.1 in cardiac fibrosis (Abraham et al., 2018) and TRPV4 in liver (Songa et al., 2014), heart (Adapala et al., 2013), and lung fibrosis (Rahaman et al., 2014). Usually the inhibition of these ion channels attenuates the profibrotic response of the fibroblasts (Cruse et al., 2011 Adapala et al., 2013 Rahaman et al., 2014 Abraham et al., 2018 Roach and Bradding, 2019).

Ion channel research in PSCs is still in its infancy. We will therefore draw some analogies from hepatic stellate cells that are closely related to PSCs and in which these ion channels may play a similar role. Hepatic stellate cells are responsible for matrix homeostasis in healthy livers (Puche et al., 2013). Similar to the PSCs in PDAC, they are mainly responsible for the excessive production and remodeling of the ECM in the fibrotic liver (Puche et al., 2013 Freise et al., 2015 Ezhilarasan et al., 2018). For this reason, these types of cells have been suggested as a possible target for antifibrotic therapy.

KCa3.1: We do not have much information on the role of KCa3.1 channels in PDAC-associated fibrosis, which is largely driven by PSCs. It is only known that KCa3.1 channels regulate migration of PSCs (Storck et al., 2017).

So far, it is under debate whether KCa3.1 has pro- or antifibrotic effects in the liver (Roach and Bradding, 2019). KCa3.1 expression is increased in hepatic stellate cells after the incubation with TGF-β, a known activator of hepatic stellate cells. Zarówno in vitro oraz in vivo experiments, the inhibition of KCa3.1 shows an antifibrotic effect and decreases the expression of profibrotic genes (Freise et al., 2015). On the contrary, in the work of Møller et al., the inhibition or the absence of KCa3.1 in hepatic stellate cells and hepatocytes worsens liver fibrosis (Møller et al., 2016). This information highlights the possible problems that ion channel therapies could face the inhibition of an ion channel expressed in different cell types could have different effects.

K2P2.1: So far, we only know that PSCs express K2P2.1 (previously designated as TWIK-related potassium channel-1 TREK1) (Fels et al., 2016). In fact, K2P2.1 is a mechanosensitive ion channel that can be modulated by pressure and membrane stretch (Lauritzen et al., 2005 Honoré, 2007) but also by pH. K2P2.1 contributes to setting the resting membrane potential of the cells (Bittner et al., 2014), and it is strongly correlated with proliferation and cell cycle in some tumors (Pethő et al., 2019). The mechanosensitive function of K2P2.1 is postulated to be involved in the migration, especially in the coordination of the front and rear ends of the cells (Pethő et al., 2019). Sauter et al. observed that the activation of K2P2.1 with BL 1249 in a PDAC line, BxPC-3, inhibits cell proliferation and migration through the hyperpolarization of the membrane (Sauter et al., 2016). Controversially, the absence of K2P2.1 in heart myofibroblasts from pressure-overloaded mice attenuates cardiac fibrosis also by decreasing fibroblast proliferation and migration (Abraham et al., 2018). This highlights again how the same ion channel can have a different impact on the behavior of different cell types and how this topic must be considered during the development of new therapies. However, it may also be seen as an indication that the “natural,” possibly fluctuating, activity is what matters physiologically. Clamping channel activity to a maximum or a minimum impairs cell function. It remains to be seen whether K2P2.1 channels exert a similar role in PDAC desmoplasia, where the unique tumor microenvironment could influence K2P2.1 function in many ways.

TRPV4: The transient receptor potential vanilloid channel 4 (TRPV4) is a mechanosensitive Ca 2+ -permeable nonselective cation channel that is expressed in many organs including the pancreas (Zhan and Li, 2018). TRPV4 is also expressed in PSCs. Its mRNA expression strongly decreases in PSCs when they are cultured under an elevated ambient pressure (𫄀 mmHg), mimicking the conditions that can be found in PDAC (Fels et al., 2016 Pethő et al., 2019 Sharma et al., 2019). The functional implications of this mechanosensitive expression have not yet been published. The decreased TRPV4 mRNA expression upon mechanical stimulation can be explained as a compensatory response of the cells which prevents Ca 2+ overload following the pressure stimulus (Fels et al., 2016).

Notably, PSCs also release TGF-β upon stimulation with pressure (Sakata et al., 2004 Fels et al., 2016). TRPV4 integrates mechanical stimuli and soluble signals such as TGF-β, and it drives the epithelial–mesenchymal transition (EMT) (Adapala et al., 2013 Sharma et al., 2019). TRPV4 expression is dramatically increased in many tissue samples of patients with liver fibrosis (Songa et al., 2014). Furthermore, TRPV4 is highly expressed in hepatic stellate cells (Songa et al., 2014). Inhibition of TRPV4 decreases cell proliferation of hepatic stellate cells, decreases their TGF-β�pendent activation and the expression of collagen 㬑 and α-smooth muscle actin genes in in vitro cultures (Songa et al., 2014). Inhibition of TRPV4 also leads to an increase in apoptosis and inhibition of autophagy in the TGF-β–treated hepatic stellate cell line HCS-T6. These findings can be taken as indication for a similar role of TRPV4 channels in PSCs as well.


Recording and Analysis of Intracellular Electrophysiological Signals

7.11 FURTHER READING

Ionic Channels of Excitable Membranes, 2nd edn, by Bertil Hille. Sinauer Associates (1992) . An excellent introduction to ion channels and the underlying theory. Required reading for the intracellular electrophysiologist.

Single-Channel Recording, 2nd edn, Bert Sakmann & Erwin Neher (eds). Plenum Pub. Corp. (1995). The definitive text on patch clamping principles and practice, by many of the originators of the technique.

Microelectrode Techniques: The Plymouth Workshop Handbook, 2nd edn, David Ogden (ed.). Company of Biologists, Cambridge (1994). A practical introduction to electrophysiological techniques. The course book for the annual microelectrode techniques course held at the Plymouth Marine Laboratory in the UK.

The Axon Guide for Electrophysiology & Biophysics Laboratory Techniques, Rivka Sherman-Gold (ed.). Axon Instruments Inc. (1993). A useful (although pre-Windows) guide to electrophysiological data acquisition techniques, produced by one of the leading commercial suppliers in this field.


Bibliografia

Angelo, K. & Margrie, T. W. Nauka. Reprezentant. 1, 50 (2011).

Padmanabhan, K. & Urban, N. N. Nature Neurosci. 13, 1276–1282 (2010).

Marsat, G. & Maler, L. J. Neurofizjol. 104, 2543–2555 (2010).

Angelo, K. et al. Natura 488, 375–378 (2012).

Stocks, N. G. Fiz. Ks. 84, 2310–2313 (2000).

Longtin, A. & Mejias, J. F. Fiz. Ks. 108, 228102 (2012).


Streszczenie

In this review, we have highlighted the effects of ES as a physical stimulator on cellular behavior for the purposes of applying to regenerative medicine and tissue engineering. In most cases, ES facilitates cell proliferation and differentiation, enhance cell cathode migration and alignment to field vectors, and mainly through EGFR, PI3K and Ca 2+ related mechanism. ES can be delivered through tissue engineering scaffolds made of metallic biomaterials, conducting polymers, or carbon materials, the main methods are direct coupling, capacitive coupling, and using an electromagnetic field.

In the future, the combination of specific material/structure and ES will offer many advantages over other types of stimulations and allow for precise cellular regulation. Developing safe and effective partition-type scaffold combine with ES that can distinguish different areas to perform different stimulation still requires some challenges to be overcome. Although still in its early stages, the field of ES is rapidly evolving, and new next-generation regenerative medicine and tissue engineering will make it possible to take advantage of ES. Studying the low risk ES method for wearable application is also a future direction. With increasing research, electrical stimuli have the potential to play a significant role in tissue engineering and regenerative medicine.


Flavor

How do 5 basic tastes turn into the myriad complex taste sensations we experience when eating food? Olfaction plays an important role in the perception of flavor, as do vision and touch. Taste information combines with information from these other sensory systems in the orbitofrontal cortex located in the frontal lobe. This region is believed to be important for the pleasant and rewarding aspects of food. Additionally, as taste is processed in higher-order regions of the CNS, information is combined using population coding mechanisms. Test how your senses combine to create flavor at home!

  • Taste cells express specific taste receptors and are located in taste buds within the papillae
  • Salt and sour taste cells rely on ion channels to depolarize the cell and release serotonin
  • Bitter, sweet, and umami taste cells rely on G-protein coupled receptors and second messengers that open ATP channels
  • At the level of the taste receptor cells, taste is perceived by using labeled line coding
  • Multiple regions in the mouth and throat play a role in processing of taste
  • Three cranial nerves innervate the tongue and throat
  • The cranial nerves synapse in the nucleus of the solitary tract in the medulla. Information then travels to the ventral posterior medial nucleus of the thalamus and then to the gustatory cortex
  • To perceive complex flavors, information from other sensory systems is combined with taste information in the orbitofrontal cortex


Obejrzyj wideo: Wideokonferencja: Zrównoważone finansowanie dlaczego i w jaki sposób dotyczy to mojej firmy? (Może 2022).


Uwagi:

  1. Vudogami

    Nie mam nic przeciwko drukowaniu takiego postu, rzadko znajdziesz go w Internecie, dzięki!

  2. Dizahn

    i odbiorę ATP

  3. Nikolrajas

    Bravo, myślę, że to genialna fraza

  4. Kazisar

    W tym coś jest.Dzięki za pomoc w tym pytaniu im łatwiej tym lepiej...

  5. Daizragore

    Przepraszam, ale moim zdaniem się mylili. Spróbujmy o tym omówić. Napisz do mnie w PM, rozmawia z tobą.

  6. Mal

    Czy istnieje podobny analog?

  7. Nikozuru

    Przepraszam za ingerowanie ... Niedawno tu jestem. Ale ten temat jest mi bardzo bliski. Gotowy do pomocy.



Napisać wiadomość