Deumidificazione cellulare - Cellular dewetting

Sequenza istantanea di dewetting cellulare
Figura 1. Immagini istantanee tratte da un video che mostra la nucleazione e la crescita di un TEM in una cellula endoteliale intossicata con esoenzima C3 da Clostridium botulinum per 24 ore, Bar = 10 μm. Per le dinamiche vedere Video .

La deumidificazione cellulare si riferisce al processo di nucleazione e allargamento dei tunnel di macroapertura delle cellule transendoteliali (TEM) nelle cellule endoteliali (Figura 1). Questo fenomeno è analogo alla nucleazione e alla crescita di chiazze secche in liquidi viscosi che si diffondono su un substrato non bagnabile (Figura 2). La deumidificazione cellulare è innescata da diverse tossine proteiche di batteri patogeni , in particolare i fattori EDIN-simili di Staphylococcus aureus e di Clostridium botulinum , nonché la tossina edematosa di Bacillus anthracis . I TEM si formano in risposta alla rottura delle connessioni fisiche del citoscheletro attraverso il citoplasma a causa dell'inibizione della via RhoA/ROCK o dell'induzione del flusso dell'ampia molecola di segnalazione dell'AMP ciclico ( cAMP ) .

La fisica dietro la deumidificazione cellulare

Diagramma che illustra l'analogia tra dewetting liquido e cellulare.
Figura 2. Analogia tra deumidificazione liquida e deumidificazione cellulare.

Il fenomeno della deumidificazione cellulare può essere interpretato mediante modelli fisici (Figura 2). La forza trainante responsabile della formazione spontanea dei tunnel TEM e della loro apertura è la tensione di membrana che risulta dalla diffusione delle cellule dovuta al rilassamento dell'actomiosina. Contrariamente alla deumidificazione liquida, i TEM raggiungono un diametro massimo, in corrispondenza del quale la forza motrice è bilanciata da una forza resistente che si sviluppa lungo i bordi del TEM (Figura 2). Questa forza resistente è indicata come tensione di linea ed è atipica a livello molecolare.

Parametri fisici

Forze motrici che tirano su un tunnel di raggio R , come illustrato nella Figura 2. Qui, la trazione è dovuta al tensionamento della membrana cellulare (σ) che è in parte contrastato da una tensione di linea attorno al tunnel ( T ). In queste condizioni, la forza motrice netta ( F D ) è costituita da due contributi:

La deumidificazione procede se F D >0.

Tensione di membrana ( σ ) dipende dal raggio tunnel R . Un aumento delle dimensioni del tunnel rilassa la membrana , inducendo una diminuzione della tensione di membrana, come descritto dalla legge di Helfrich .

La tensione di linea ( T ) corrisponde alla forza resistente lungo il bordo del tunnel che si oppone alla tensione della membrana e limita la deumidificazione. Questa tensione di linea può avere componenti fisiche e molecolari.

Riferimenti

  1. ^ Lemichez, E. (2012). "Dinamica del tunnel transcellulare: controllo della deumidificazione cellulare mediante la contrattilità dell'actomiosina e le proteine ​​I-BAR". Biologia della cellula . 105 (3): 109-117. doi : 10.1111/boc.201200063 . PMID  23189935 .
  2. ^ De Gennes, P.-G. (2004). Fenomeni di capillarità e bagnatura . New York: Springer. ISBN 978-0387005928.
  3. ^ Boyer, L. (2006). "Induzione di macroaperture transitorie nelle cellule endoteliali attraverso l'inibizione di RhoA da parte di fattori di Staphylococcus aureus" . Giornale di biologia cellulare . 173 (5): 809-819. doi : 10.1083/jcb.200509009 . PMC  2063895 . PMID  16754962 .
  4. ^ a b Maddugoda, MP (2011). "La segnalazione di cAMP da parte della tossina dell'edema dell'antrace induce tunnel cellulari transendoteliali, che vengono risigillati da MIM tramite polimerizzazione dell'actina guidata da Arp2/3" . Ospite cellulare e microbi . 10 (5): 464–474. doi : 10.1016/j.chom.2011.09.014 . PMID  22100162 .
  5. ^ Cai, Y. (2010). "La coerenza del citoscheletro richiede contrattilità miosina-IIA" . Giornale di scienza delle cellule . 123 (3): 413-423. doi : 10.1242/jcs.058297 . PMC  2816186 . PMID  20067993 .
  6. ^ Gonzalez-Rodriguez, D. (2012). "Dewetting cellulare: apertura di macroaperture nelle cellule endoteliali" . Lettere di revisione fisica . 108 (21): 218105. doi : 10.1103/PhysRevLett.108.218105 . PMID  23003307 .