세포융합

Cell fusion

세포융합은 여러 개의 핵이 없는 세포(단일핵을 가진 세포)가 결합하여 다핵세포(syncytium)로 알려진 다핵세포를 형성하는 중요한 세포 과정이다. 세포 융합은 근막, 골막, 영양소의 분화, 발생기 발생, 형태생성 중에 발생한다.[1] 세포융합은 세포의 성숙기에 필요한 사건으로, 세포들이 성장 내내 특정한 기능을 유지하도록 한다.

역사

1847년 테오도르 슈완은 이산 세포가 생명의 기초라는 것을 덧붙이자 모든 살아있는 유기체는 세포로 구성된다는 이론을 확장했다. Schwann은 특정 세포에서 세포의 벽과 충치가 함께 합쳐지는 것을 관찰했다. 세포가 융합한다는 첫 번째 암시를 제공한 것은 바로 이 관찰이었다. 세포 생물학자들이 의도적으로 처음으로 세포를 융합시킨 것은 1960년이 되어서였다. 이 세포들을 융합하기 위해 생물학자들은 같은 종류의 조직과 격리된 쥐 세포를 결합하고 센다이 바이러스(쥐의 호흡기 바이러스)를 이용해 외부막의 융합을 유도했다. 각각의 융합된 하이브리드 세포는 양쪽 융합 파트너의 염색체를 가진 하나의 핵을 포함하고 있었다. 싱카롱은 핵과 결합한 이런 종류의 세포의 이름이 되었다. 1960년대 후반 생물학자들은 다른 종류의 세포와 다른 종의 세포들을 성공적으로 융합시켰다. 이 퓨전들의 혼합물인 헤테로카리온은 두 개 이상의 분리된 핵을 유지하는 하이브리드였다. 이 작품은 옥스퍼드 대학의 헨리 해리스와 스웨덴의 카롤린스카 연구소의 닐스 링거츠가 맡았다. 이 두 사람은 세포 융합에 대한 관심을 되살릴 책임이 있다. 이 잡종 세포들은 생물학자들에게 다른 종류의 세포질이 다른 종류의 핵에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 관심을 가졌다. 헨리와 닐스가 수행한 연구는 한 유전자 융합에서 나온 단백질이 다른 파트너의 핵에서 유전자 발현에 영향을 주고, 그 반대도 마찬가지라는 것을 보여주었다. 생성된 이러한 하이브리드 세포들은 정상적인 세포의 무결성에 대한 강제적인 예외로 간주되었고 2002년에 이르러서야 다른 유형의 세포들 사이의 세포 융합 가능성이 포유류에서 실제 기능을 가질 수 있었다.[2]

2종류

A diagram of cell fusion of various kinds
a 같은 혈통의 세포들이 융합하여 여러 개의 핵으로 이루어진 세포를 형성하는데, 이를 신시티움이라고 한다. 융합세포는 변형된 표현형과 장벽 형성과 같은 새로운 기능을 가질 수 있다.
b 서로 다른 혈통의 세포들이 융합하여 이단핵으로 알려진 복수의 핵으로 세포를 형성한다. 융합된 세포들은 표현형의 역전을 겪었거나 전분화를 보일 수 있다.
c 다른 혈통이나 같은 혈통의 세포들이 융합하여 하나의 핵을 가진 세포를 형성하며, 싱카론이라고 한다. 융합세포의 새로운 기능에는 표현형의 역전, 전이분화, 증식이 포함될 수 있다. 핵융합이 발생할 경우, 핵융합은 처음에는 양쪽 핵융합 파트너(4N)의 완전한 염색체 함량을 포함하지만, 궁극적으로 염색체들은 손실되거나/또는 재분배된다(화살표 참조). 핵융합이 일어나지 않으면 이단핵(또는 싱시티움)이 핵 전체를 탈피해 싱카리온이 될 수 있다.

발생할 수 있는 두 가지 다른 종류의 세포 융합이 있다. 이 두 가지 유형에는 동형세포융합과 이형세포융합이 포함된다.

동형세포 융합은 같은 유형의 세포 사이에서 일어난다. 이것의 예로는 골수성형이나 근피버가 각각의 세포 유형과 함께 결합하는 것이다. 두 핵이 합쳐질 때마다 신카리온이 생성된다. 세포융합은 보통 핵융합과 함께 발생하지만, 핵융합이 없을 경우, 세포는 이핵화된 이질화합물로 설명될 것이다. 헤테로카리온은 둘 이상의 세포가 하나로 결합되는 것으로, 몇 세대에 걸쳐 자생할 수 있다.[3] 만약 같은 종류의 세포 두 개가 융합되었지만 그들의 핵이 융합되지 않는다면, 그 결과 생긴 세포는 싱시티움이라고 불린다.[4]

헤테로형 세포 융합은 다른 종류의 세포들 사이에서 일어나며, 동형세포 융합과는 정반대되는 것이 된다. 이 융합의 결과 역시 핵의 융합에 의해 생성되는 싱카리온이며, 핵융합의 부재시 이핵화된 이질화리콘이다. 이것의 예로는 골수 유도 세포(BMDC)가 폐렴성 장기와 융합되는 것이 있을 것이다.[5]

네 가지 방법

세포생물학자와 생물물리학자가 세포를 융합하기 위해 사용하는 방법은 네 가지다. 이 네 가지 방법에는 전기 세포 융합, 폴리에틸렌 글리콜 세포 융합, 센다이 바이러스 유도 세포 융합과 광학적으로 제어되는 열가소성 세포융합이라는 새로운 방법이 있다.

BTX ECM 2001 미국 Holliston MA BTX Harvard Devices에서 제조한 전기퓨전 제너레이터 셀 퓨전 애플리케이션

전기 세포 융합은 현대 생물학에서 가장 혁신적인 방법들 중 몇 가지에서 필수적인 단계다. 이 방법은 두 개의 세포가 유전체세포에 의해 접촉될 때 시작된다. 유전형성증은 직류 전류가 적용되는 전기형성과는 달리 고주파 교류를 사용한다. 일단 셀이 모이면 펄스 전압이 가해진다. 맥박 전압은 세포막이 스며들게 하고 그 후에 세포와 세포가 결합하게 한다. 이후 공정을 안정시키기 위해 짧은 시간 동안 대체 전압을 가한다. 그 결과 세포질이 서로 섞여 세포막이 완전히 융합된 것이다. 별개로 남아 있는 것은 핵뿐인데, 나중에 세포 내에서 융합되어 그 결과가 이단세포가 된다.[6]

폴리에틸렌 글리콜 세포 융합은 가장 간단하지만 가장 독성이 강한 세포 융합 방법이다. 이러한 유형의 세포융합 폴리에틸렌 글리콜, PEG는 탈수제 역할을 하며 플라즈마막뿐만 아니라 세포내막도 퓨즈로 작용한다. 이것은 PEG가 세포의 응집과 세포와 세포간의 접촉을 유도하기 때문에 세포 융합으로 이어진다. 이러한 유형의 세포융합이 가장 널리 사용되고 있지만, 여전히 붕괴가 있다. 종종 PEG는 통제할 수 없는 다수의 세포의 융합을 유발하여 거대한 폴리카리온의 출현으로 이어질 수 있다. 또한, 표준 PEG 세포 융합은 잘 재현되지 않고 다른 종류의 세포들은 다양한 핵융합 민감도를 가지고 있다. 이러한 유형의 세포융합은 체세포 하이브리드의 생산과 포유류 복제에서의 핵이식에 널리 사용된다.[7]

센다이 바이러스에 의한 세포 융합은 4개의 다른 온도 단계에서 일어난다. 10분을 넘지 않는 1단계에서는 바이러스 흡착이 일어나며, 흡착된 바이러스는 바이러스 항체에 의해 억제될 수 있다. 20분인 두 번째 단계는 pH에 의존하며 바이러스성 항이세럼을 첨가하면 여전히 궁극적인 융합을 억제할 수 있다. 세 번째 항체-환원 단계에서는 바이러스성 봉투 성분이 세포 표면에서 검출 가능한 상태로 남아 있다. 4단계에서는 세포융합이 뚜렷해지고 HA 뉴라미디아제와 융합인자가 사라지기 시작한다. 1단계와 2단계만이 pH 의존형이다.[8]

열가소성모닉 유도 세포융합 열가소성모닉은 근적외선(NIR) 레이저와 플라스모닉 나노입자를 기반으로 한다. 일반적으로 광학 트랩의 역할을 하는 레이저를 사용하여 나노스코픽 플라스모닉 입자를 매우 높고 국소적으로 매우 높은 온도로 가열한다. 이러한 나노 히터를 두 개의 막 vesicle, 즉 두 개의 세포 사이의 인터페이스에서 광학 트랩하면 내용물과 지질 혼합에 의해 검증된 두 개의 광학 히터가 즉시 융합된다. 이점은 소금의 영향을 받는 전기적 형성과 달리 어떤 완충조건에서도 융합과 융합을 수행할 수 있는 완전한 융통성을 포함한다.

인간요법에서.

장기 기능을 회복하고 손상된 세포를 이식할 수 있는 장기 및 조직으로 대체하는 대체 형태가 필요하다. 생물학자들이 치료용 세포 융합 가능성을 고려하기 시작한 것은 희소성 때문이다. 생물학자들은 세포 융합이 조직 손상이나 세포 이식에 따른 회복 효과와 함께 발생할 수 있다는 관찰의 의미를 논해 왔다. 이를 위해 세포융합을 사용하는 것이 논의되고 작업되고 있지만, 치료 도구 얼굴로서 세포융합을 구현하고자 하는 사람들에게는 여전히 많은 도전들이 있다. 이러한 과제에는 재생 핵융합에 사용할 최적의 세포 선택, 원하는 조직에 선택된 세포를 도입하는 최선의 방법 결정, 세포융합 발생률을 증가시키는 방법 발견, 그리고 결과적인 핵융합 제품이 제대로 기능할 수 있도록 하는 것이 포함된다. 만약 이러한 난제를 극복할 수 있다면 세포융합은 치료적 잠재력을 가질 수 있을 것이다.[9]

미생물

곰팡이

플라스모일처제는 두 세포가 융합하여 공통의 세포질을 공유하는 동시에 두 파트너의 하플로이드 핵을 같은 세포에 함께 가져오는 곰팡이의 성 순환의 단계다.

아메보조아

세포융합(plasmogely 또는 seungamy)은 아메보조아 성 순환의 한 단계다.[10]

박테리아

대장균에서 대장균의 자연발생적 조게네시스(Z-mating)는 세포융합을 수반하며, 원핵생물에서 진정한 성감대의 한 형태로 나타난다. Z-mating을 수행하는 박테리아는 Szp라고+ 불린다.[11]

기타 용도

참고 항목

참조

  1. ^ "6.3. Cell fusion". Herkules.oulu.fi. Retrieved 2013-08-16.
  2. ^ Ogle, Brenda M.; Platt, Jeffrey L. (1 January 2004). "The Biology of Cell Fusion: Cells of different types and from different species can fuse, potentially transferring disease, repairing tissues and taking part in development". American Scientist. 92 (5): 420–427. doi:10.1511/2004.49.943. JSTOR 27858450.
  3. ^ "Definition of Cell fusion".
  4. ^ Ogle, B. M.; Cascalho, M.; Platt, J. L. (2005). "Cells derived by fusion". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 6 (7): 567–575. doi:10.1038/nrm1678. PMID 15957005.
  5. ^ Singec, Ilyas; Snyder, Evan Y. (2008). "Inflammation as a matchmaker: Revisiting cell fusion". Nature Cell Biology. 10 (5): 503–505. doi:10.1038/ncb0508-503. PMID 18454127.
  6. ^ "Principles And Applications Of Electrical Cell Fusion".
  7. ^ Pedrazzoli, Filippo; Chrysantzas, Iraklis; Dezzani, Luca; Rosti, Vittorio; Vincitorio, Massimo; Sitar, Giammaria (1 January 2011). "Cell fusion in tumor progression: the isolation of cell fusion products by physical methods". Cancer Cell International. 11: 32. doi:10.1186/1475-2867-11-32. PMC 3187729. PMID 21933375.
  8. ^ Wainberg, M. A.; Howe, C. (1 October 1973). "Factors Affecting Cell Fusion Induced by Sendai Virus". J Virol. 12 (4): 937–939. doi:10.1128/JVI.12.4.937-939.1973. PMC 356713. PMID 4359961.
  9. ^ Sullivan, Stephen; Eggan, Kevin (1 January 2006). "The potential of cell fusion for human therapy". Stem Cell Rev. 2 (4): 341–349. doi:10.1007/BF02698061. PMID 17848721.
  10. ^ Hofstatter PG, Brown MW, Lahr DJG (November 2018). "Comparative Genomics Supports Sex and Meiosis in Diverse Amoebozoa". Genome Biol Evol. 10 (11): 3118–3128. doi:10.1093/gbe/evy241. PMC 6263441. PMID 30380054.
  11. ^ Gratia JP, Thiry M (September 2003). "Spontaneous zygogenesis in Escherichia coli, a form of true sexuality in prokaryotes". Microbiology (Reading, Engl.). 149 (Pt 9): 2571–84. doi:10.1099/mic.0.26348-0. PMID 12949181.
  12. ^ Gammal, Roseann; Baker, Krista; Heilman, Destin (2011). "Heterokaryon Technique for Analysis of Cell Type-specific Localization". Journal of Visualized Experiments (49): 2488. doi:10.3791/2488. ISSN 1940-087X. PMC 3197295. PMID 21445034.

추가 읽기

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