Клетки эпидермиса: Что нужно знать о коже?

Содержание

Найден способ быстро и просто анализировать форму клеток эпидермиса листьев у растений

Сотрудники Института цитологии и генетики СО РАН совместно с российскими коллегами разработали программу LSM-W2, которая позволяет извлекать данные о морфологии поверхности листа из изображений, полученных с применением лазерного сканирующего микроскопа. С ее помощью можно обработать большой массив информации в сжатые сроки и на менее мощном компьютере. Статья о разработке опубликована в журнале BMC Systems Biology.

«Для того чтобы понимать фундаментальные механизмы, которые лежат в основе самоорганизации клеток в сложные структуры, исследователям важно дифференцировать типы клеток, видеть этот процесс в динамике, — объясняет один из авторов статьи, научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН, кандидат биологических наук Алексей Дорошков. — Существует множество модельных объектов, на которых можно одновременно наблюдать последовательность стадий развития органов. Например, у злаковых растений листья длительное время находятся в состоянии стационарного роста. Что это значит? Получается, что кончик листа уже содержит зрелые основные и специализированные клетки, сформировавшие так называемый паттерн (рисунок, закономерность их расположения), в то время как в нижней части все еще происходит образование новых клеток: здесь они еще не знают, какую функцию будут выполнять в ткани, идет процесс определения клеточной судьбы».

Данные о клетках собираются с помощью лазерного сканирующего микроскопа: он делает протяженный цифровой 3D-скан размером порядка нескольких сантиметров с разрешением менее одного микрона на один пиксель. Изображение содержит несколько оптических срезов, что дает исследователям возможность реконструировать трехмерную модель объекта. Получаются достаточно объемные файлы: фрагмент листа размером несколько миллиметров, отсканированный с высоким разрешением, весит примерно 10 Гб. Однако иногда для работы ученым нужны определенные клетки, а не вся информация из скана. Например, требуются данные о том, какие события, с какими клетками эпидермиса и с какой частотой происходили в процессе развития.

«Если человек вручную будет измерять это и считать, то он не скоро закончит, — говорит Алексей Дорошков, — нам нужно упрощать задачу: осуществлять автоматическую предобработку изображений. Алгоритм, который лег в основу программы, связан со структурированием множественных сканов. Микроскоп за единицу времени делает один маленький, условно говоря, кубик, он может сделать несколько таких «кубиков» вдоль изучаемого органа. Обработать полученные таким образом данные — масштабная задача: надо правильно расположить фрагменты, убрать шумы и выделить необходимый клеточный слой, который может быть произвольной формы».

Созданный коллективом авторов плагин позволяет перейти от трехмерной реконструкции к двухмерной структурной модели ткани, при этом он распознает нужные исследователям слои и клетки и визуализирует только их. Таким образом, с одной стороны, структурируется нужная информация, а с другой — уменьшается размер файлов, а значит, и необходимость в мощных вычислительных ресурсах.

Эта разработка в перспективе будет полезна в сельском хозяйстве при отборе линий растений, устойчивых к тем или иным условиям. Например, чтобы выявить влияние внешних условий на разные типы клеток и разные органы при оценке разных генотипов растений. «Можно собрать образцы листьев и проанализировать их клеточную архитектуру, а затем понять, нарушения какого типа у них произошли и в каком количестве, определить потенциально устойчивый генотип, который формировал вегетативную массу наиболее эффективно», — подводит итог Алексей Дорошков.

Источник: https://indicator.ru/news/2019/05/15/forma-kletok-epidermisa-rastenij/

 

Основа процедур – теория клеточного контроля

Компания Wamiles предлагает систему ухода за кожей, основанную на разработанной оригинальной Теории Клеточного контроля (контроля цикла развития и обновления эпидермиса кожи). Теория позволяет сохранить здоровье кожи путем регулирования ритма созревания клеток. В связи с этим, важной особенностью косметики является то, что каждая Линия средств для домашнего ухода , а также Салонный уход направлены на приведение в норму цикла обновления эпидермиса – и за счет этого – возрождения природного потенциала и красоты кожи. Красота через здоровье –  главный посыл и принцип Wamiles.

Для максимального эффекта от ухода, вспомним механизм функционирования кожи.  

Эпидермис – это наружный слой кожи, который образован многослойным эпителием.

 

Включает в себя несколько слоёв эпидермальных клеток:

  • нижний — базальный, включает в себя один ряд клеток;
  • шиповатый — 3–8 рядов;
  • зернистый — 1–5 рядов;
  • блестящий — 2–4 ряда клеток без ядер;
  • роговой — многослойный ороговевающий эпителий

Клетки эпидермиса постоянно обновляются, образуя в базальном слое эпидермиса новые клетки. Большинство клеток эпидермиса продуцируют кератин. Эти клетки называют

кератиноцитами. По мере взросления кератиноцит перемещается в верхние слои. В конце концов, кератиноцит теряет ядро и основные органеллы и превращается “корнеоцит“. Корнеоциты – плоские чешуйки, образующие роговой слой (отжившие клетки эпидермиса), отвечающие за барьерную функцию эпидермиса.

Корнеоциты скреплены между собой пластичным “цементом”, состоящим из двойного слоя липидов – керамидов (церамидов). Клетки в наружном слое кожи – на поверхности эпидермиса – являются наиболее богатым источником керамидов. Керамиды, жирные кислоты и холестерин работают вместе в роговом слое, чтобы предотвратить потерю воды и сохранить кожу увлажненной и эластичной. Керамиды составляют около 40% всех липидов в роговом слое, однако, к сожалению, эта цифра не вечна.

От состояния эпидермиса зависит внешний вид кожи, её свежесть и цвет. С возрастом обновление клеток происходит все реже и реже, кожа начинает стареть, появляются морщины.

Слаженная работа трех слоев кожи позволяет сохранить красоту кожи. Обновление эпидермиса – это обмен веществ кожи. Идеальный цикл обновления эпидермиса –  21-28 дней. Начиная приблизительно с 25-летнего возраста, процесс обновления кожи становится более медленным и увеличивается до 35-45 дней к 40-м годам и 56-72 дней после 50-тилетнего рубежа.

Если отмершие клетки кожи наслаиваются, процесс деления клеток происходит более медленно, что ведет к более быстрому старению кожи, усложняется при этом и проникновение кислорода и питательных веществ в кожу.

Идея косметики – как можно контролировать цикл обновления кожи? Во-первых, обязательно знать исходное состояние кожи, чтобы подобрать воздействие, которое будет стимулировать тот процесс, который для данной кожи в данной ситуации максимально нужен. 

4. Поэтому ОЧЕНЬ ВАЖНО ПРОВОДИТЬ первичную диагностику состояния кожи пациента и состояние рогового слоя:

  1. Кожа с истонченным роговым слоем (Чувствительная кожа) Для такой кожи характерны – сухость, повышенная чувствительность. Здесь у нас ускоренный цикл обновления клеток эпидермиса (невызревшие клетки не выполняют свои функции, образуют щели в межклеточном пространстве, что приводит к снижению функции защитного барьера).
  2. Кожа с утолщенным роговым слоем – характерны пятна, морщины, тусклость. Нарушена функция слущивания рогового слоя. Характерен замедленный цикл обновления клеток эпидермиса.
  3. Кожа с нормальным циклом обновления эпидермисаздоровая кожа с нормальным циклом обновления клеток, упругая, с хорошим кровотоком. Наблюдается увлажненность, сохраняется прозрачность и красота кожи.

Далее, в зависимости от состояния кожи пациента, косметолог назначает домашний уход и салонный уход, направленный именно на

приведение в нормальное состояние цикл клеточного обмена.  Так, для одного Клиента целью уходов может быть ускорение метаболизма клеток, а для другого – задачей Косметолога станет восстановление защитного барьера, восстановление функционирования межклеточных липидов рогового слоя, и , как следствие, приведение в норму цикла деления клеток.

Важно заметить, что в течение жизни и в зависимости от питания/образа жизни Пациента, состояние цикла клеточного обмена может меняться. Здесь может быть и гормональные изменения, влияние негативных факторов окружающей среды, возрастные изменения. Так и рецепт Wamiles может и должен меняться после повторной диагностики и определения текущего состояния кожи.

 Таким образом, каждая Линия и процедура Марки Wamiles несет в себе определенную цель и результат обязательно будет, если правильно выписан рецепт.

ИМЕННО ПОЭТОМУ, КОСМЕЦЕВТИКУ ВАМИЛЕС ДОЛЖЕН НАЗНАЧАТЬ КОСМЕТОЛОГ, КОТОРЫЙ МОЖЕТ ДИАГНОСТИРОВАТЬ СОСТОЯНИЕ КОЖИ.

 

 

Записаться на процедуру

Generation and Culturing of Primary Human Keratinocytes from Adult Skin

Кальций индуцированной терминала дифференциация
Человеческие кератиноциты проходят терминала дифференциация по обращению с кальция14,,1516. Основная человеческие кератиноциты были изолированы и культивировали как описано в протоколе выше. Когда примерно 50-60% притока, клетки были стимулируется с кальцием (1,2 мм) или автомобиль и фотографии клетки были приняты на день 0, 1 и 2. Рисунок 1 показывает морфологические изменения кератиноциты, наблюдается при стимуляции кальция.

Выражение Involucrin является увеличилось после стимуляции кальция
Культивированный человеческие кератиноциты выросли до примерно 50-60% притока, после чего были стимулировал клетки с кальция (1,2 мм) или транспортное средство для 24 и 48 ч. Мы продемонстрировали, что параллельно с повышенной дифференцировки клеток, как отметил морфологические изменения кератиноциты, выражение mRNA дифференциации маркер involucrin значительно возросло после стимуляции кальция. После 24 и 48 h стимуляции involucrin выражение mRNA был увеличен примерно 5.5-fold и поддирочно, соответственно, по сравнению с транспортного средства (

рис. 2).

IL-1β-индуцированной фосфорилирование p38 MAPK
Чтобы определить, если отдельные человеческие кератиноциты реагировать cytokine индуцированной активации внутриклеточных сигнальных путей, культивированный кератиноцитов были стимулируется с ИЛ 1β (10 нг/мл) для различных моментов времени. В течение 5 мин ИЛ 1β стимуляции привело к быстрой активации/фосфорилирование p38 MAPK, как определяется Западный blotting. После 1 h ИЛ 1β-индуцированной p38 MAPK фосфорилирование возвратились базального уровня (рис. 3). Только фосфорилированных форма p38 MAPK было увеличено, как ИЛ 1β стимуляции не влияет на уровень общего белка p38 MAPK (

рис. 3).


Рисунок 1 : Представитель изображений кальция индуцированной дифференциации кератиноцитов. Культивированный первичной человеческие кератиноциты были стимулируется с транспортное средство (dH2O) или кальция (1,2 мм) для указанного времени точек. (A – E) Фаза контраст изображения кератиноцитов на день 0 (A), 1 день (B и C) и день 2 (D и E) после стимуляции кальция. Шкалы бар = 100 µm. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.


Рисунок 2 : Увеличение выражение mRNA involucrin после стимуляции кальция. Кальций (1,2 мм) или транспортного средства (dH2O) был добавлен в культивированный первичного человека кератиноцитов для указанного времени точек (n = 3). РНК была изолирована и выражение дифференциации маркер involucrin анализ ПЦР. RPLP0 выражение mRNA (рибосомных протеина большой P0) был использован для нормализации. Результаты представляют собой среднее ± с.д. из трех различных экспериментов. p < 0,05 по сравнению с транспортного средства. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.


Рисунок 3 : IL-1β-индуцированной фосфорилирование p38 MAPK. Культивированный первичной человеческие кератиноциты были стимулируется с транспортное средство (PBS + 0,15% BSA) или ИЛ 1β (10 нг/мл) для указанного времени точек. Экстракты белка были изолированы и западной blotting анализ, используемый для измерения фосфорилированных уровня p38 MAPK и всего p38 MAPK. Равных загрузки была подтверждена инкубации с антитела анти β-актина. Отображаются данные из одного представителя эксперимента из трех. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

БАРЬЕРНЫЕ ФУНКЦИИ ЭПИДЕРМИСА: ЕЩЕ ОДИН ВАЖНЫЙ ИГРОК

Согласно исследованиям, человек теряет около 200-500 миллионов клеток кожи каждый день. Однако целостность кожи при этом не нарушается, она прекрасно выполняет свои барьерные функции, благодаря активному обновлению. Но как удается поддерживать надежный барьер при такой скорости обновления?

Как известно, основную роль в поддержании барьерных функций кожи играет роговой слой, однако не только он. В коже млекопитающих эпидермис имеет два набора физических барьеров: роговой слой и плотные контакты между клетками — специфический вид сочленения клеточных мембран, не похожий на десмосомы и полудесмосомы, которыми связаны все клетки эпидермиса. Плотные контакты образуются путем точечного соединения мембран соседних клеток через трансмембранные белки клаудин-1 и окклудин, и имеют вид пояска шириной 0,1-0,5 мкм, окружающего клетку по периметру (обычно у ее апикального полюса). В итоге формируется особого вида решетка или сеть, которая «герметизирует» межклеточное пространство между кератиноцитами зернистого слоя — селективно блокирует перемещение макромолекул и жидкостей между клетками, поддерживая таким образом барьерную функцию эпидермиса и регулируя транспорт веществ через него вместе с роговым слоем.

Недавние исследования показали, что такие контакты помогают формировать надежный барьер уже на уровне зернистого слоя эпидермиса. Причем обнаруживаются они только в середине зернистого слоя, разделяя внеклеточную водную среду эпидермиса на две части. Однако клетки постоянно обновляются и перемещаются в более поверхностные слои эпидермиса, но барьерные функции кожи все равно сохраняются. Как им удается их поддерживать даже в то время, когда новые клетки приходят на смену старым, продемонстрировали японские ученые.

Для изучения данных клеток в живом организме команда ученых из университета Кейо использовала технологию конфокальной микроскопии. Они выяснили, что клетки зернистого слоя имеют особую сложную геометрию, являющеюся основой барьера, который они образуют. Эти клетки имеют форму, напоминающую предсказанный еще в 1887 г. тетракаидекаэдр — 14-гранник с шестью прямоугольными и восемью шестиугольными гранями. Данную форму описал еще лорд Кельвин — как лучшую форму для заполнения пространства. А на гранях этих уплощенных тетракаидекаэдров находятся плотные контакты, связывающие клетки в одну пространственную структуру. Роговые чешуйки сохраняют форму 14-гранника, однако сильно уплощенного.

В ходе дальнейших экспериментов было показано, что плотные соединения перемещаются из клетки в клетку в особом порядке, обеспечивающем поддержание постоянной целостности барьера по всему зернистому слою, даже когда происходит обновление клеток. Новая клетка занимает место непосредственно под клеткой, которую она должна заменить, а старая «уходит» только после формирования плотных контактов между новой клеткой и окружающими ее соседями.

В настоящее время авторы активно изучают это явление и пытаются ответить на вопросы, каким образом клетки зернистого слоя принимают форму уплощенного тетракаидекаэдра и почему плотные контакты образуются только между ними.

Источники:

Yokouchi M., Kubo A. Maintenance of tight junction barrier integrity in cell turnover and skin diseases. Exp Dermatol 2018; 27(8): 876-883.

Yokouchi M., Atsugi T., Logtestijn M.V. et al. Epidermal cell turnover across tight junctions based on Kelvin’s tetrakaidecahedron cell shape. Elife. 2016 Nov 29;5. pii: e19593.

Milstone LM. Epidermal desquamation. J Dermatol Sci 2004; 36(3): 131-140.

Из лука сделали искусственные мышцы

Клетки эпидермиса лука под микроскопом

Umberto Salvagnin / Flickr

Исследователи из Национального Университета Тайваня создали искусственные мышцы из эпидермиса лука. Статья опубликована в Applied Physics Letters.

Существующие искусственные мышцы (актуаторы) на основе различных полимеров могут гнуться и сокращаться, но не могут делать этого одновременно, как их природные прототипы. Исследователи в поисках альтернатив обратили внимание на эпидермис репчатого лука. Тонкая прозрачная пленка кожицы лука сокращается под воздействием электричества и обладает хорошей гибкостью.

Большое количество воды в клетках эпидермиса делает непредсказуемым поведение искусственной мышцы при высыхании, поэтому ученые удаляли из них влагу, используя для этого сублимационную сушку. Без воды волокна гемицеллюлозы и целлюлозы в клеточных стенках начинают цепляться друг за друга, из-за чего эпидермис становится жестким и хрупким. Для удаления гемицеллюлозы из ткани и восстановления гибкости исследователи обработали образец серной кислотой. 

Отделение эпидермиса и сублимационная сушка

Chien-Chun Chen et al. / Applied Physics Letters

На последней стадии процесса ученые покрыли образец эпидермиса с обеих сторон слоем золота и нарезали на полоски, которые и выступали в роли искусственных мускулов. В зависимости от подаваемого напряжения эти полоски способны сокращаться, сгибаясь в тут или другую сторону. Пинцет из получившихся мышц даже смог поднять шарик из ваты весом 0,1 миллиграмма.

Мускулы из эпидермиса лука удерживают шарик ваты весом 0.1 мг

Chien-Chun Chen et al. / Applied Physics Letters

Если последующие эксперименты с получившимися искусственными мускулами покажут возможность их практического применения, то это может стать новым витком развития актуаторов в робототехнике.

Николай Воронцов

Антитела к десмосомам, непрямая иммунофлюоресценция

Метод определения Непрямая иммунофлюоресценция

Исследуемый материал Сыворотка крови

Доступен выезд на дом

Онлайн-регистрация

Серологический тест для диагностики пузырчатки.

Различают простую (вульгарную), вегетирующую, листовидную и эритематозную формы пузырчатки. В основе заболеваний этой группы лежит появление внутриэпидермальных пузырьков, причиной возникновения которых является антитело-опосредованное разрушение десмосом – внеклеточных надмолекулярных структур, которые объединяют между собой клетки кожи. Десмосомы представляют собой плотные межклеточные контакты, состоящие из множества белков, которые, пронизывая мембрану, объединяют две соседние клетки эпидермиса. Разрушение десмосом приводит к образованию интраэпителиальных полостей и отделению клеток друг от друга с образованием акантолитических клеток, которые представляют отдельные клетки или группы клеток внутри интраэпидермальных полостей. Особенностью аутоантител при пузырчатке является способность активировать систему комплемента, в результате чего антитела оказывают прямое цитотоксическое воздействие. Титры антител к десмосомам снижаются при эффективной терапии пузырчатки, что позволяет мониторировать активность заболевания и корректировать иммуносупрессивную терапию. При адекватной терапии титры аутоантител снижаются ниже детектируемых.

Стандартным методов выявления аутоантител к антигенам десмосом является метод непрямой иммунофлюоресценции, который выявляет все разновидности аутоантител. 

Основными антигенами антител к десмосомам являются гликопротеины десмосом – десмоглеин 1 и десмоглеин 3. 

Пациенты с листовидной пузырчаткой имеют антитела против десмоглеина 1 (тест № 1298). При вульгарной пузырчатке и при ее гиперпролиферативном варианте (вегетирующая пузырчатка) отмечаются аутоантитела к десмоглеину 3 (тест № 1299). 

Отличия в патоморфологии высыпных элементов и клинической картине листовидной и вульгарной пузырчатки обусловлены различиями в экспрессии двух основных антигенов. Так, локализация интраэпидермальных полостей в нижних слоях эпидермиса при вульгарной пузырчатке обусловлена экспрессией десмоглеина 3. Десмоглеин 1 и Десмоглеин 3 синтезируются в верхних слоях эпидермиса, однако Десмоглеин 1 располагается ближе к поверхности кожного покрова и, кроме того, отсутствует в эпидермисе слизистых, что обусловливает расположение высыпаний на коже и их отсутствие на слизистых при листовидной пузырчатке.

%d1%8d%d0%Bf%d0%b8%d0%b4%d0%b5%d1%80%d0%bc%d0%b8%d1%81%d0%b0 – English translation – Linguee

RSPO0069 BCXDC: запрос статуса/запрос […]

формата/список принтеров .

enjoyops.de

enjoyops.de

RSPO0069 BC-XDC: Query Status/Format/Printer List .

enjoyops.de

enjoyops.de

Добавить код BF к соответствующим номерам […]

заказов муфт и ниппелей.

staubli.com

Add the code BF to the concerned part-numbers […]

of the sockets and the plugs.

staubli.com

Она весит 13 т и может перевозить до 2 т

[…]

груза с помощью установленного

[…] дизельного двигателя Deutz BF 6L 913 мощностью 160 […]

л.с. или GM 4-53T мощностью 175 л.с. Колеса

[…]

амфибии имеют диаметр 2.96 м и ширину 1.5 м. Скорость на суше 8 км/ч, на воде – 5 км/ч. На палубу амфибии может приземляться небольшой вертолет, а чтобы амфибия не перевернулась от воздушных потоков, создаваемых лопастями вертолета, предусмотрена система 4х якорей, фиксирующих VARF.

trucksplanet.com

Weighing a total of 13 t, 2 t payload, it was powered by a

[…] Deutz BF 6L 913 160 hp or GM 4-53T 175 hp engine […]

with wheels of 2.96 m diameter and

[…]

1.5 m wide. Speed of 8 km / h on land and 5 in water.

trucksplanet.com

В 2000 году, проработав около года на должности начальника отдела обслуживания и продаж в подразделении Olympus France, он вернулся в компанию Olympus Medical Systems Europa GmbH в Гамбурге, заняв пост начальника отдела GI/EUS/BF и подразделения маркетинга услуг.

olympus.com.ru

In 2000, after spending about a year as Department Manager, Service & Sales Management with Olympus France, he returned to Olympus Medical Systems Europa GmbH in Hamburg to take on the role of Department Manager GI/EUS/BF and Service Marketing Division.

olympus.it

BC SOLAR специализируется […]

в сфере возобновляемых источников энергии, в частности на солнечной энергии, энергии ветра, геотермии

[…]

на африканском континенте .

europages.com.ru

BC SOLAR specialises in renewable […]

energies and in particular solar, wind power and geothermal power on the African continent.

europages.cz

Выполнен проект по изготовлению пилотных

[…]

образцов портативного мультимедийного проигрывателя, использующего разнообразные

[…] аудиоинтерфейсы, на процессоре Blackfin BF548.

promwad.com

The project for the pilot samples production of the portable

[…]

multimedia players that use different audio interfaces and

[…] are based on Blackfin BF548 processor was successfully […]

completed.

promwad.com

SF1605x400 обработанной винт мяч

[…] шариковинтовая SF типа обрабатываемой в соответствии с BK12 и BF/FF12 опор ШВП.

zappautomation.co.uk

The SF1605x400 machined ball screw is

[…] the SF type ballscrew machined to fit the BK12 and BF/FF12 ballscrew supports.

zappautomation.co.uk

Во-вторых,

[…] использовать VAV BF типа низкого шума […]

ветра шасси используется в основном для различных кондиционеры, воздушные

[…]

завесы, отопления и охлаждения, вентилятор и т.д., также могут быть использованы в промышленных и горнодобывающих предприятий, общественных мест, крытый вентиляции.

ru.shyngda.com

Second, use VAV BF type low-noise wind […]

chassis is mainly used for a variety of air conditioning units, air curtain, heating

[…]

and cooling fan, etc., can also be used in industrial and mining enterprises, public places, indoor ventilation.

en.shyngda.com

Чтобы привести автомобиль в боевую готовность и показать силу были использованы 3-дюймовые навесы и особые

[…]

колеса матового черного цвета, а также

[…] грязевые шины М/Т BF Goodrich, был добавлен […]

большой передний кенгурятник, ограничительная

[…]

планка и багажник на крыше.

ms-auto.co.jp

To be fully armed and show the impact, 3 inch lift ups and

[…]

special mat black wheel and BF Goodrich

[…] mud terrain tires, large front grill guard […]

and tail guard and roof racks are added.

ms-auto.co.jp

Мы также добавили черные боковые пороги, 2-дюймовый

[…]

навес, эксклюзивные колеса черного цвета и всесезонные

[…] грязевые шины BF Goodrich для придания […]

более неустрашимого вида.

ms-auto.co.jp

We also added black side tube step, 2 inch lift up, exclusive black color

[…] wheel and BF Goodrich mud terrain tire […]

to make it with a look of fearless determination.

ms-auto.co.jp

Поскольку пропорциональная

[…] счетная трубка BF3 будет реагировать […]

только на термальные нейтроны, полиэтиленовый модератор,

[…]

который замедляет случайные быстрые нейтроны до термальных энергий, окружает нейтронно чувствительную трубу.

ru.flukebiomedical.com

Since the BF3 proportional counter […]

tube will only respond to thermal neutrons, a polyethylene moderator, which slows the

[…]

incident fast neutrons to thermal energies, surrounds the neutron sensitive tube.

flukebiomedical.com

На грузовики могут устанавливаться зарубежные

[…]

дизели Perkins мощностью 65 л.с. (базовый

[…] двигатель) и Deutz BF 04L 2011 мощностью […]

79 л.с. или отечественный владимирский

[…]

ВМТЗ Д-130Т мощностью 65 л.с. Приводы от валов отбора мощности спереди и сзади позволяют навешивать различное дополнительное оборудование.

trucksplanet.com

The trucks can be equipped with foreign

[…]

Perkins 65 hp diesel (Base engine) and Deutz BF 04L 2011 with

[…] an output of 79 hp or domestic VMTZ D-130T […]

developes 65 hp.

trucksplanet.com

В настоящий момент компания

[…] […] Promwad работает над системой видео наблюдения и регистрации с использованием стандарта сжатия изображения JPEG2000 на базе кодека ADV212/202 и двухъядерного процессора Blackfin BF561.

promwad.com

Currently Promwad Company develops a video surveillance and recording system using JPEG2000 image compression standard based on ADV212/202 codec and Blackfin BF561 duo core processor.

promwad.com

Если заготовка имеет важное значение в стране, то

[…]

составителям кадастров рекомендуется использовать национальные

[…] данные по заготовкам или вывести значение BF по конкретной стране.

ipcc-nggip.iges.or.jp

If logging is significant in the

[…] country, the inventory compilers are encouraged to use national […]

harvest data or derive country-specific BF values.

ipcc-nggip.iges.or.jp

I. Общие сведения о Шанхае должен достичь Фан-Ко,

[…] дизайн и производство BF VAV низким шасси шум […]

ветра предназначены для вентилятора выхлопных

[…]

устройств для удовлетворения оперативных потребностей различных рабочих условиях, он имеет небольшой размер, легкий вес, красивый внешний вид, низкий уровень шума, простота в обслуживании.

ru.shyngda.com

I. Overview of Shanghai should reach a Fan Co., the design and

[…] production of the BF VAV low noise wind chassis […]

designed for the blower exhaust devices

[…]

to meet the operational requirements of different working conditions, it has a small size, light weight, beautiful appearance, low noise, easy maintenance.

en.shyngda.com

Параметр bf содержит файл, который […]

клиент должен получить по TFTP; подробности смотрите в Разд. 4.5.4.

debian.org

The “bf” option specifies the […]

file a client should retrieve via TFTP; see Section 4.5.4 for more details.

debian.org

Наряду со страхованием кредита на инвестиции мы наше предложение расширили на два следующих страховых продукта для страхования

[…]

просроченных задолженностей по экспортным

[…] поставочным кредитам (вид Bf и Cf), которые позволяют […]

банкам откупать экспортные задолженности

[…]

без регресса на экспортера.

egap.cz

Simultaneously with insurance of a credit for the financing of investments, we extended our offer by two other insurance products for

[…]

insurance of ceded receivables from export

[…] supplier credits (types Bf and Cf) which enable […]

banks to purchase export receivables

[…]

without recourse against the exporter.

egap.cz

Оборот

[…] компании Manitou BF, специализирующейся […]

только на подъемных машинах, превысил миллиард евро (более 15 миллиардов

[…]

эстонских крон) в год.

intrac.ee

The turnover of Manitou BF, who is focused […]

only on lifting machines, is over one milliard euro (more than 15 milliard Estonian kroons ) a year.

intrac.ee

Если бы Володя Малахов, до этого очень здорово

[…] игравший ту партию, пошел Bf5 c Ефименко, то мы […]

бы выиграли тот матч, вышли на чистое первое

[…]

место, и, что очень важно, поменялись бы с украинцами местами психологически.

crestbook.com

If Volodya Malakhov, who had played that game extremely well until

[…] then, had gone for Bf5 against Efimenko […]

then we’d have won the match, moved into

[…]

clear first place and, very importantly, switched places with the Ukrainians psychologically.

crestbook.com

Изъятие древесины (L древ.-изъятия ) рассчитывается с помощью уравнения 2.12 из главы 2, товарные круглые лесоматериалы с корой (H), коэффициент преобразования и

[…]

разрастания биомассы (BCEF ), доля

[…] коры в заготовленной древесине (BF), отношение подземной биомассы […]

к надземной биомассе (R), доля

[…]

углерода в сухом веществе (CF) и табличные данные по умолчанию, раздел 4.5.

ipcc-nggip.iges.or.jp

Wood removal (L wood-removals ) is calculated with Equation 2.12, Chapter 2, merchantable round wood over bark (H), biomass conversion expansion factor (BCEF ), bark

[…]

fraction in harvested wood

[…] (BF), below-ground biomass to above-ground biomass ratio (R), carbon […]

fraction of dry matter (CF)

[…]

and default tables, Section 4.5.

ipcc-nggip.iges.or.jp

В Институте агротехники и животноводства Баварского земельного управления сельского хозяйства вот уже много лет

[…]

используются инкубаторы с принудительной

[…] циркуляцией воздуха серии BF от BINDER, благодаря […]

которым качество исследований остается

[…]

неизменном высоким.

binder-world.com

At the Institute for Agricultural Engineering and Animal Husbandry at the Bavarian State Research Center for Agriculture,

[…]

incubators with mechanical convection of the BF

[…] series from BINDER have supported the consistently […]

high quality of research for many years.

binder-world.com

влажность,W; —коэффициент биоразложения отходов на стадии

[…] полного метаногенеза Bf (зависит от морфологического […]

состава биоразлагаемой части ТБО).

ogbus.com

factor of biodecomposition of waste products at the stage of complete

[…] formation of methane Bf (depends on morphological […]

structure of biodecomposing part of MSW).

ogbus.ru

Хотя

[…] Me.410 превосходил Bf.110 по лётно-техническим […]

характеристикам, прежде всего по скорости и дальности полёта, но всё

[…]

же уступал ему в универсальности применения.

warthunder.com

Although the Me.410 was

[…] superior to the Bf 110 in its performance […]

characteristics, most of all in its speed and flight range,

[…]

it was inferior as far as versatility was concerned.

warthunder.com

Светодиоды “R”, BF, “FDO” и “FS” не являются […]

элементами системы обеспечения безопасности и не должны использоваться в

[…]

качестве таковых.

download.sew-eurodrive.com

The “R“, “BF”,FDO” andFS” LEDs are not safety-oriented […]

and may not be used as a safety device.

download.sew-eurodrive.com

Страхование типа Bf иCf” подготовила EGAP […]

при тесном сотрудничестве с банковским сектором с целью позволить банкам оперативно

[…]

реагировать на потребности своих клиентов, а экспортёрам позволить получить от продажи экспортных дебиторских задолженностей финансовые средства для реализации последующих контрактов.

egap.cz

The insurance of the types “Bf” and “Cf” has been prepared […]

by EGAP in close cooperation with the banking sector with aim

[…]

of enabling banks to react flexibly to needs of their clients and helping exporters to acquire financial funds for realization of further contracts by selling of their export receivables.

egap.cz

ELSRMBF/AF облегченная версия […]

саморегулирующийся нагревательный кабель, включающий внешнюю оболочку, которая безопасна

[…]

для использования с пищевыми продуктами и питьевой водой.

eltherm.com

ELSR-M-BF/AF is the light version […]

of a self-regulating heating cable featuring an outer jacket which is KTW-proofed and

[…]

suitable for use in potable water.

eltherm.com

BFC продолжает тесно сотрудничать с BFМ для обеспечения максимальной координации деятельности […]

с подразделениями на местах.

unesdoc.unesco.org

BFC continue to work closely with BFM to ensure maximum coordination with the field offices.

unesdoc.unesco.org

Epidermal Cell – обзор

Введение

Кожные раны обычно заживают путем образования эпителизированной рубцовой ткани, а не за счет регенерации кожи на всю толщину. Следовательно, стратегии клинического ведения заживления ран исторически зависели от обеспечения пассивного покрытия места раны, позволяя репаративным механизмам заживления ран, включая реэпителизацию, ремоделирование грануляционной ткани и образование рубцовой ткани. происходят, и терапия может сделать немного больше, чем облегчить эти процессы.Однако прогресс в нашем понимании заживления ран, оценка ран, согласованное действие нескольких факторов роста, роль внеклеточного матрикса в регуляции процесса заживления и продемонстрированная способность биоинженерных конструкций способствовать заживлению ран подчеркивают потенциал для терапевтического вмешательства. в восстановлении тканей, восполняя утраченный эпителий, стимулируя регенерацию дермы и восстанавливая кожу на всю толщину.

Биоинженерные заменители кожи можно классифицировать как конструкции на основе клеток, которые активно стимулируют заживление ран, и бесклеточные конструкции, которые обеспечивают основу или покрытие для облегчения заживления ран.К клеточным конструкциям относятся аутологичные эпидермальные клеточные листы (Epicel ® , Genzyme, Кембридж, Массачусетс), аллогенные дермальные субстраты (Dermagraft™, Shire Regenerative Medicine, Сан-Диего, Калифорния) и эквиваленты кожи человека (HSE), состоящие как из дермальных и эпидермальные компоненты (Apligraf ® 1 , Organogenesis Inc., Canton, MA; Orcel ® , Forticell Bioscience Inc., Englewood Cliffs, NJ; StrataGraft ® , Stratetech, Madison, WI) и бесклеточные продукты ( Transcyte ® , Shire Regenerative Medicine, Сан-Диего, Калифорния; Integra ® Dermal Regeneration Template, Integra Life Sciences, Plainsboro, NJ; Biobrane ® , UDL, Рокфорд, Иллинойс).Другой конструкцией, содержащей культивированные кератиноциты и фибробласты в бычьем коллагене, является живой клеточный лист GINTUIT™ (Organogenesis Inc., Кантон, Массачусетс), предназначенный для местного применения на созданном хирургическим путем ложе сосудистой раны при лечении слизисто-десневых состояний. Хотя не все эти продукты все еще имеются в продаже, они представляют собой первые в своем роде и являются результатом фундаментальных исследований в области биологии кожи и заживления ран, а также клинического опыта с кожными трансплантатами, культивированными трансплантатами кератиноцитов, бесклеточными коллагеновыми матрицами, клеточными матриксы и культивируемые композитные трансплантаты [1–4].

Эпидермальные стволовые клетки кожи

Abstract

Кожа постоянно обновляется на протяжении взрослой жизни, а волосяной фолликул подвергается постоянному циклу роста и дегенерации. Стволовые клетки (СК), находящиеся в эпидермисе и волосяных фолликулах, обеспечивают поддержание гомеостаза кожи взрослых и регенерацию волос, но они также участвуют в восстановлении эпидермиса после повреждений. Мы обобщаем здесь современные знания об эпидермальных СК взрослой кожи. Мы обсуждаем их фундаментальные характеристики, методы, недавно разработанные для выделения этих клеток, гены, предпочтительно экспрессируемые в мультипотентной нише СК, и сигнальные пути, участвующие в формировании ниши СК, поддержании и активации СК.Наконец, мы размышляем о том, как нарушение регуляции этих путей может привести к образованию рака.

Ключевые слова: волосяной фолликул, мультипотентность, самообновление, детерминация клеточных судеб, передача сигналов Wnt, Bmp, рак

ВВЕДЕНИЕ

Кожа и ее придатки обеспечивают ряд критических функций, необходимых для выживания животных. Кожа защищает животных от потери воды, изменения температуры, радиации, травм и инфекций, а также позволяет животным воспринимать окружающую среду посредством тактильных ощущений.Благодаря камуфляжу кожа обеспечивает защиту от хищников, а также служит украшением социального и репродуктивного поведения.

Кожа взрослого человека состоит из разнообразных организованных клеток, происходящих из разных эмбриональных источников. У млекопитающих вскоре после гаструляции клетки нейрэктодермы, которые остаются на поверхности эмбриона, становятся эпидермисом, который начинается как одиночный слой неуточненных клеток-предшественников. В процессе развития этот слой клеток образует многослойный эпидермис (иногда называемый межфолликулярным эпидермисом), волосяные фолликулы (ВФ), сальные железы, а в неволосистой коже — апокринные (потовые) железы.Клетки, происходящие из мезодермы, вносят вклад в секретирующие коллаген фибробласты подлежащей дермы, сосудистую сеть дермы, которая снабжает кожу питательными веществами, мышцы, выпрямляющие волоски, которые прикрепляются к каждому волосяному фолликулу (HF), клетки подкожной жировой клетчатки и иммунные клетки, которые инфильтрируют и остаются. в коже. Клетки, происходящие из нервного гребня, вносят вклад в меланоциты, сенсорные нервные окончания кожи и дермы головы. Всего в коже находится около 20 различных типов клеток.

У взрослых многие различные типы стволовых клеток (СК) функционируют для пополнения этих различных типов клеток в коже, когда она подвергается нормальному гомеостазу или заживлению ран.Некоторые СК (например, восполняющие лимфоциты) располагаются в других частях тела. Другие (например, меланобласты и эпидермальные СК) находятся внутри самой кожи. Этот обзор концентрируется в первую очередь на эпидермальных SCs, которые обладают двумя существенными чертами, общими для всех SCs: они способны к самообновлению в течение длительных периодов времени и они дифференцируются во множественные клоны, происходящие из их тканевого происхождения (Weissman et al. 2001).

ФОРМИРОВАНИЕ И СТРАТИФИКАЦИЯ ЭПИТЕЛИЯ КОЖИ

Зрелый эпидермис представляет собой многослойный плоский эпителий, наружным слоем которого является поверхность кожи.Митотически активен только самый внутренний (базальный) слой. Базальный слой продуцирует, секретирует и собирает внеклеточный матрикс (ECM), который составляет большую часть нижележащей базальной мембраны, отделяющей эпидермис от дермы. Наиболее известным базальным ECM является laminin5, который использует α3β1-интегрин для своей сборки. Когда клетки покидают базальный слой и движутся наружу к поверхности кожи, они выходят из клеточного цикла, выключают экспрессию интегрина и ламинина и выполняют программу терминальной дифференцировки.На ранних стадиях образования шиповатых и зернистых слоев программа остается транскрипционно активной. Тем не менее, это завершается образованием мертвых уплощенных клеток ороговевшего слоя (чешуек), которые отслаиваются от поверхности кожи и постоянно заменяются внутренними клетками, перемещающимися наружу ().

Развитие эпидермиса и морфогенез волосяного фолликула. Поверхность раннего эмбриона покрыта одним слоем эктодермальных клеток, которые прилипают к подлежащей базальной мембране внеклеточного матрикса.По мере развития эпидермис постепенно расслаивается и приобретает слои терминально дифференцирующихся клеток, которые необходимы для установления функционального барьера. Во время эмбрионального развития некоторые из недифференцированных базальных клеток получают указание от подлежащей дермы ( сигнал 1 ) принять судьбу волосяного фолликула. Впоследствии эпидермис посылает сообщение дерме (сигнал 2 ), чтобы образовался дермальный сосочек (ДП). Наконец, DP посылает сообщение развивающемуся фолликулу (сигнал 3 ), позволяя его росту и дифференцировке формировать дискретные клоны волосяного фолликула и его волос.Покрытый базальной мембраной базальный слой фолликула называется наружной корневой оболочкой (ОРС). В основании зрелого фолликула находится высокопролиферативный компартмент, называемый матриксом (Мх). Клетки матрикса дифференцируются, образуя концентрические кольца дифференцирующихся клеток, которые дают начало волосяному стержню, его каналу (внутренней корневой оболочке, IRS) и сопутствующему слою. Волосяные фолликулы также содержат сальные железы, которые обеспечивают водонепроницаемость волос и смазывают волосяной канал и поверхность кожи.

Матрикс пролиферативный отдел растущего волосяного фолликула, содержащий клетки-предшественники, которые терминально дифференцируются, чтобы дать начало волосяному стержню или каналу, окружающему его в виде облигатных гетеродимеров в сеть 10-нм кератиновых промежуточных филаментов (IFs), которые соединяются с α6β4-интегрин-содержащими полудесмосомами, которые прикрепляют основание эпидермиса к богатому ламинином5, собранному ECM.Кератиновые IF также соединяются с межклеточными соединениями, называемыми десмосомами, состоящими из ядра десмосомных кадгеринов. Вместе эти связи с keratin IFs обеспечивают обширный механический каркас эпителия (rev. Omary et al. 2004). Базальный слой характеризуется экспрессией кератинов К5 и К14 (также К15 у эмбриона), тогда как промежуточные супрабазальные (шиповатые) слои экспрессируют К1 и К10. Десмосомы, связанные с IFs K1/K10, особенно многочисленны в супрабазальных клетках, тогда как базальные клетки обладают менее надежной сетью десмосом и K5/K14.Скорее, базальные клетки используют более динамичную цитоскелетную сеть микротрубочек и актиновых филаментов, которые взаимодействуют через β- и α-катенины с E-кадгерин-опосредованными межклеточными соединениями (адгеренсами), в дополнение к αβ1-интегрин-опосредованному клеточному ВКМ. соединения (обзор в Green et al. 2005, Perez-Moreno et al. 2003). Филагрин и лорикрин образуются в зернистом слое. Ороговевающая оболочка запечатывает чешуйки эпидермиса и обеспечивает барьер, который не пропускает микробы и не пропускает необходимые жидкости (Candi et al.2005, Фукс 1995) (). Программа терминальной дифференцировки в эпидермисе регулируется рядом семейств факторов транскрипции, включая AP2, AP1, C/EBPs, Klfs, PPARs и Notch (rev. Dai & Segre 2004).

Хотя молекулярные механизмы, лежащие в основе процесса эпидермального расслоения, все еще развиваются, несколько исследований недавно дали ключ к пониманию того, как это может происходить. Все больше данных свидетельствует о том, что в этом может быть задействован фактор транскрипции p63. Мыши с отсутствием гена, кодирующего p63, представляют собой ранний блок в программе эпидермальной стратификации (Mills et al.1999, Ян и др. 1999).

Существует несколько возможных механизмов стратификации с внутренним слоем митотически активных клеток и супрабазальными дифференцирующимися слоями. В первом механизме пролиферирующая базальная клетка прогрессивно ослабляет свое прикрепление к базальной мембране и своим соседям и выталкивается из базального слоя вверх в шиповатый слой. Исследования in vitro продемонстрировали, что этот процесс, называемый деламинацией, позволяет эффективно проводить стратификацию (Vaezi et al.2002, Уотт и Грин, 1982). Возможная альтернатива деламинации заключается в том, что базальные клетки в стратифицирующей ткани могут ориентировать свою митотическую плоскость деления перпендикулярно нижележащей базальной мембране, что, следовательно, помещает одну из двух дочерних клеток в супрабазальный слой.

Недавние исследования на мышах показывают, что во время эмбрионального развития в коже большинство митотических клеток в эпидермисе изменяют свою плоскость веретена, параллельную базальной мембране, в перпендикулярную ориентацию (Lechler & Fuchs 2005, Smart 1970).В этих перпендикулярных ориентациях апикальная центриоль ассоциируется с комплексом, содержащим белок ядерного митотического аппарата, белок 3 с дефектом разделения, атипичную протеинкиназу C, Inscuteable и партнер inscuteable. Связь с этим корковым комплексом интригует, поскольку было показано, что большинство этих эволюционно консервативных белков генетически необходимы для асимметричных клеточных делений, которые происходят в нейробластах дрозофилы и в эмбрионах Caenorhabditis elegans (Cowan & Hyman 2004, Wodarz 2005). .Хотя многие особенности лежащего в основе механизма еще предстоит изучить, правильная ориентация веретена, по-видимому, требует β1-интегрина и α-катенина, что еще больше подчеркивает важность базальной мембраны и адгезивных соединений в установлении эпидермальной полярности и тканевой архитектуры (Lechler & Fuchs 2005). ). В настоящее время необходимы дополнительные исследования, чтобы определить соответствующую роль асимметричного клеточного деления и расслоения во время развития, гомеостаза кожи и патологических состояний, таких как заживление ран.

ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ВОЛОСЯНОЙ ФОЛЛИКУЛ МОРФОГЕНЕЗ И ЦИКЛ ВОЛОС ВЗРОСЛОГО

Развитие HF включает временную серию эпителиально-мезенхимальных взаимодействий (rev. Hardy 1992) (). Во-первых, дерма сигнализирует вышележащему эпидермису о создании придатка. В ответ эпидермис затем передает сигнал, чтобы дать указание нижележащим дермальным клеткам конденсироваться и сформировать дермальный сосочек (ДП). Затем от DP посылается другой сигнал, чтобы стимулировать пролиферацию и сложную дифференцировку, необходимую для формирования эпидермального придатка.

Дермальный сосочек (ДС) дермальная часть волосяного фолликула, состоящая из небольшого скопления плотно упакованных мезенхимальных клеток

морфологические и биохимические различия (Паус и др., 1999). Первым морфологическим признаком развития ВФ является образование волосяной плакоды, в которой базальный эпителий удлиняется и инвагинирует в местах образования дермальных конденсатов.По мере того, как развивающийся фолликул распространяется вниз и окружает ДП, клетки в основании поддерживают высокую пролиферативную активность. Во время созревания фолликула эти пролиферирующие (матриксные) клетки начинают дифференцироваться во внутреннюю корневую оболочку (IRS), которая является оболочкой будущего стержня волоса и характеризуется экспрессией транскрипционного фактора GATA3 и структурного белка трихогиалина (Kaufman et al. и др., 2003 г., О’Гуин и др., 1992 г.). Наружный слой клеток становится наружной корневой оболочкой (ОРС), которая прилегает к эпидермису и снаружи окружена базальной мембраной.ORS экспрессирует K5 и K14, подобно межфолликулярному эпидермису. По мере расширения фолликула появляется новое внутреннее ядро ​​клеток, которое начинает экспрессировать гены кератина волосяного стержня (обзор Omary et al. 2004). К 8-му дню постнатального периода у мышей заканчивается рост фолликулов, и в течение следующих 7 дней клетки матрикса пролиферируют и дифференцируются в шесть концентрических слоев IRS и стержня волоса (10).

Внутреннее корневое влагалище (IRS) внутренний канал стержня волоса, который дегенерирует вблизи поверхности кожи, что позволяет стержню волоса выступать самостоятельно
Стержень волоса структура, состоящая из терминально дифференцированные кератиноциты, которые выходят с поверхности кожи в виде волоса
Наружная корневая оболочка (ОРС) внешний слой волосяного фолликула, поддерживающий контакт с окружающей базальной мембраной в матриксе прекращается, и нижние две трети HF быстро дегенерируют в результате процесса, включающего апоптоз (стадия катагена).Эпителиальный тяж, окруженный втягивающейся базальной мембраной, тянет ДП вверх, где в коже спины он останавливается чуть ниже основания этого постоянного сегмента ВФ, называемого выпуклостью. Эта стадия покоя называется телогеном. В первом цикле роста волос телоген длится примерно один день, но в последующих циклах эта фаза становится все более продолжительной, что предполагает необходимость достижения биохимического порога, прежде чем можно будет активировать следующий цикл роста волос. Новый цикл регенерации волос (анаген) начинается с появления пролиферирующего зачатка волоса, а процесс формирования зрелого фолликула имеет значительное сходство с эмбриональным фолликулогенезом (Muller-Rover et al.2001) (). Периодическая цикличность роста и дегенерации волос сохраняется на протяжении всей жизни животного и предполагает существование SCs для подпитки регенеративного процесса.

Цикл волосяного фолликула. Когда матриксные клетки исчерпывают свою пролиферативную способность или необходимый для этого стимул, рост волос прекращается. В это время фолликул вступает в деструктивную фазу (катаген), приводящую к дегенерации нижних двух третей фолликула. Верхняя треть фолликула остается интактной в виде клеточного кармана, окружающего старый стержень волоса (косолапость).Основание этого кармана известно как выпуклость, которая является естественным резервуаром стволовых клеток волосяного фолликула (СК), необходимых для формирования нового волосяного фолликула. После катагена клетки bulge вступают в стадию покоя (телоген), в которой DP теперь находится в тесном контакте с SCs bulge. У мышей первый телоген длится примерно сутки, после чего все волосяные фолликулы синхронно вступают в новый цикл регенерации и роста волос (стадия анагена). Выпуклость как структура развивается, когда новые волосы должны выйти из первоначального отверстия, которое часто является общим для старых косолапых волос.Последующие циклы волос включают все более длинные фазы телогена, что приводит к значительно менее синхронным циклам волос.

постоянная часть волосяного фолликула кожный сосочек находится в контакте с основанием постоянной части волосяного фолликула (выпуклостью)
Catagen
дегенеративный этап волосяного фолликула
выпуклость

Молекулярные механизмы, управляющие морфогенезом и циклами HF, до сих пор плохо изучены, но генетические исследования на мышах показывают важность Wnt /β-катенин, костный морфогенетический белок (Bmp), звуковой ежик (Shh), фактор роста фибробластов (Fgf), рецептор эпидермального фактора роста (Egf), NFkB и сигнальные пути Notch (рассмотрено в Millar 2002, Schmidt-Ullrich & Paus 2005).

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ ЭПИТЕЛИЯ КОЖИ ВЗРОСЛЫХ

Эпителий кожи взрослых состоит из молекулярных строительных блоков, каждый из которых состоит из сально-волосяной единицы (HF и сальной железы) и окружающего ее межфолликулярного эпидермиса (IFE). IFE содержит свои собственные клетки-предшественники для обеспечения обновления тканей в отсутствие повреждений, а HF содержат мультипотентные SCs, которые активируются в начале нового цикла роста волос и при повреждении, чтобы обеспечить клетки для регенерации HF и восстановления эпидермиса.

9005
Интерполлекулярный эпидермис (IFE) Кожа эпидермис, расположенная между отверстиями периодически разнесенных волосяных волоковых фолликулов

Интерпольсикулярный фолликулярный эпидермис

доказательств к клеткам предшественника в интерполлекулярных эпидермисе

IFE, который генерирует липидный барьер взрослой кожи, постоянно обновляет свою поверхность на протяжении всей жизни животного, а также подвергается реэпителизации после раневых повреждений.Эта обновляющая и восстанавливающая активность кожного эпидермиса предполагает существование SCs, обеспечивающих эти критические функции. Гистологический анализ показал, что эпидермис мыши организован в виде стопок клеток с гексагональной площадью поверхности, лежащих на ложе из десяти базальных клеток (Mackenzie 1970; Potten 1974, 1981). Предполагается, что эта структура функционирует как эпидермальная пролиферативная единица (EPU) с одним предполагаемым SC на единицу. Исследователи экспериментально проверили существование EPU, используя анализ отслеживания происхождения.Первый тип отслеживания клонов был выполнен путем заражения культивируемых кератиноцитов мыши и человека ретровирусом, экспрессирующим LacZ, и прививки этих меченых кератиноцитов иммунодефицитным мышам. В качестве альтернативы мышей заражали вирусом LacZ непосредственно через кожу после дермабразии (Ghazizadeh & Taichman 2001, Kolodka et al. 1998, Mackenzie 1997). Анализ химерной кожи выявил наличие дискретных столбцов синих клеток от базальных клеток до наиболее дифференцированного верхнего слоя клеток.Эти результаты показывают, что EPU существуют в базальном IFE и могут поддерживаться индивидуально как отдельная единица в течение длительных периодов времени. Такие домены могут быть объяснены механизмом, посредством которого базальные клетки делятся асимметрично относительно базальной мембраны, чтобы поддерживать пролиферативную дочернюю клетку и давать начало дифференцирующейся дочерней клетке, лежащей над ней (Lechler & Fuchs 2005).

Самообновление в эпидермисе также было изучено с использованием генетического картирования судеб, которое позволяет обойти раневую реакцию, возникающую в экспериментах по трансплантации (Ro & Rannala 2004).В этом случае трансгенные мыши были сконструированы для экспрессии мутантной формы зеленого флуоресцентного белка (GFP), который не может быть транслирован из-за присутствия стоп-кодона в кодирующей EGFP последовательности. Впоследствии мышам местно наносили мутаген, чтобы вызвать мутации, которые могут удалить стоп-кодон и восстановить экспрессию функционального белка GFP. Эти спорадические мутации привели к появлению участков GFP-позитивных клеток внутри IFE, что позволило визуализировать столбцы EPU. Несмотря на элегантность, эти эксперименты не учитывали, сколько SC присутствует в каждом EPU и где SC находятся внутри блока.

В коже человека эпидермис более толстый и волнистый, образуя глубокие эпидермальные гребни (гребни сети), которые простираются вниз в эпидермисе и помогают прикрепить эпидермис к дерме. Было предложено, чтобы используемые только экономно, SC циклировались реже. Редко циклирующие клетки в пределах IFE расположены у основания этих хребтов, что удобно в более защищенном месте, чем где-либо еще в пределах IFE (Lavker & Sun 1982).

Чтобы определить характеристики SC IFE, исследователи обратились к экспериментам in vitro.Культивируемые кератиноциты IFE человека, экспрессирующие самый высокий уровень β1-интегрина, обладают самым высоким пролиферативным потенциалом in vitro (Jones & Watt 1993). Также было показано, что другие гены преимущественно экспрессируются в обогащенных β1 кератиноцитах человека, что подчеркивает биохимические различия этой популяции базальных клеток (Legg et al. 2003). Как и следовало ожидать, β1-яркие клетки обнаруживаются в базальном слое, но интересно, что они находятся в кластерах (Jones et al. 1995). Кроме того, β1-яркие клетки, по-видимому, находятся в основании самых глубоких эпидермальных гребней ладонно-подошвенной кожи, что согласуется с расположением SCs с медленным циклом, наблюдаемым Lavker & Sun (1982).В другом месте, однако, β1-яркие кластеры находятся за пределами этих зон, по-видимому, в более скомпрометированном положении для SCs. Следовательно, степень, в которой уровни β1-интегрина определяют отличительные черты IFE SCs, должна ожидать дальнейших исследований. В этих усилиях необходимы дополнительные маркеры для обогащения очистки и анализа клеток IFE с высоким пролиферативным потенциалом. Такие маркеры также должны помочь в определении местоположения и количества SC IFE в их функциональных столбцах EPU и в определении степени, в которой менее частые циклы являются мерой стволовости в популяции IFE.Последний вопрос, который необходимо решить, – это степень, в которой клетки с высоким пролиферативным потенциалом в базальном слое IFE способны вносить вклад в другие клеточные линии, т. Е. В линии сальных желез и HF.

Самообновление стволовых клеток межфолликулярного эпидермиса in vitro: исследования клинического потенциала и клоногенности

В середине 1970-х Rheinwald & Green (1975) определили условия культивирования, позволяющие выращивать IFE SC человека in vitro. Это основополагающее открытие позволило размножить кератиноциты от сильно обожженных пациентов и их последующую трансплантацию в виде слоев аутологичных культивируемых клеток, которые были функциональны для реэпителизации поврежденной кожи (Gallico et al.1984, О’Коннор и др. 1981, Пеллегрини и др. 1999, Ронфард и др. 2000). За последние 25 лет эта технология спасла множество жизней. Хотя восстановленный эпителий кожи пациента не регенерирует потовые железы или HF, он имеет нормальный эпидермис, который может подвергаться заживлению ран.

При высеве с низкой плотностью клеток культивируемые кератиноциты человека могут образовывать три типа колоний: ( a ) высокопролиферативные колонии (голоклоны) из небольших круглых клеток, которые имеют недифференцированную морфологию и могут пассироваться в течение длительного времени, ( b ) абортированные колонии (параклоны), демонстрирующие большую плоскую морфологию, типичную для терминально дифференцированных клеток, и ( c ) относительно небольшие гетерогенные колонии (мероклоны) с ограниченным пролиферативным потенциалом, которые стареют после нескольких циклов пассирования (Barrandon & Green 1987) .Хотя термин голоклон относится только к пролиферативной способности колонии, потомство одного эпидермального голоклона in vitro может повторно формировать функциональный и возобновляемый эпидермис in vivo (Rochat et al. 1994). Это означает, что по крайней мере некоторые клетки голоклонов обладают фундаментальными характеристиками SC в том, что они могут самообновляться и дифференцироваться в функциональную ткань. Напротив, мероклоны уподобляют так называемым транзитно-амплифицирующим клеткам, то есть клеткам с ограниченным числом клеточных делений, прежде чем они совершат окончательную дифференциацию.Хотя точное физиологическое значение этих культивируемых популяций клеток еще предстоит определить, описание их клональных свойств in vitro послужило полезной основой для анализа SCs in vivo.

Ниша стволовых клеток выпуклости

В волосяном фолликуле СК находятся в дискретной микросреде, называемой выпуклостью, расположенной в основании части фолликула, которая формируется во время морфогенеза, но не дегенерирует во время цикла роста волос. Bulge SCs находятся в более спокойном состоянии, чем другие клетки фолликула.Тем не менее, во время цикла роста волос SCs bulge стимулируются к выходу из ниши SC, пролиферации и дифференцировке с образованием различных типов клеток зрелых HFs. Кроме того, для обеспечения клеток во время регенерации HF, выпуклые SC являются резервуаром мультипотентных SC, которые могут быть задействованы во время заживления ран, чтобы помочь восстановлению эпидермиса. Мы резюмируем здесь недавний прогресс в функциональной и молекулярной характеристике выпуклых SCs.

Клетки, сохраняющие метку, и их движения во время цикла роста волос и в ответ на повреждение

В течение многих лет считалось, что SCs, которые регенерируют HF во время цикла роста волос, являются высокопролиферативными матриксными клетками (Kligman 1959).Позже эта модель была подвергнута сомнению, когда Монтанья и Чейз (1956) заметили, что рентгеновское облучение убивает клетки матрикса, но волосы все еще могут образовываться из клеток внутри ОРС. Способность верхнего ORS действовать совместно с DP для создания HF была дополнительно подтверждена экспериментами по вскрытию и трансплантации (Jahoda et al., 1984; Oliver, 1966, 1967).

Математическое моделирование подтвердило идею о том, что СК могут использоваться экономно и, следовательно, делиться реже, чем их потомки (Potten et al.1982). Это представление было подкреплено введением повторных доз меченых аналогов нуклеотидов, таких как BrdU или 3[H]-тимидин, для мечения клеток кожи, циклирующих в S-фазе (импульсный период), а затем последующая судьба включенной метки с течением времени (погоня период). Дифференцирующиеся клетки отслаиваются от поверхности кожи, и более пролиферативные клетки разбавляют свою метку по мере своего деления, отмечая наименее пролиферативные клетки как клетки, сохраняющие метку (LRC) (Bickenbach 1981).

Для обнаружения высокочастотных LRC Лавкер и его коллеги (Cotsarelis et al.1990) вводили BrdU в течение недели новорожденным мышам, а затем анализировали сохранение метки в коже после четырех недель преследования. Большинство LRCs в коже располагались в специализированной области в основании постоянного сегмента HF. Эта область, известная как выпуклость, была описана гистологами более века назад (Stohr, 1903). Внутри ORS выпячивание находится чуть ниже сальной железы в месте, где мышца, выпрямляющая волоски, прикрепляется к фолликулу. Хотя его происхождение, вероятно, можно проследить до ранних стадий эмбриогенеза HF, выпуклость приобретает свой характерный вид, когда первый постнатальный зачаток волос появляется до того, как предшествующая косолапость выпадет.Во время первой фазы телогена старую косолапость окружает один слой покоящихся клеток; когда начинается новый цикл роста волос, выпуклость приобретает второй слой клеток (Blanpain et al. 2004).

Хотя клетки выпуклости обычно находятся в состоянии покоя, их можно стимулировать к пролиферации искусственно в ответ на митогенные стимулы, такие как эфиры форбола (ТРА), или естественным образом в начале каждого цикла роста волос. В элегантном исследовании с двойной меткой, чтобы продемонстрировать связь между предшественником и продуктом, Taylor et al. (2000) показали, что когда BrdU-меченые LRC в выпуклости подвергаются кратковременному импульсу второй нуклеотидной метки, они включают 3[H]-thymidine при выходе и пролиферации для развития нового зачатка волоса.Чтобы непосредственно определить, содержит ли выпуклая область SCs, Barrandon и соавт. (Kobayashi et al. 1993) рассекали крысиные и человеческие HF и оценивали потенциал роста различных сегментов HF in vitro. В фолликулах крысиных усов 95% полученных голоклонов происходило из клеток сегментов выпуклости, тогда как менее 5% растущих колоний могли происходить из области матрикса. В коже взрослого человека кератиноциты с высоким пролиферативным потенциалом также были обнаружены в сегментах выпуклости, но зона клоногенных клеток была шире и простиралась от выпуклости до нижних отделов РРС (Rochat et al.1994). В связи с этим на коже взрослого человека выпуклость заметно менее выражена, чем у грызунов.

Анаген стадия роста волосяного фолликула

Ранние исследования, связанные с реэпителизацией во время заживления ран, привели исследователей к выводу, что ВФ могут обладать способностью регенерировать эпидермис после повреждения (6Argyris 197). Чтобы оценить, обладают ли выпуклые LRC такой способностью, Taylor et al. (2000) распространили свои методы двойной маркировки на эксперименты по заживлению ран.Действительно, после ранения можно было обнаружить, что меченные BrdU клетки, полученные из выпуклости, пролиферируют в эпидермисе вблизи отверстия HF (воронка).

Fuchs et al. (Tumbar et al. 2004) недавно адаптировали эксперименты по поиску импульсов нуклеотидов к уровню белка, сконструировав мышей, экспрессирующих тетрациклин-регулируемый гистоновый белок h3B-GFP в эпителии их кожи. В отсутствие тетрациклина все ядра эпителия кожи были зелеными с экспрессией h3B-GFP, но при введении тетрациклина ген отключался, и через четыре недели только выпуклые клетки все еще были ярко помечены белком h3B-GFP. .При повреждении h3B-GFP-позитивные клетки были обнаружены в эпидермисе и воронке, что подтверждает способность LRC bulge реэпителизировать эпидермис в ответ на повреждение (Tumbar et al. 2004). После активации цикла волосяного покрова появляющийся зародыш волоса демонстрировал h3B-GFP-позитивные клетки с гораздо более слабой флуоресценцией, чем у выпуклости, что позволяет предположить, что они произошли от LRC выпуклости. Эти результаты подтверждают исследования Баррандона, демонстрирующие способность клеток выпуклости регенерировать HF во время нормального цикла роста волос.

Стволовые клетки выпуклости (СК). Bulge (Bu) SCs находятся в более спокойном состоянии, чем другие кератиноциты с пролиферативным потенциалом в коже. Тумбар и др. (2004) разработали стратегию проведения экспериментов по отслеживанию флуоресцентных импульсов на мышах, сконструированных для экспрессии регулируемого тетрациклином трансгена h3B-GFP. После маркировки всех эпителиальных клеток кожи с помощью h3B-GFP четырехнедельный поиск привел к значительному сохранению метки h3B-GFP только в выпуклости ( a ). Клетки, сохраняющие метку (LRCs), могут быть обнаружены вдоль базального слоя клеток, которые экспрессируют α6β4-интегрины, а также в супрабазальном месте внутри выпуклости (b).Bulge SC экспрессируют высокий уровень белка клеточной поверхности CD34, который был использован с α6-интегрином для выделения базальных и супрабазальных клеток выпуклости с помощью проточной цитометрии (Blanpain et al. 2004, Trempus et al. 2003). [Приблизительная флуоресценция клеток наружного корневого влагалища (ORS) и межфолликулярного эпидермиса (IFE) также указана в профиле FACS.] Ткани контрастно окрашивали Dapi ( синий ), чтобы отметить ядра. Используемые сокращения: Cb, клубные волосы; HF, волосяной фолликул; СГ, сальная железа.

Несколько линий данных свидетельствуют о том, что существует непрерывный поток клеток выпуклости на протяжении всей стадии роста волосяного цикла. Во время фазы анагена цикла роста волос на спине Tumbar et al. (2004) обнаружили след h3B-GFP-позитивных клеток вдоль нижнего ORS. Хотя эти клетки были менее яркими, чем их аналоги LRC bulge, результаты были интригующими в свете трансплантации выпуклости усов крысы и экспериментов по клоногенезу, проведенных Баррандоном и его коллегами (Oshima et al.2001). Основываясь на этих основополагающих исследованиях, исследователи предположили, что SCs мигрируют из выпуклости вдоль базального слоя ORS в матрикс, где они размножаются и дифференцируются с образованием волос и IRS. Хотя цикл роста волосяных фолликулов в усах отличается от такового в задней части кожи тем, что стадия роста длиннее и фолликулы переходят из середины катагена непосредственно в анаген, общая тема движения и активации SC, вероятно, применима к HF, независимо от того, являются ли они усатыми. или волосяные фолликулы.

Методы выделения и очистки клеток, сохраняющих метку выпуклости: доказательства самообновления стволовых клеток

За последние десять лет исследователи добились значительных успехов в выделении и очистке клеток выпуклости HF. Учитывая сложность кожи, очистка клеток выпуклости с помощью проточной цитометрии (FACS) была сосредоточена на выделении клеток выпуклости в более простых фолликулах в фазе телогена, где покоящаяся выпуклость отмечает основание. Каур и его коллеги (Li et al., 1998) использовали конъюгированные антитела против α6-интегрина и анти-CD71 (антитрансфериновые антитела или 10G7), чтобы показать, что α6-яркие, CD71-dim клетки кожи обладают аналогичной эффективностью образования колоний, но более продолжительной. потенциал роста в долгосрочной перспективе, чем у остального населения.LRC Bulge разделяют этот паттерн экспрессии и обогащены популяцией α6-bright, CD71-dim примерно в два раза (Tani et al. 2000). Другие маркеры, такие как белки S100A4 и S100A6 (Ito & Kizawa 2001), K19 (Michel et al. 1996), K15 (Lyle et al. 1998) и CD34 (Trempus et al. 2003), также проявляют преимущественную экспрессию. в выпуклости. Хотя большинство этих антител не оказались полезными для выделения живых клеток выпуклости с помощью FACS, CD34 является исключением. CD34-позитивные клетки в десять раз обогащены LRC и образуют более крупные колонии, чем нефракционированный эпидермис (Trempus et al.2003).

При использовании трансгенной экспрессии базального эпидермального маркера (K14-GFP) в сочетании с антителами против α6-интегрина и CD34 очистка клеток bulge существенно повышается (Blanpain et al. 2004). На основе дифференциальной экспрессии α6 можно также фракционировать CD34/K14-GFP-позитивные клетки из внутреннего и внешнего слоев зрелой выпуклости (14). Клетки выпуклости также были выделены из K15-GFP-трансгенной кожи в сочетании с антителами к α6-интегрину (Morris et al.2004), и когда мышей h3B-GFP, регулируемых тетрациклином, используют для очистки выпуклостей, можно достичь 70-кратного обогащения LRC выпуклостей по сравнению с нефракционированными эпителиальными клетками кожи (Tumbar et al. 2004). Во всех трех этих методах получения клеток bulge с высокой степенью чистоты клетки bulge образуют большие колонии, которые можно пассировать in vitro (Morris et al. 2004, Tumbar et al. 2004). Это верно как для внутреннего, так и для внешнего слоя выпуклости (Blanpain et al. 2004) (). Исследования клоногенности дополнительно демонстрируют, что большая колония, полученная из одной клетки выпуклости, может давать множественные большие колонии при пассировании, что указывает на самообновление СК in vitro (Blanpain et al.2004, Клаудино и др. 2005).

Мультипотентность стволовых клеток bulge

Двумя основными свойствами СК являются их способность к самообновлению и дифференцировке по нескольким линиям. Чтобы изучить потенциал дифференцировки выпуклых SC, исследователи использовали различные методы, в том числе ( a ) исследования трансплантации микрорассеченных сегментов HF, ( b ) прямую трансплантацию и клональный анализ изолированных клеток выпуклости и ( c ). ) генетическое картирование судеб у мышей.

В новаторских исследованиях Oshima et al. (2001) создали химерные фолликулы с усами грызунов, удалив немеченый выпячивание фолликула вибриссы дикого типа, заменив его выпуклостью, экспрессирующей lacZ, микродиссекции из трансгенного фолликула с усами мыши и пересадив химерный фолликул в капсулу почки и/или эмбриональная спинка иммунодефицитных мышей. Через 30 дней после трансплантации lacZ-маркированные клетки были обнаружены в эпидермисе, сальных железах и HFs (Oshima et al.2001). Моррис и др. (2004) получили аналогичные результаты, используя 10 5 -FACS-изолированных K15-GFP-меченных клеток выпуклости, трансплантированных иммунодефицитным мышам.

В экспериментах Barrandon и соавт. временной анализ химерных фолликулов-усиков в фазе анагена выявил нисходящий поток lacZ-позитивных клеток, происходящих из трансплантированного утолщения, мигрирующих в матрикс и впоследствии дифференцирующихся в одно из шести концентрических колец IRS. и линии стержня волоса. Хотя и с меньшей частотой, клетки, расположенные в нижней части HF, также были способны дифференцироваться в несколько линий клеток кожи (Oshima et al.2001). Эти находки подтверждают точку зрения, что SCs мигрируют из выпуклости в основание фолликула до того, как они дифференцируются и теряют свой потенциал. Как указано выше, еще предстоит решить, происходит ли непрерывный нисходящий поток клеток выпуклости только в усах или человеческих HF, в которых цикл волосяного покрова демонстрирует пролонгированную фазу анагена, или это особенность, общая для всех HF.

Приведенные выше исследования прекрасно подчеркивают способность клеток в области выпуклости дифференцироваться по трем различным линиям кератиноцитов кожи.Однако они не рассматривают, состоит ли выпуклость из нескольких типов унипотентных предшественников, каждый из которых способен дифференцироваться по одной линии, или же отдельные клетки выпуклости обладают мультипотентностью, способностью дифференцироваться по любой из трех линий. На сегодняшний день технические препятствия препятствуют тестированию мультипотентности с использованием клональных анализов in vivo. Однако в последние несколько лет исследователи использовали клональный анализ in vitro, чтобы окончательно продемонстрировать мультипотентность клеток bulge при пассировании in vitro (Blanpain et al.2004, Клаудино и др. 2005).

В первом исследовании Fuchs et al. (Blanpain et al. 2004) поместили изолированные клетки выпуклости, меченные K14-GFP, в культуру для получения индивидуальных голоклонов. Затем после кратковременной экспансии потомков одной клетки выпуклости трансплантировали на спины голых мышей . Каждый из потомков одиночных голоклонов, происходящих из выпуклости, давал GFP-положительные HF, IFE, сальные железы и даже выпуклые SCs (Blanpain et al. 2004). Аналогичные результаты были получены Баррандоном и его коллегами (Claudinot et al.2005), которые смогли получить тысячи HF из потомства одной культивируемой SC крысиного уса. Эти эксперименты предоставляют убедительные доказательства в поддержку представления о том, что клетки во взрослом фолликуле выпячиваются, обладая классическими критериями добросовестных мультипотентных SCs. То, что внутренний слой выпуклости также обладает этой способностью, также предполагает, что даже когда клетки выпуклости отделяются от базальной пластинки и, по-видимому, подвергаются ранней фиксации линии HF, процесс является обратимым, по крайней мере, после культивирования in vitro (Blanpain et al.2004).

Унипотентный предшественник, обеспечивающий обновление межфолликулярного эпидермиса

В нормальных условиях выпуклость действует как резервуар фолликулярных СК, и только в ответ на повреждение было показано, что она мобилизуется и функционирует как мультипотентный резервуар СК. Существуют ли другие мультипотентные СК в коже взрослых, еще предстоит продемонстрировать. Однако имеются существенные доказательства того, что унипотентные СК существуют и в других участках кожи. Эксперименты по картированию судеб с использованием рекомбиназы Cre, которая постоянно маркирует выпуклые клетки, показывают, что в физиологических условиях IFE содержит только редкие участки β-галактозидазо-позитивных клеток, происходящих из выпуклых клеток.Эти данные подтверждают постулированное выше представление на основе столбцов EPU: нормальный гомеостаз IFE контролируется присутствием унипотентных предшественников, которые находятся внутри IFE (Ito et al. 2005, Levy et al. 2005, Morris et al. 2004). То, что SC bulge не являются необходимыми для эпидермального гомеостаза, возможно, лучше всего иллюстрируется тем фактом, что в ладонно-подошвенной коже вообще отсутствуют HF, как и при ряде генетических заболеваний волос, однако эпидермальный гомеостаз и заживление ран все же могут иметь место (Montagna et al.1954).

Микроматричный анализ стволовых клеток bulge

Чтобы определить, какие гены и сигнальные пути работают в SCs bulge, исследователи выполнили профилирование транскрипции на изолированных клетках bulge в фазе телогена (Blanpain et al. 2004, Morris et al. 2004, Tumbar et al. др. 2004). В большинстве случаев эти профили сравнивали с профилями базальных эпидермальных клеток, которые обладают пролиферативной способностью, но, как считается, содержат мало мультипотентных СК, если вообще содержат их. Примечательно, что большинство транскриптов с повышенной экспрессией либо в наборах Tumbar, либо в массивах Morris были активированы в наборе Blanpain, который охватывал значительно больший набор генов по сравнению с двумя более ранними исследованиями.Бланпейн и др. (2004) перечисляют 56 транскриптов, которые оцениваются как повышенная регуляция в клетках выпуклости, независимо от метода выделения, стадии цикла роста волос или прикрепления к базальной мембране, и которые можно рассматривать как молекулярную сигнатуру клеток выпуклости.

Интересно, что 14% генов, экспрессия которых была обнаружена в других типах СК (кроветворных СК, нейрональных СК и эмбриональных СК) (Иванова и др., 2002, Рамальо-Сантос и др., 2002), также оказались частью сигнатуры выпуклости (Blanpain et al. 2004), предполагая, что определенные гены в этом списке, вероятно, вовлечены в уникальные свойства, общие для многих, если не для всех SCs.С этой проблемой связано важное сходство, недавно обнаруженное между этими профилями bulge SC мыши и профилями bulge SCs человека (Ohyama et al. 2006). Хотя были отмечены некоторые различия (CD34, например, распространяется на более низкие ОРС в фолликулах человека), это сходство служит хорошим предзнаменованием для будущих клинических исследований, направленных на улучшение потенциала кожных СК в терапевтических целях.

Сигнатура выпуклости теперь представляет собой совокупность маркеров, которые должны позволить исследователям изучить степень, в которой клетки выпуклости сохраняют свою программу экспрессии генов, когда они реагируют на естественные стимулы, например.g., во время цикла роста волос и при повреждении, а также при выходе из ниши для миграции и/или дифференциации по определенным клонам. Список также должен быть полезен при изучении того, как клетки выпуклости меняют свои свойства в ответ на различные генетические манипуляции. Благодаря таким будущим исследованиям ученые должны начать раскрывать, в какой степени сигнатура выпуклости является отражением покоя этих СК, и идентифицировать подмножество этих генов, участвующих в самообновлении и подавлении детерминации клона, независимо от того, является ли СК кожи находится в состоянии покоя или пролиферирует.

Хотя эти исследования находятся в зачаточном состоянии, из них уже можно извлечь несколько важных уроков. Одним интригующим аспектом профилирования транскрипции, проведенного на выпуклости к настоящему времени, является высокая степень, в которой сигнатура выпуклости поддерживается как на стадиях анагена, так и телогена цикла роста волос, а также в базальном и супрабазальном слоях выпуклости (Blanpain et al. 2004). Эти результаты подчеркивают сильное влияние, которое микросреда ниши выпуклости оказывает на ее обитателей. В свою очередь, для мобилизации SC bulge и выхода из ниши это доминирование должно быть преодолено.

Хотя исследователи проводят дополнительные эксперименты, чтобы проанализировать молекулярную значимость сигнатуры выпуклости, заманчиво размышлять о роли различных транскриптов, которые либо активируются, либо подавляются преимущественно в выпуклости. С этой целью ряд генов сигнатуры выпуклости кодирует клеточную адгезию, цитоскелет и компоненты ECM. Мы утверждаем, что эти гены могут отражать специализированное микроокружение, которое должно подходить не только для поддержания их характеристик SC в нише, но также и для того, чтобы позволять SC bulge покидать свою нишу и мигрировать во время заживления ран и/или отрастания волос.

Сигнатура bulge также предоставляет батарею генов-кандидатов, вероятно, играющих роль в SC quiescence. Наиболее примечательны многие гены с повышенной экспрессией, кодирующие факторы, ингибирующие клеточный цикл, такие как Cdkn1b (p27), Cdkn1c (p57) и Cdkn2b (p15), а также многочисленные гены с пониженной экспрессией, кодирующие факторы, стимулирующие клеточный цикл. , такие как Ki67, ядерный антиген пролиферирующих клеток, циклины ( Cyclin D1 , D2 , A2 , B1 ) и циклинзависимые киназы, а также гены, связанные с циклом клеточного деления ( Cdc2a, 2b , 6 , 7 , 25c ) (Blanpain et al.2004, Моррис и др. 2004, Тумбар и др. 2004). Хотя обычно считается, что клеточный цикл регулируется в основном на посттрансляционном уровне, регуляция транскрипции этих генов клеточного цикла предполагает, что покоящаяся природа выпячивания регулируется уникальными механизмами оперативного контроля.

Наконец, другой интересный набор генов сигнатуры выпуклости содержит те, которые, вероятно, участвуют в поддержании SCs в недифференцированном, заторможенном росте состоянии. Из этих генов особенно интересно, что многие компоненты сигнального пути Wnt/β-катенина ( Tcf3 ; Tcf4 ; Dkk-3 ; sFRP1 ; ; ; DAB2 ; CTBP2 ) и сигнальные пути TGF-β / BMP ( LTBP1 , 2 , 3 ; TGF- ; 2 ; Gremll ) активизируются в выпуклости .Эти пути обсуждаются отдельно в разделах ниже.

ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ И СПЕЦИФИКАЦИЯ СУДЬБЫ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК В КОЖЕ

Передача сигналов Wnt/β-катенин

Путь передачи сигналов Wnt/β-катенин консервативен во всем царстве эукариот, где он контролирует множество различных клеточных решений во время эмбрионального и постнатального развития (). Дерегуляция Wnt ведет к дисбалансу пролиферации и дифференцировки, что часто приводит к раку (Reya et al. 2001).

Сигнальный путь Wnt/β-катенин во время морфогенеза и регенерации волосяных фолликулов (HF).( a ) Схема канонического пути Wnt (подробнее см. http://www.stanford.edu/%7Ernusse/). В отсутствие сигнала Wnt избыток цитоплазматического β-catenin нацелен на деградацию посредством его ассоциации с мультибелковым комплексом. При связывании Wnt его активированный рецепторный комплекс задействует определенные ключевые компоненты механизма нацеливания на деградацию β-catenin. Стабилизированный свободный цитоплазматический β-катенин теперь перемещается в ядро, где он может ассоциироваться с транскрипционными факторами семейства LEF/TCF для трансактивации экспрессии их генов-мишеней.( b ) Исследования потери и приобретения функции у мышей выявили различные функции передачи сигналов Wnt/β-catenin во время морфогенеза и гомеостаза кожи взрослых. Во время морфогенеза HF требуется, чтобы Wnt/β-catenin определял судьбу HF (плакоды) в недифференцированном базальном эпидермисе. Во время цикла взрослого волоса Wnt/β-катенин необходим для поддержания идентичности HF стволовых клеток (SC). Судя по репортерному трансгену Wnt, усиление передачи сигналов Wnt способствует активации SC, чтобы инициировать рост новых волос во время перехода от телогена к анагену.Еще более сильный сигнал, по-видимому, участвует позже, при переходе матриксных клеток к окончательной дифференцировке специфически вдоль клона стержня волоса. ( c ) Когда конститутивно активная форма β-катенина экспрессируется в эпидермисе кожи в течение длительных периодов времени, у мышей развиваются de novo HF из межфолликулярного эпидермиса (IFE), наружного корневого влагалища (ORS) и сальных желез (SGs). В конце концов, у этих мышей развиваются опухоли HF, называемые пиломатрикомой, которые состоят из иммортализованных матриксных клеток на периферии и чистых волосковых клеток в центре (без клеток внутреннего корневого влагалища или сопутствующего слоя).Визуализация была улучшена скрещиванием мышей K14-ΔN на фоне мышей K14-GFP. ( d ) Различная сила сигнала активности репортерного гена Wnt в сочетании с зависимостью от дозы β-катенина, связанной с этими различными результатами у мышей, может быть объяснена моделью, согласно которой эффективная сила передачи сигналов Wnt контролирует поведение и судьбу фолликул СК. Примечание: так называемый градиент активности Wnt относится к статусу транскрипционной активности Tcf/Lef/β-catenin внутри клетки, который фактически может быть достигнут в виде градиента, даже без вовлечения Wnt per se.ДП, дермальный сосочек.

Wnts составляют большое семейство богатых цистеином секретируемых гликопротеинов, которые активируют рецепторы Frizzled, которые, в свою очередь, стимулируют каскад событий, завершающихся стабилизацией и накоплением цитоплазматического β-катенина. В норме клеточный β-катенин образует комплексы с E-кадгерином и α-катенином в соединениях слипчивых клеток, а свободный цитоплазматический β-катенин расщепляется протеасомой. После передачи сигналов Wnt избыток β-catenin больше не расщепляется, и он может образовывать комплексы и активировать членов семейства транскрипционных факторов Tcf/Lef1 (Logan & Nusse 2004) (1).

Сигнальный путь звукового ежа (Shh) во время морфогенеза волосяного фолликула и цикла взросления волос. ( a ) Схема пути Shh. В отсутствие Shh его рецептор Patched (Ptch) ингибирует активность Smoothened (Smo). После связывания Shh Ptch больше не может репрессировать Smo, что активирует транслокацию Gli в ядро, позволяя ему трансактивировать свои гены-мишени. ( b ) Роль Shh в волосяном фолликуле. Исследования потери функции у мышей выявили важность Shh в поддержании пролиферации эмбриональных и взрослых зачатков волос.Исследования усиления функции подчеркивают поразительную связь между базально-клеточным раком и нарушением регуляции пути Shh. ( c ) Shh не экспрессируется в покоящихся стволовых клетках выпуклости. Во время регенерации волос происходит задержка, прежде чем Shh сильно активируется в развивающемся зачатке волоса. Устойчивая экспрессия Shh, по-видимому, зависит от тесной связи с дермальным сосочком (DP). Как в эмбриональном развитии, так и во взрослом состоянии Shh, по-видимому, действует ниже сигнального пути Wnt/β-catenin.Бу, выпуклость; HG, зародыш волос.

В коже Wnt и β-catenin играют разные роли в морфогенезе HF, поддержании и/или активации SC, дифференцировке волосяного стержня, а также в формировании опухоли pilomatricoma у мышей и людей (Alonso & Fuchs 2003). Активация передачи сигналов Wnt/β-катенин имеет решающее значение на первой стадии морфогенеза HF, о чем свидетельствует отсутствие образования плакод при условной абляции β-катенина (Huelsken et al. 2001) или конститутивная экспрессия растворимого ингибитора Wnt. ( Dkk1 ) (Andl et al.2002). Хотя источник и идентичность предполагаемого сигнала Wnt, необходимого для индукции образования плакод, остаются неясными, это может быть первым дермальным сигналом, который инструктирует эпидермальные клетки производить волосы. С этим представлением согласуется активация как в плакоде, так и в постнатальном зачатке волоса репортерного гена Wnt, управляющего lacZ под контролем энхансера, состоящего из мультимеризованных сайтов связывания для ДНК-связывающих белков Lef1/Tcf, которые взаимодействуют с ними и активируются ими. связь с β-катенином (DasGupta & Fuchs 1999, Reya & Clevers 2005) ().Ядерный β-catenin и экспрессия Lef1 также наблюдаются в эмбриональных плакодах и постнатальных ростках волос в это время (Merrill et al. 2004, van Genderen et al. 1994, Zhou et al. 1995). Noggin, растворимый ингибитор Bmps, экспрессируется мезенхимальным конденсатом и необходим на ранней стадии морфогенеза и циклирования HF. По-видимому, он действует по крайней мере частично, стимулируя экспрессию Lef1 (Botchkarev et al. 2001, Jamora et al. 2003).

Исследования на трансгенных мышах подтверждают роль передачи сигналов Wnt в спецификации развития HF.Мыши, экспрессирующие конститутивно стабилизированный β-катенин (Δ> Nβ-катенин ), обнаруживают HF de novo (Gat et al. 1998) (), тогда как мыши, лишенные Lef1 (van Genderen et al. 1994) или β-катенина (Huelsken et al. al. 2001) или избыточная экспрессия ингибитора Wnt Dkk1 демонстрируют малочисленность фолликулов (Andl et al. 2002).

После рождения самый сильный сигнал Wnt связан с терминально дифференцирующимися клетками коры волосяного стержня (DasGupta & Fuchs 1999) (4). Гены кератина волос обладают ДНК-связывающими доменами Lef1/Tcf и являются добросовестными мишенями для Wnt-опосредованной экспрессии генов (Merrill et al.2001, Чжоу и др. 1995). Эта линия матриксных клеток, по-видимому, особенно выделена для надежной передачи сигналов Wnt, т.к. у трансгенных мышей K14-Δ Nβ-catenin развиваются пиломатрикомы, которые представляют собой чистые опухолевые массы кортикальных клеток (Gat et al. 1998). Сходным образом, большинство пиломатриком человека обладают N-концевыми стабилизирующими мутациями в кодирующей последовательности гена β-катенина (Chan et al. 1999, Xia et al. 2006).

В отличие от клеток коры, выпячивание в значительной степени не обнаруживает репортерной активности Wnt (DasGupta & Fuchs 1999).Данные микрочипов предполагают, что выпуклость обычно находится в среде, ингибируемой Wnt, демонстрируя активацию генов, кодирующих предполагаемые факторы, ингибирующие Wnt ( sFRP1 , Dkk3 , Wif ), и подавление генов, кодирующих факторы, стимулирующие Wnt, в выпуклость ( Wnt3 , Wnt3a ). Тем не менее, выпуклые SC экспрессируют ряд поверхностных рецепторов ( Fz2 , 3 и 7 ), что позволяет им получать сигналы Wnt, а также факторы транскрипции, связанные с передачей сигналов Wnt ( Tcf3 , Tcf4 ). , Tle1 , Ctbp2 ), чтобы они могли передавать сигнал Wnt (см. Tumbar et al.2004). В этом отношении интересен Tcf3, так как было показано, что он действует как репрессор в отсутствие передачи сигналов Wnt (Merrill et al. 2001, 2004). Взятые вместе, эти находки указывают на то, что bulge SCs находятся в состоянии покоя, Wnt-ингибированном состоянии и что передача сигналов Wnt играет ключевую роль в управлении этими клетками по крайней мере по одной линии дифференцировки волос (19).

Несколько исследований предполагают, что роль передачи сигналов Wnt в постнатальной HF может быть даже шире. Участие Wnts в морфогенезе HF указывает на то, что передача сигналов Wnt может быть важна для активации bulge SCs.С этим представлением согласуется присутствие нескольких LacZ-позитивных выпуклых клеток, управляемых Wnt-репортерами, в начале цикла роста волос (DasGupta & Fuchs 1999). Количество активированных клеток bulge можно значительно увеличить путем селекции мышей Wnt-reporter на фоне мышей K14-Δ Nβ-catenin ; на большинстве стадий цикла роста волос, однако, выпуклость остается молчаливой для активности Wnt-репортера (DasGupta & Fuchs 1999, Merrill et al. 2001).

Индуцируя экспрессию стабилизированного β-катенина в фолликулах в фазе телогена, несколько групп исследователей наблюдали преждевременную активацию регенерации волос (Lo Celso et al.2004, Лоури и др. 2005, Ван Матер и др. 2003), что напоминает морфогенез фолликулов de novo, происходящий при IFE (Gat et al. 1998). Несмотря на преждевременный переход от телогена к анагену, выпуклость K14-Δ Nβ-catenin снова входит в свое относительно спокойное состояние, когда фолликул растет вниз (Lowry et al. 2005). Эти находки подразумевают, что необходим некоторый дополнительный фактор(ы) в дополнение к повышенной передаче сигналов Wnt для изменения статуса генов, регулируемых Lef1/Tcf (включая TopGal) и активации bulge SCs.Заманчиво предположить, что этот сигнал исходит от DP, учитывая непосредственную близость DP к выпуклости до начала цикла роста волос. Одним из кандидатов может быть Bmp-ингибитор Noggin, продуцируемый DP и необходимый для экспрессии Lef1 в эмбриональной волосяной плакоде, а также в клетках матрикса (Andl et al. 2004, Botchkarev et al. 1999, Jamora et al. , 2003, Кобелак и др., 2003). Fgf7 и Fgf10 являются дополнительными кандидатами, которые, как известно, экспрессируются в выпуклости и влияют на морфогенез фолликулов (Guo et al.1993, Петио и др. 2003).

Несмотря на постоянное присутствие повышенного уровня стабилизированного β-катенина, размер ниши SC со временем не меняется (Lowry et al. 2005). Это означает, что если повышенный уровень β-catenin способствует самообновлению bulge SCs, это должно сопровождаться увеличением скорости выхода SCs из ниши. Два фактора, согласующиеся с этим представлением, заключаются в том, что скорость удержания BrdU-метки снижена, а уровень включения BrdU-метки повышен в выпуклости K14-ΔNβ-катенина.При этом такая повышенная пролиферация, по-видимому, проявляется в преждевременной активации СК, так как не сопровождается заметным увеличением длины волос или клеточности ВФ.

Чтобы понять, как повышение уровня β-катенина может способствовать активации SC в выпуклости, Lowry et al. (2005) провели анализ микрочипов SC в фазе телогена или анагена, выделенных из Δ Nβ-catenin или фолликулов дикого типа. Интересно, что некоторые гены утолщения в телогеновой фазе, затронутые Δ Nβ-катенином , были аналогичным образом затронуты при нормальном утолщении в фазе анагена, что позволяет предположить, что трансген-индуцированные изменения могут отражать естественные изменения, которые происходят при переходе волос от телогена к анагену. цикл.Хотя необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить, в какой степени это так, гены, которые появились в этих массивах и которые могут играть роль в Wnt-опосредованной активации SC bulge, включают Cyclin D2 ( Ccnd2 ), Sox4 , и Biglycan (Lowry et al. 2005). Другим белком, экспрессия которого активируется в ранней фазе анагена, по-видимому, является корепрессор транскрипции Hairless, который, как предполагалось, функционирует путем блокирования экспрессии растворимого ингибитора Wnt Wise, что, в свою очередь, может приводить к Wnt-опосредованной активации SC (Beaudoin et al.2005). Дополнительным интересным поворотом является недавнее исследование, сообщающее, что Shh является нижележащей мишенью Wnt-опосредованной активации фолликулярных SCs (Silva-Vargas et al. 2005). Shh особенно интересен как кандидат Wnt, т.к. он должен интегрировать эти два ключевых сигнальных пути, важных для морфогенеза HF. Тем не менее, на основании дифференциальной экспрессии прямых генов-мишеней Wnt и Shh кажется маловероятным, что Shh является прямой мишенью для передачи сигналов Wnt в выпуклых клетках (Lowry et al.2005). Ниже мы более подробно обсудим путь Shh.

Таким образом, эти результаты очерчивают последовательные роли передачи сигналов Wnt во временной регуляции клонов фолликулярных SC, возможно, таким образом, который зависит от уровня сигнала: ( a ) стабилизация β-катенина способствует активации выпуклых SC, пролиферации и индукция регенерации фолликулов; ( b ) Стабилизация β-катенина способствует спецификации клеток матрикса для окончательной дифференциации вдоль линии волосковых (кортикальных) клеток; ( c ) стабилизация β-катенина способствует морфогенезу HF de novo; и ( d ) конститутивно активная экспрессия β-катенина приводит к опухолям волос пиломатрикомы.Конкретная судьба, выбираемая фолликулярной клеткой, по-видимому, зависит от совокупности внутренних и внешних факторов, которые вместе влияют на статус генов, регулируемых Tcf/Lef1. На конце спектра, ингибируемом Wnt, находится SC в состоянии покоя, а на конститутивном конце Wnt — онкогенез.

Передача сигналов Shh

Подобно Wnt/β-catenin, Shh является древним сигнальным путем, участвующим в спецификации клеточных судеб и пролиферации во время развития животных (Taipale & Beachy 2001).Трансмембранный рецептор Shh Patched (Ptch), который активен в отсутствие Shh (). Ptch функционирует путем ингибирования Smoothened (Smo), что необходимо для передачи сигнала Shh через семейство факторов транскрипции Gli для индукции экспрессии гена-мишени. Ptch сам по себе является геном-мишенью Shh, что приводит к локализованной секвестрации Shh и ограничению передачи сигналов на большие расстояния (Casali & Struhl 2004).

Учитывая известность пути Shh в развитии и пролиферации, неудивительно, что при нарушении регуляции этот путь приводит к онкогенезу.Рубин и др. (2005) осветили его важность для кожи, обнаружив, что мутации гена Ptch2 вызывают синдром базально-клеточного невуса, наследственную предрасположенность к базально-клеточному раку (BCC), наиболее распространенному типу рака кожи у людей. В коже Ptch действует как ген-супрессор опухоли, поскольку потеря гетерозиготности по локусу Ptch (хромосома 9q22.3) наблюдалась при спорадическом БКК и БКК, выделенных у пациентов с синдромом базально-клеточного невуса (Gailani et al. .1996, Хан и др. 1996, Джонсон и др. 1996, Унден и др. 1996). Активирующие мутации в Smo также были обнаружены в спорадических БКК (Xie et al. 1998), а избыточная экспрессия Shh, Smo, Gli1 или Gli2 приводит к БКК у мышей (Dahmane et al. 1997, Grachtchouk et al. 2000, 2003; Хатчин и др., 2005; Оро и др., 1997; Се и др., 1998). Недавно Видаль и соавт. (2005) продемонстрировали, что фактор транскрипционного бокса HMG, Sox9, также активируется в BCC, а эксперименты с эпистазом предполагают, что Sox9 находится ниже сигнального пути Shh в коже.Считается, что

BCC происходят от HF, и в соответствии с этим представлением Shh экспрессируется в волосяных плакодах кожи эмбриона (St-Jacques et al. 1998) (). Как показала экспрессия Ptch , Shh, вероятно, передает сигналы как в эпителиальном зачатке волоса, так и в лежащем в его основе мезенхимальном конденсате, что указывает на его потенциальную роль в эпителиально-мезенхимальных перекрестных помехах, необходимых для образования фолликулов (Oro & Higgins 2003, Oro et al. 1997). Мутации с потерей функции в Shh все еще позволяют формировать зачатки волос, помещая Shh генетически ниже передачи сигналов Wnt и Noggin (10).Однако плакоды не могут развиваться дальше, таким образом позиционируя Shh выше по течению от пролиферативного каскада, необходимого для морфогенеза HF (Chiang et al. 1999, St-Jacques et al. 1998, Wang et al. 2000). Мыши, дефицитные по Gli2, представляют фенотип, сходный с Shh -нулевыми мышами, подтверждая, что Shh действует главным образом через Gli2 при HF (Mill et al. 2003).

Передача сигналов Shh также важна для регенерации фолликулов во время цикла роста волос у взрослых. Хотя Shh не экспрессируется в выпуклости, он экспрессируется в матриксе и в развивающемся зародыше, где он становится поляризованным в одну сторону во время анагенной прогрессии (10).Механизмы, лежащие в основе этого тонкого ограничения экспрессии, непонятны, но передача сигналов Shh, вероятно, охватывает матрикс, как подтверждается экспрессией Ptch (Gat et al. 1998, Oro & Higgins 2003). Как следует из относительной роли передачи сигналов Shh и Wnt в коже эмбриона, антитела против Shh, доставленные в постнатальные фолликулы, блокируют прогрессирование анагена (Wang et al., 2000), и аналогичным образом циклопамин, ингибитор Shh, блокирует регенерацию волос (Silva-Vargas et al. др.2005). И наоборот, Shh или низкомолекулярные агонисты Shh ускоряют переход от телогена к анагену (Paladini et al. 2005, Sato et al. 1999).

В то время как Shh играет роль в пролиферации клеток матрикса в цикле роста волос, Indian hedgehog (Ihh) экспрессируется в сальных железах. Кроме того, как человеческие, так и мышиные сальные опухоли экспрессируют Ihh , но не Shh . В нормальных сальных железах Ihh экспрессируется в дифференцирующихся себоцитах, а ядерный Gli1 присутствует в предшественниках себоцитов (Niemann et al.2003). Ингибирование передачи сигналов hedgehog in vitro ингибирует рост и стимулирует дифференцировку себоцитов, указывая на паракринный механизм, посредством которого Ihh, секретируемый дифференцированными себоцитами, стимулирует пролиферацию предшественников себоцитов (Niemann et al. 2003). Трансгенная сверхэкспрессия др. членов семейства Shh показывает, что Desert hedgehog является функциональным гомологом Shh в коже (Adolphe et al. 2004).

Сигнальный белок костной морфогенетики

Bmps представляют собой секретируемые белки, которые активируют передачу сигнала путем связывания с трансмембранным рецепторным комплексом, состоящим из рецепторов Bmpr1a и Bmpr1b.После связывания лиганда Bmpr1b фосфорилирует цитоплазматический хвост Bmpr1a, который, в свою очередь, фосфорилирует ДНК-связывающий белок R-Smad (Smad 1, 5 и 8), который, в свою очередь, образует комплексы с одним из своих партнеров Smad (обычно Smad 4) до транслоцируются в ядро ​​и опосредуют экспрессию генов-мишеней (Shi & Massague 2003) (4).

Сигнальный путь костного морфогенетического белка (BMP) во время морфогенеза и дифференцировки волосяных фолликулов. ( a ) Схема пути BMP. Внеклеточная доступность белков BMP жестко регулируется растворимыми ингибиторами BMP, такими как Noggin.Димеры BMP связывают гетеродимерный рецепторный комплекс (BMPR-I и BMPR-II), который фосфорилирует и активирует R-Smad (Smads 1, 5 и 8), который затем связывается со своим ко-Smad (Smad 4) партнером. После активации комплекс R-Smad/co-Smad перемещается в ядро, где он трансактивирует свои гены-мишени. ( b ) Роль BMP в морфогенезе волосяных фолликулов. Сигналы BMP передаются от вышележащего эпидермиса к нижележащим дермальным конденсатам. Хотя роль, которую играют эти сигналы BMP, до конца не изучена, считается, что этот обмен сигналами играет роль в ранней спецификации участков морфогенеза волосяных фолликулов.По мере образования дермальных конденсатов они экспрессируют BMP-ингибитор Noggin, который необходим для нормального развития фолликулов и разрешает экспрессию Lef1 и передачу сигналов Wnt. Позже, по мере созревания фолликула, активация передачи сигналов рецептора BMP необходима для дифференцировки клеток матрикса с образованием стержня волоса и канала его внутреннего корневого влагалища (IRS). Передача сигналов BMP также регулирует пролиферацию эпидермиса в коже. ДП, дермальный сосочек.

Bmpr1a экспрессируется на большей части развивающегося кожного эпителия.Паттерн экспрессии Bmp особенно сложен в HF. В раннем развитии кожи Bmp2 экспрессируется в эпителии плакод, тогда как Bmp4 экспрессируется нижележащей мезенхимой (Kratochwil et al. 1996; Lyons et al. 1989, 1990; Wilson et al. 1999). У взрослых HF Bmps, по-видимому, также участвуют в эпителиально-мезенхимальных взаимодействиях. В ДП экспрессируются Bmp4, -6 и -7 (Kratochwil et al., 1996; Lyons et al., 1989, 1990; Rendl et al., 2005; Wilson et al., 1999), хотя Bmp6 может также функционировать в выпуклом SC. покоя и/или поддержания (Blanpain et al.2004). Кроме того, Bmps по-разному экспрессируются в различных линиях HF, с Bmp7 и -8 в IRS и Bmp2 и -4 в предшественниках стержня волоса.

Роль передачи сигналов Bmp в развитии кожи начинается в нейроэпителии, когда передача сигналов Bmp специфицирует некоммитированные эктодермальные клетки, чтобы стать эпидермисом (Nikaido et al. 1999). Как только клетки-предшественники эмбриональных SC кожи специфицированы, следующий перекресток для передачи сигналов, по-видимому, находится на стыке образования волосяных плакод.В процессе, имеющем некоторое сходство с формированием нервной трубки, образование плакод зависит от Noggin, растворимого ингибитора передачи сигналов Bmp (Botchkarev et al. 1999, Jamora et al. 2003). Условная абляция гена Bmpr1a также приводит к накоплению больших масс недифференцированных, экспрессирующих Lef1, плакодоподобных клеток, что дополнительно подчеркивает роль ингибирования Bmp на ранних стадиях морфогенеза HF (Andl et al. 2004, Kobielak и др., 2003).

Условное нацеливание на ген Bmpr1a также выявило положительную роль передачи сигналов Bmp в дифференцировке клеток матрикса в линии IRS и стержня волоса (Andl et al.2004, Кобелак и др. 2003, Минг Кван и др. 2004, Юхки и др. 2004). Несколько маркеров дифференцировки клеток матрикса (FoxN1/ nude , Hoxc13, Msx2 и GATA3) были сильно уменьшены или отсутствовали после удаления Bmpr1a . Примечательно и резко контрастирует, что экспрессия Shh и Lef1 увеличивается, что также наблюдается у трансгенных мышей, экспрессирующих Noggin под контролем промотора Msx2 (Kulessa et al. 2000). Ядерный β-catenin также снижается в Bmpr1a-дефицитных клетках матрикса, демонстрируя, что передача сигналов Bmp лежит выше по течению от передачи сигналов β-catenin во время дифференцировки клеток матрикса.Эти данные подтверждают точку зрения о том, что ингибирование передачи сигналов Bmp необходимо для активации SC в направлении судьбы клеток HF, тогда как передача сигналов Bmp необходима для дифференцировки активированных SCs для принятия одной или нескольких из шести различных линий, которые составляют зрелые клетки HF (Kobielak и др., 2003).

Несколько других линий доказательств указывают на то, что ингибирование передачи сигналов Bmp способствует активации SC. По завершении нормального цикла роста волос пролиферация прекращается, и ВФ вступает в деструктивную фазу (катаген).Напротив, Bmpr1a -null ORS продолжает пролиферировать и расти вниз, приводя к накоплению клеток матрикса и образованию фолликулярных опухолей (Andl et al. 2004, Ming Kwan et al. 2004). Наоборот, обработка культивируемых bulge SCs с помощью BMP6 ингибирует их пролиферацию и приводит к временному выходу из клеточного цикла (Blanpain et al. 2004, Botchkarev et al. 1999).

Передача сигналов Notch

Подобно другим основным сигнальным путям в коже, передача сигналов Notch участвует в различных решениях клеточных судеб в животном мире.Трансмембранные рецепторы Notch (Notch2-4 у млекопитающих) связывают трансмембранные лиганды, либо Jaggeds (2), либо deltas (3). При взаимодействии с лигандом мембранные рецепторы Notch последовательно расщепляются сначала металлопротеиназой, а затем γ-секретазой, которая высвобождает активный внутриклеточный домен Notch (NICD), освобождая его для перемещения в ядро ​​и связывания с ДНК-связывающим белком RBP-. Jκ. После связывания NICD RBP-Jκ превращается из репрессора транскрипции в активатор, что приводит к индукции нижестоящих генов-мишеней Notch (Artavanis-Tsakonas et al.1999) ().

Сигнальный путь Notch во время стратификации эпидермиса и дифференцировки волосяных фолликулов. ( a ) Схема канонической сигнализации Notch. При связывании лиганда (Jagged или Delta) трансмембранный рецептор Notch расщепляется протеазами (протеазой ADAM и γ-секретазой), высвобождая внутриклеточный домен Notch (NICD), который затем может перемещаться в ядро ​​и связываться с ДНК-связывающим белком. RBP-Jk для обеспечения транскрипции генов-мишеней. ( b ) Роль Notch2 в развитии кожи.Notch2 расщепляется и генерирует свою активную форму, NICD1, которая контролирует стратификацию и дифференцировку эпидермиса. Вначале NICD1 присутствует в базальных клетках, но позже он обнаруживается преимущественно в супрабазальных клетках. Исследования потери функции предполагают, что Notch2 действует как супрессор опухоли в эпидермисе кожи, ограничивая пролиферацию базального слоя. Notch2 также играет роль в волосяном фолликуле, где было показано, что он играет критическую роль в дифференцировке внутреннего корневого влагалища и стержня волоса.

Множественные компоненты сигнального пути Notch экспрессируются в эмбриональном и взрослом эпидермисе. На ранней стадии эпидермальной стратификации Notch2 экспрессируется и активен в базальных и супрабазальных клетках эпидермиса и сальных желез (Okuyama et al. 2004, Rangarajan et al. 2001) (). На последних стадиях эпидермальной стратификации активность Notch2 снижается в базальном слое и становится более ограниченной шиповатым слоем (K1-позитивные клетки) (Okuyama et al. 2004).Потеря функции Notch2 приводит к дефекту дифференцировки IFE (Rangarajan et al. 2001).

В HF Notch2-3 экспрессируются в клетках пролиферативного матрикса и в дифференцирующихся клетках HF (Kopan & Weintraub 1993, Pan et al. 2004) (). Когда оба гена Notch 1 и Notch3 или PS1 и PS2 , участвующие в процессинге Notch, условно удалены в матрице, HF количественно теряются и возникают эпидермальные кисты, что подчеркивает роль передачи сигналов Notch в созревании и дифференцировке фолликулов. (Пан и др.2004). Последствия делеции Notch2 наиболее непосредственно вредны для сальных желез, которые редуцированы у животных с одним условным нокаутом; в отсутствие как Notch2 , так и Notch3 сальные железы полностью отсутствуют (Pan et al. 2004). Условное нацеливание гена RBP-Jκ также приводит к выпадению волос и образованию эпидермальных кист (Yamamoto et al. 2003).

В связи с естественной ролью передачи сигналов Notch в коже потеря Notch 1 потенцирует развитие опухоли кожи при химически индуцированном канцерогенезе (Nicolas et al.2003). Наоборот, избыточная экспрессия NICD в культивируемых клетках ингибирует пролиферацию кератиноцитов, частично путем активации гена-мишени p21 , который обладает функциональным сайтом связывания RBP-Jκ в своем промоторе (Rangarajan et al. 2001). Хотя эти исследования указывают на роль Notch в дифференцировке волос и ингибировании пролиферации, устойчивая активация передачи сигналов Notch посредством сверхэкспрессии NICD1 в предшественниках волосяного стержня неожиданно способствует пролиферации клеток матрикса и нарушает дифференцировку волосяного стержня (Lin & Kopan 2003, Lin et al.2000). Эти находки повышают вероятность того, что роли передачи сигналов Notch в эпидермисе и HF могут различаться.

Дальнейшее понимание передачи сигналов Notch в коже получено в результате исследований формирования куриного пера. Как и у мышей, Notch2 экспрессируется в эпидермальной плакоде кур, а дельта экспрессируется в нижележащей мезенхиме. Сверхэкспрессия дельты в небольшом участке эпидермиса приводит к ускорению развития оперения, в то время как массивная гиперэкспрессия в эпидермисе приводит к замедлению развития перьев (Crowe et al.1998). Эти находки указывают на модель, в которой передача сигналов Notch способствует развитию HF в ранее существовавших плакодах, но ограничивает соседние клетки от принятия сходной судьбы. Обобщение этой модели для др. развития придатков у др. видов требует дальнейшего изучения, но эта модель отражает передачу сигналов Notch в спецификации эпидермальной и нейральной судеб у Drosophila .

Хотя потеря Notch2 в эпидермисе не нарушает ранний морфогенез фолликулов, со временем она постепенно снижает количество HF (Vauclair et al.2005). До сих пор неясно, какие нижестоящие гены регулируются передачей сигналов Notch в эпидермисе и как эти гены опосредуют их клеточную функцию. Также еще предстоит определить, как передача сигналов Notch действует в нише bulge SC, как Notch регулирует цикл волосяного покрова и как путь передачи сигналов Notch связан с др. сигнальными путями, которые, как известно, влияют на поддержание и активацию SC.

ДРУГИЕ ГЕНЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В БИОЛОГИИ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК КОЖИ

Концы хромосом называются теломерами, и они состоят из коротких тандемных повторов ДНК, которые связываются со специфическими белками и защищают концы хромосом от деградации и рекомбинации.Теломераза — это обратная транскриптаза, которая синтезирует повторы ДНК, чтобы избежать укорочения теломер во время репликации ДНК. Теломеразная обратная транскриптаза (TERT) является каталитической субъединицей белкового комплекса, образующего теломеразу. Активация теломеразы активируется при многих видах рака человека, и TERT взаимодействует с другими онкогенами для трансформации нормальных клеток в опухолевые (Blackburn 2001).

Было постулировано, что TERT расширяет пролиферативный потенциал клеток, и, следовательно, предполагалось, что он играет роль в биологии SC.Когда промотор K5 используется для управления сверхэкспрессией TERT в базальном эпидермальном слое трансгенных мышей, животные становятся более восприимчивыми к онкогенезу кожи при воздействии химических канцерогенов и быстрее восстанавливают свои раны (Gonzalez-Suarez et al. 2001). Наоборот, мыши с дефицитом TERC, другого ключевого компонента теломеразы, устойчивы к химическому канцерогенезу кожи (Gonzalez-Suarez et al. 2000).

В выпуклых СК повышенная активность TERT приводит к пролиферации и преждевременному вступлению в стадию анагена (Flores et al.2005, Зарин и др. 2005). Флорес и др. (2005) предположили, что сниженная эпидермальная пролиферация, наблюдаемая у мышей TERC -null, отражает важность теломеразы и длины теломер в поведении выпуклых SC. Напротив, Сарин и соавт. (2005) неожиданно обнаружили, что TERC воздействует на кожу независимо от его роли в функции теломеразы и длины теломер. Обе группы установили, что TERT и TERC выполняют свою функцию на покоящихся SCs внутри выпуклости. Однако, учитывая необходимость поддерживать пролиферацию в клетках матрикса во время фазы роста волосяного цикла, кажется более правдоподобным, что потребность в усилении обычной теломеразной активности будет ощущаться пролиферирующим компартментом матрикса, а не редкими циклическими клетками выпуклости. .Необходимы дополнительные исследования, чтобы прояснить эти противоречивые результаты и определить механизм, с помощью которого сверхэкспрессия теломеразы позволяет или способствует канцерогенезу кожи и активации рогового слоя.

Bulge SC демонстрируют повышенные уровни нескольких генов, связанных с цитоскелетом, которые, как известно, регулируются малыми G-белками семейства Rho малых GTPases. Rac является плейотропным регулятором динамики актина, межклеточной адгезии и клеточной миграции, и как таковой он широко экспрессируется в пролиферирующих клетках.Условная абляция гена Rac1 в пролиферирующих кератиноцитах кожи быстро истощает пролиферативные компартменты, приводя к мобилизации и истощению SCs (Benitah et al. 2005).

A priori аналогичный результат можно ожидать при истощении многих различных типов основных эпидермальных генов. Однако Rac1 представлял особый интерес для Ватт и ее коллег (Arnold & Watt, 2001, Braun et al., 2003, Frye et al., 2003, Waikel et al., 2001), поскольку он является негативным регулятором c-Myc, чья повышенная экспрессия Сообщается, что популяция выпуклых LRC истощается.В будущем будет интересно увидеть, до какой степени, как утверждают авторы, Rac1 может действовать в месте перехода между SC и его коммитированным потомством (Benitah et al. 2005).

Принимая во внимание общее мнение, что сверхэкспрессия c-Myc истощает SC bulge и заставляет их дифференцироваться по эпидермальной линии (Arnold & Watt 2001, Braun et al. 2003, Frye et al. 2003, Waikel et al. 2001), это стало неожиданностью, что условная потеря эндогенного c-Myc также приводит к потере LRC bulge и преждевременной дифференцировке базальных эпидермальных клеток (Zanet et al.2005). Хотя решение еще не вынесено, одно из возможных объяснений кажущихся несопоставимыми результатов между усилением и утратой функции c-Myc состоит в том, что c-Myc действует во многих точках вдоль выпуклых SC-линий, и возмущение на одном или нескольких из этих шагов может косвенно влияют на поведение СК. С этим представлением согласуется то, что исследования как увеличения, так и потери функции указывают на роль c-Myc в управлении линией сальных желез, которая, как полагают, также зависит от выпуклых SCs.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

  1. Эпителий кожи представляет собой сложную ткань, состоящую из трех различных ветвей, образующих IFE, HF и сальную железу.

  2. IFE постоянно самообновляется, чтобы обеспечить новый защитный слой на поверхности кожи, а HF проходят вечный цикл роста и дегенерации, чтобы обеспечить обновление волосяного покрова.

  3. Различные популяции клеток-предшественников вносят вклад в клональный гомеостаз, но на сегодняшний день только bulge SC клонально продемонстрировали мультипотентность со способностью дифференцироваться во все три линии дифференцировки.

  4. Bulge SCs можно активировать и мобилизовать в каждом цикле регенерации волосяных фолликулов и после заживления ран, чтобы предоставить клетки для восстановления тканей.

  5. Недавний прогресс в выделении и молекулярной характеристике bulge SCs позволил по-новому взглянуть на различные механизмы, участвующие в поддержании и активации SC.

  6. Консервативные сигнальные пути, регулирующие решения в области развития во всем царстве животных, повторно используются во взрослом возрасте для регуляции функций эпителиальных СК кожи, и нарушение регуляции этих сигнальных путей приводит к развитию рака в различных тканях.

БУДУЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ

В этом обзоре мы попытаемся осветить некоторые из значительных достижений, достигнутых в последнее время в области биологии стволовых клеток кожи, и мы поместим их в контекст исторических основ, которые сделали возможным это текущее исследование. В заключение мы предлагаем несколько оставшихся без ответа вопросов в области стволовых клеток кожи, которые, по нашему мнению, могут привлечь внимание биологов кожи в ближайшие годы.

  1. Определяют ли общие молекулярные механизмы фундаментальные характеристики, общие для СК кожи взрослых и других СК, а именно самообновление и поддержание недифференцированного состояния? Сравнение профилей транскрипции различных типов СК, выделенных непосредственно из соответствующих тканей, должно помочь идентифицировать возможных кандидатов, так же как и профилирование СК, находящихся в своих нишах и вне их, а также в состоянии покоя и активированного состояния.Поскольку гены-кандидаты идентифицированы, функциональный анализ предполагаемых генов самообновления или ингибирования дифференцировки SC в коже должен показать их важность и начать распутывать задействованные пути.

  2. Каков механизм активации SC в состоянии покоя? Мало что известно о сигналах, необходимых для мобилизации выпуклых SCs для реэпителизации эпидермальных ран и восполнения сальных желез. Даже для лучшего понимания процесса активации SC во время цикла роста волос ряд ключевых вопросов остается нерешенным.Суть проблемы заключается в том, включает ли активация SC фолликула внутренний часовой механизм и/или включает ли она сигнал от DP. Хотя изменение статуса генов, регулируемых Lef1/Tcf/β-катенин, вовлечено в активацию фолликулярных СК, до сих пор неясно, где участвует сигнал Wnt, откуда он исходит, как этот путь оказывает свое влияние, как он сходится с другими ключевыми сигнальными путями, и как устанавливается программа экспрессии генов, которая приводит к образованию фолликулов.

  3. Какая связь между SCs bulge и пролиферативными компартментами эпидермиса, сальной железы и HF? Сохраняют ли пролиферирующие кератиноциты кожи унипотентные или даже мультипотентные свойства SC, или они обязуются приступить к программе терминальной дифференцировки? Точка невозврата в области кожи SC является важной. Эксперименты по отслеживанию клонов и недавние исследования асимметричных делений клеток в коже позволяют по-новому взглянуть на эти вопросы, но теперь необходимы дополнительные исследования, чтобы осветить молекулярные отношения между этими различными пролиферативными популяциями в коже.

  4. Какая связь между мультипотентными предшественниками эмбрионального эпидермиса кожи и мультипотентными СК выпуклости? Эмбриональная кожа фактически начинается как одиночный слой мультипотентных предшественников, но они отличаются от bulge SCs своим пролиферативным статусом и отсутствием очевидной ниши. Являются ли bulge SC простыми покоящимися аналогами своих эмбриональных собратьев, или между ними существуют внутренние различия? Поскольку методы оттачиваются, чтобы изолировать и охарактеризовать ранние эмбриональные SCs, эта связь должна стать более ясной.Кроме того, будет полезно проследить развитие выпуклости от ее раннего происхождения до места ее расположения в постнатальном фолликуле.

  5. Являются ли СК причиной рака кожи? Рак является результатом многоступенчатого процесса, требующего накопления мутаций в нескольких генах. Для большинства видов рака клетки-мишени онкогенных мутаций неизвестны. Взрослые СК могут быть первоначальными клетками-мишенями, поскольку они самообновляются в течение длительных периодов времени, обеспечивая повышенную возможность накопления мутаций, необходимых для образования рака.Некоторые виды рака содержат клетки с характеристиками SC с высокой способностью к самообновлению и способностью повторно формировать исходную опухоль при трансплантации. Однако еще предстоит определить, возникают ли первоначальные онкогенные мутации в нормальных СК или в более дифференцированных клетках, которые вновь приобретают СК-подобные свойства. Демонстрации того, что СК являются клетками-мишенями начальных событий трансформации и что рак содержит клетки с характеристиками СК, ждут разработки инструментов, позволяющих выделить и охарактеризовать нормальные взрослые СК.Для большинства эпителиев, в которых возникает рак, такие методы выделения недоступны. Новые методы выделения и специфической маркировки СК кожи теперь позволяют экспериментально проверить гипотезу раковых СК в коже.

Определение вклада формы клеток эпидермиса в смачиваемость лепестков с использованием изогенных линий антирринума

PLoS One. 2011 г.; 6(3): e17576.

, 1 , 2 , * , 3 , 3 , 4 и 1

Хизер М.Уитни

1 Департамент наук о растениях, Кембриджский университет, Кембридж, Соединенное Королевство,

2 Школа биологических наук Бристольского университета, Бристоль, Великобритания,

Роза Поэтес

3 Кавендишская лаборатория, факультет физики, Кембриджский университет, Кембридж, Великобритания,

Ульрих Штайнер

3 Кавендишская лаборатория, факультет физики, Кембриджский университет, Кембридж, Великобритания,

Ларс Читтка

4 Школа биологических и химических наук, Лондонский университет королевы Марии, Лондон, Соединенное Королевство,

Беверли Дж.Гловер

1 Департамент наук о растениях, Кембриджский университет, Кембридж, Соединенное Королевство,

Джейн Стаут, редактор

1 Департамент наук о растениях, Кембриджский университет, Кембридж, Соединенное Королевство,

2 Школа биологических наук Бристольского университета, Бристоль, Великобритания,

3 Кавендишская лаборатория, факультет физики, Кембриджский университет, Кембридж, Великобритания,

4 Школа биологических и химических наук, Лондонский университет королевы Марии, Лондон, Соединенное Королевство,

Тринити-колледж Дублин, Ирландия

Задумал и спроектировал эксперименты: HMW RP US LC BJG.Проведены эксперименты: HMW RP. Проанализированы данные: HMW. Предоставленные реагенты/материалы/инструменты для анализа: HMW RP US BJG. Написал рукопись: HMW RP US LC BJG.

Поступила в редакцию 22 сентября 2010 г .; Принято 9 февраля 2011 г.

Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего указания оригинального автора и источника.

Эта статья была процитирована другими статьями в PMC.

Abstract

Эпидермис лепестков действует не только как барьер для внешнего мира, но и как точка взаимодействия между цветком и потенциальными опылителями. Ранее было показано, что присутствие конических клеток эпидермиса лепестков влияет на привлекательность цветка для насекомых-опылителей. Используя изогенные линии Antirrhinum, отличающиеся только наличием единственной эпидермальной структуры, конических клеток, мы смогли исследовать влияние структуры эпидермиса на смачиваемость лепестков путем измерения поверхностного краевого угла смачивания капель воды.Конические клетки оказывают значительное влияние на то, как вода удерживается на поверхности цветка, что может иметь косвенные последствия для поведения опылителей. Мы обсуждаем, насколько многофункциональным является эпидермис лепестков, и как требуется ряд методов, включая использование изогенных линий, чтобы распутать влияние специфических свойств эпидермиса в экологическом контексте.

Введение

Эпидермис растения действует как барьер для внешнего мира, образуя водонепроницаемый слой, предотвращающий обезвоживание внутренних тканей.Большинство поверхностей эпидермиса растений состоят из практически плоских клеток. Наличие выступающих клеток, особенно трихом (волоски) и сосочков (одиночные клетки в форме колбочек), связано со специфическими функциями. Например, трихомы могут участвовать в отпугивании хищников, а также в смягчении пограничного слоя листьев, а также было обнаружено, что они влияют на степень удержания воды на эпидермисе растений — его смачиваемость [1]. Предыдущие исследования показали, что примерно у 80% проанализированных видов растений поверхность эпидермиса лепестков состоит исключительно или почти исключительно из конических клеток [2].Ограничение конических клеток эпидермой лепестков и частота, с которой они обнаруживаются на лепестках, привели нескольких авторов к выводу, что они должны функционировать, чтобы повышать привлекательность венчика для животных-опылителей. Были серьезные споры о том, как конические клетки могут функционировать для повышения привлекательности цветка [2]–[7].

Также возможно, что форма клеток лепестков влияет на смачиваемость поверхности цветка. Структуры на поверхности растений и химия поверхности могут оказывать значительное влияние на гидрофобность или гидрофильность [1], [8], [9].Поведение поверхностных вод на шероховатой поверхности, такой как эпидермис растений, было установлено Вензелем [10] и Кэсси и Бакстером [11]. При «смачивании по Вензелю» вода находится в тесном контакте с поверхностью (), тогда как при «смачивании по Кэсси-Бакстеру» воздух задерживается между частями поверхности и каплей (). Из-за наличия воздушных карманов под каплей при смачивании Кэсси-Бакстера вода имеет меньший физический контакт с поверхностью. В этом случае капля имеет очень малый гистерезис краевого угла и легко скатывается с поверхности.В этом случае поверхность является супергидрофобной [8], [12].

Диаграмма, иллюстрирующая смачиваемость воды на шероховатой поверхности.

А . Смачивание Венцеля, когда вода находится в тесном контакте с поверхностью. B. Смачивание Кэсси-Бакстера, при котором воздух задерживается между частями поверхности и каплей.

Такая супергидрофобность ранее наблюдалась на листьях священного лотоса, Nelumbo nucifera , где внеклеточные конические экструзии воска, присутствующие на этих листьях, снижают смачиваемость поверхности, позволяя каплям воды собираться и скатываться [13], [14]. ].Эта адаптация, безусловно, важна для водных растений, но она также может иметь значение для сохранения листьев и лепестков других видов от заболачивания. Следствием отсутствия смачиваемости листа лотоса являются его «самоочищающиеся» свойства. Капли воды, скатывающиеся с листа, удаляют частицы грязи, создавая чистую поверхность, эффект, известный как «эффект лотоса», который послужил источником вдохновения для биомиметических приложений [13]. Считается, что отсутствие смачиваемости на поверхности листа является явным преимуществом по нескольким другим причинам, в том числе из-за того, что вода снижает фотосинтетический газообмен, может способствовать заражению патогенами и может усиливать отложение загрязняющих веществ [15], [16].

В случае цветов смачиваемость может влиять на предпочтения опылителей. Уже было показано, что наличие конических клеток влияет на выбор опылителей [3]–[6]. Если конические клетки лепестков создают недостаток смачиваемости, подобный эффекту лотоса, это может иметь ряд адаптивных последствий, включая потенциальное влияние на способность насекомого успешно захватывать цветок, фактор, который был показан. влиять на предпочтения опылителей [6]. Потенциальные свойства самоочищения также могут влиять на наличие запаховых меток, затемняющей цвет пыли, бактериальных клеток и грибковых спор, что может повлиять на выбор опылителя и способствовать общему здоровью растений [17]–[19]. .

Однако свойства смачиваемости поверхности растений до сих пор изучались либо с помощью биомиметики, либо путем сравнения структурных и химических различий между эпидермальными поверхностями разных видов растений из разных местообитаний [14], [15], [20]. – [22]. Биомиметические методы могут точно определить, как отдельные особенности поверхности влияют на смачиваемость, а сравнение различных видов определяет, как общая поверхность может влиять на экологию растений. Это создает трудности в прямом определении воздействия конкретных поверхностных смачиваемых веществ на окружающую среду из-за диапазона межвидовых различий в поверхностных свойствах.Возможность манипулировать отдельными компонентами поверхности растения и, таким образом, напрямую влиять на смачиваемость поверхности, была бы бесценным инструментом для исследования экологической значимости этого физического свойства. Это может быть достигнуто за счет использования генетически модифицированных или мутантных линий.

Одной из мутантных линий, которая сыграла неоценимую роль в изучении функции эпидермиса растений при взаимодействии растений с насекомыми, является мутант mixta Antirrhinum. У мутанта mixta отсутствуют конические клетки сосочкового лепестка, и вместо этого продуцируются эпидермальные клетки с плоскими лепестками, более похожие на эпидермальные клетки листа (14).Мутант представляет собой повреждение одного гена и не имеет других последствий для фенотипа растений, в том числе в составе кутикулярных восков [3], [23]. Использование изогенных линий, отличающихся только локусом MIXTA и, следовательно, только формой эпидермальных клеток лепестков, позволяет точно и чувствительно препарировать функцию этих специализированных клеток. На этих линиях мы ранее показали, что конические клетки увеличивают завязываемость плодов и снижают предпосадочную и послепосадочную отбраковку цветков пчелами [3], [4].

Лепестки с коническими и плоскими ячейками.

A. Изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), лепестка антирринума дикого типа. B. СЭМ mixta мутантного Antirrhinum лепесток.

В этой статье мы рассматриваем влияние конических клеток на смачиваемость лепестков. Это первое исследование, в котором проверяется влияние на смачиваемость поверхности растений изменений эпидермиса растений, вызванных одним геном, и предоставляется модельная система, в которой можно проверить экологическую важность этого свойства.Поскольку пчелы могут различать разные цвета цветов дикого типа и цветов микста и могут научиться ассоциировать эти цветовые различия с различными наградами [5], [24], они могут использовать их как сигнал, связанный с каким-то другим физическим свойством. цветка. Если форма клеток существенно влияет на смачиваемость, а опылители различают цветки разной степени сухости, то этот физический эффект также может объяснить предпочтение пчелами цветков с коническими ячейками.

Здесь мы показываем, что форма клеток лепестков оказывает значительное влияние на смачиваемость цветков. Было показано, что конические клетки многофункциональны, и поэтому мы пришли к выводу, что способность конических клеток влиять на смачиваемость цветков может быть одним из факторов, с помощью которых клетки конических лепестков улучшают приспособленность растений. Мы пришли к выводу, что использование изогенных линий является мощным инструментом для изучения экологического значения смачиваемости поверхности растений.

Материалы и методы

Линии растений и условия роста

Использовали две линии растений Antirrhinum, отличающиеся формой клеток лепестков.Выделение изогенных линий дикого типа ( Mx + ) и mixta ( mx ) описано в [3]. Эти линии поддерживаются путем самоопыления с 1995 года, поэтому генетические различия между особями практически отсутствуют. Мутант mixta имеет эпидермальные клетки с плоскими лепестками [23].

По шесть растений каждой из линий Antirrhinum выращивали в тепличных условиях при 23°C в 4-дюймовых горшках в компосте Levington (Великобритания) M3.В период роста растения получали дополнительное освещение от 400 ламп Osram (Osram, München, Germany) при фотопериоде 16 часов света/8 часов темноты. Соцветия с полностью открытыми цветками отбирали с каждого растения по мере их поступления, а цветы внутри соцветия дополнительно отбирали, чтобы избежать цветков с повреждением или неровностями поверхности лепестков.

Влияние формы лепестковых ячеек на смачиваемость

Смачиваемость поверхности в основном можно охарактеризовать двумя измеряемыми величинами: статическим краевым углом контакта капли воды и гистерезисом краевого угла.Смачиваемость свежих лепестков коническиклеточного дикого типа и плоскоклеточного мутанта mixta определяли путем измерения поверхностного краевого угла одиночных капель воды при их выдавливании на поверхность с помощью иглы шприца (продвигающийся краевой угол). или были удалены (уменьшение контактного угла). Разница между наступающим и отступающим контактными углами определяет гистерезис контактного угла. Если после попытки удаления часть капли воды оставалась, проводили измерение статического краевого угла.

Из каждой доли 10 отдельных цветков каждой линии вырезали по два образца. Все образцы укладывали горизонтально и прикрепляли к предметному стеклу микроскопа с помощью двустороннего скотча. Визуальный осмотр образца подтвердил, что подготовка образца не повредила поверхность лепестка, и любые образцы, демонстрирующие повреждения или неровности, отбраковывались. Используя методы, подробно описанные в [25], измерения для каждого образца были получены с использованием контактного гониометра (KSV CAM 200), оснащенного системой получения цифровых изображений и автоматическим дозатором жидкости.Отдельные капли воды распределялись, а затем удалялись с поверхности лепестков. Если образец был достаточно большим, впоследствии проводили второе измерение на отдельной области образца. Были сделаны изображения капли воды по мере ее продвижения и отступления по поверхности лепестка (показаны изображения наступающих и отступающих капель воды на лепестках как дикого типа, так и линии mixta ). Контактные углы были определены из этих боковых изображений капель с использованием численного алгоритма подбора [25].

Измерение смачиваемости поверхности цветков.

А1 . Угол опережения капли на поверхности, показывающий смачивание Кэсси-Бакстера. А2 . Угол падения капли показывает смачивание Кэсси-Бакстера. А3 . Легкость удаления капель с поверхности, показывающая смачивание Кэсси-Бакстера. Б1 . Угол опережения капли на поверхности показывает частичное смачивание Кэсси-Бакстера. В2 . Угол падения капли показывает частичное смачивание Кэсси-Бакстера. В3 . Удаление капли на поверхности, показывающей частичное смачивание по Кэсси-Бакстеру, показывающее, что, хотя начальное удаление похоже на идеальное смачивание по Кэсси-Бакстеру, локализованная точка остается. С1 . Угол опережения падения на поверхность, показывающий смачивание по Вензелю. С2 . Уменьшающийся угол падения показывает смачивание по Вензелю. С3 . Попытка удаления капли с поверхности, показывающая смачивание по Вензелю.

Результаты

Форма клеток лепестков оказывает значительное влияние на смачиваемость лепестков

Смачивание лепестков Antirrhinum можно разделить на три типа смачивания; ( A ) Смачивание Венцеля (когда вода находится в тесном контакте с поверхностью), ( B ) Смачивание Кэсси-Бакстера (когда воздух задерживается между частями поверхности и каплей) и ( C ) Частичное Смачивание Кэсси-Бакстера [10], [11].Этот третий, промежуточный тип смачивания был обнаружен на лепестках дикого типа, где было обнаружено, что капля имеет очень небольшой гистерезис краевого угла, но часть капли воды осталась после попытки удаления. Примеры всех трех типов смачивания поверхности лепестков Antirrhinum показаны на рис.

Из 31 измерения конических клеточных лепестков дикого типа поведение капель соответствовало 4 раза полному смачиванию по Кэсси-Бакстеру, 7 раз — частичному смачиванию по Кэсси-Бакстеру и 20 раз — смачиванию по Вензелю (подробнее см. различные категории смачиваемости).Из 14 измерений, проведенных с плоскоклеточным мутантом mixta , все показали смачивание по Вензелю. Если бы мутанты демонстрировали такое же смачивание, как и дикие типы, то вероятность того, что отдельный мутантный образец будет демонстрировать смачивание по Вензелю, будет равна 0,645, а вероятность того, что 14 мутантных образцов (из 14) покажут смачивание по Вензелю, может быть рассчитана как 0,002 (точное значение из биномиальный тест). Таким образом, мутанты обладают значительно отличными свойствами смачивания от цветов дикого типа.

Таблица 1

Установленные критерии смачиваемости и встречаемость в линиях Antirrhinum дикого типа ( Mx + ) и mixta ( m x ).

590±17 наступающий (139058 50825) Обсуждение смачиваемость.Наличие конических ячеек делает поверхность слабо супергидрофобной. Эта слабая супергидрофобность отсутствует у мутанта mixta , у которого отсутствует гофрирование поверхности с коническими ячейками. Как правило, если бы они имели идентичный состав кутикулы, лепестки с плоскими ячейками были бы более смачиваемыми, чем цветы с коническими ячейками, независимо от того, принадлежат ли они к одному или другому виду. Это открытие согласуется с исследованиями Barthlott и Neinhuis [13], [14], которые показали, что сосочковые клетки листа Sacred Lotus N.nucifera были значительно менее смачиваемыми, чем клетки обычных плоских листьев. Они пришли к выводу, что это отсутствие смачиваемости помогло растению предотвратить заболачивание в его водной среде обитания, и показали, что образование капель воды облегчает удаление грязи с листа.

Конические клетки, обнаруженные на цветах Antirrhinum, обладают гораздо менее выраженной гидрофобностью, чем показанная на N. nucifera , поскольку точный контактный угол сильно зависит от очень локальных свойств поверхности лепестков.Наряду с смачиванием Вензеля и Кэсси-Бакстера, на цветках дикого типа также был обнаружен третий тип смачивания. Хотя различие между смачиванием Венцеля и Кэсси-Бакстера обычно очень четкое, поверхности могут демонстрировать смесь этих двух свойств. Это имеет место для поверхностей, близких к пересечению этих двух режимов, для которых оба типа смачивания имеют близкие свободные энергии (слабо супергидрофобные поверхности). На естественных поверхностях даже небольшое количество структурных повреждений может вызвать смачивание Венцеля на поверхностях, которые в остальном обладают свойствами Кэсси-Бакстера.Это говорит о том, что даже небольших областей повреждения, вызванного патогенами или насекомыми, или небольшого количества загрязнения, такого как зерна пыльцы, может быть достаточно, чтобы серьезно нарушить степень гидрофобности. Таким образом, наблюдаемая слабая супергидрофобность может иметь функцию самоочищения для капель росы, образующихся непосредственно на поверхности лепестков, но, вероятно, не для ударяющихся капель (таких как дождь).

Эффект самоочищения, наблюдаемый у листьев лотоса, может поэтому объяснить преобладание конических клеток на лепестках покрытосеменных растений.Лепестки подвергаются воздействию пыли, грязи и пыльцы, что может помешать их демонстрации и привлечению опылителей. Они также подвергаются воздействию патогенных бактерий и грибковых спор. Способность удалять все эти загрязняющие вещества путем самоочистки может значительно повысить эффективность опыления, хотя поверхность каждого загрязняющего вещества будет по-разному влиять на него в зависимости от вязкости. Свойства самоочищения, наблюдаемые у лепестков, были гораздо менее сильными, чем у листьев лотоса. Возможно, это связано с трудным обращением с лепестками гониометра контактного угла.Однако особенности поверхности, напоминающие лотос (кристаллы воска на поверхности размером с микрометр), потенциально могут мешать другим функциям цветка, таким как обработка опылителей и отображение цвета. Конические клетки, с другой стороны, не только не мешают другим цветочным функциям, но фактически улучшают визуальное отображение и удобство обращения с опылителями, обеспечивая при этом определенную степень гидрофобности [6], [7], [23] и, следовательно, хотя и менее прочный, чем элементы поверхности, напоминающие лотос, он может быть оптимальным как для демонстрации, так и для защиты.Анализ распределения клеток конических лепестков в зависимости от среды обитания, росы и осадков и типа опылителя позволит провести различие между некоторыми из этих возможностей.

Как упоминалось ранее, эпидермис лепестков очень многофункционален. Отдельные цветочные особенности, например конические клетки, связаны с широким спектром цветочных свойств. Благодаря линии mixta Antirrhinum различные воздействия конических клеток начали распутываться, и было обнаружено, что они непосредственно влияют на цветочный цвет, температуру цветка, форму цветка, сцепление опылителей, а теперь и на смачиваемость цветка (данное исследование).Насколько каждый из этих факторов способствует поддержанию наличия конических клеток у такой высокой доли цветковых растений, сколько стоит производство конических клеток, и компромисс между этими факторами будет предметом постоянного экологического исследования. исследования, направленные как на установление вклада этих клеток в различные ситуации, так и на выяснение того, почему функция, которая кажется полезной в таком разнообразии способов, отсутствует у части видов покрытосеменных.

Аналогичный подход можно использовать для определения Сильные стороны гипотез относительно смачиваемости листьев.Считается, что гидрофобность листьев сохраняется благодаря ряду преимуществ, в том числе тому, что слой воды снижает фотосинтетический газообмен, способствует заражению патогенами и усиливает отложение загрязняющих веществ [15], [16]. Использование изогенных линий, которые различаются по характеристикам смачиваемости в экологически значимых контекстах, может проверить каждую из этих идей.

В заключение мы показали, что форма клеток лепестков существенно влияет на физические свойства лепестков. Обычно встречающиеся конические эпидермальные клетки лепестков сильно влияют на смачиваемость.Таким образом, помимо предоставления визуальных и тактильных сигналов животным-опылителям, клетки конических лепестков могут также предотвращать заболачивание и оптимизировать выделение грязи и патогенов. Было обнаружено, что конические клетки многофункциональны, и эти многочисленные роли могут объяснить преобладание формы клеток с коническими лепестками у цветковых растений.

Благодарности

Мы благодарим Мэтью Дорлинга и сотрудников Ботанического сада Кембриджского университета за отличный уход за растениями и Шона Рэндса за помощь и советы по статистике.

Сноски

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Финансирование: HMW был поддержан грантом NERC NE/C000552/1 (для BJG и LC) и исследовательской биржей Кембриджского университета. Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Ссылки

1. Brewer CA, Smith WK, Vogelmann TC. Функциональное взаимодействие между трихомами листьев, смачиваемостью листьев и оптическими свойствами капель воды.Окружающая среда растительной клетки. 1991; 14: 955–962. (DOI 10.1111/j.1365-3040.1991.tb00965.x) [Google Scholar]2. Кей Кон, Дауд Х.С., Стиртон Ч. Распределение пигмента, светоотражение и клеточная структура лепестков. Бот J Linn Soc. 1981; 83: 57–84. (DOI 10.1111/j.1095-8339.1981.tb00129.x) [Google Scholar]3. Гловер Б.Дж., Мартин С. Роль формы и пигментации клеток лепестков в успешном опылении Antirrhinum majus . Наследственность. 1998; 80: 778–784. [Google Академия]4. Комба Л., Корбет С.А., Хант Х., Аутрам С., Паркер Дж.С. и др.Роль генов, влияющих на венчик, в опылении Antirrhinum majus . Окружающая среда растительной клетки. 2000; 23: 639–647. (DOI 10.1046/j.1365-3040.2000.00580.x) [Google Scholar]5. Дайер А.Г., Уитни Х.М., Арнольд С.Э.Дж., Гловер Б.Дж., Читтка Л. Мутации, нарушающие форму клеток лепестков и синтез антоцианов, влияют на восприятие шмелями цвета цветка Antirrhinum majus . Взаимодействие членистоногих и растений. 2007; 1:45–55. (DOI 10.1007/s11829-007-9002-7) [Google Scholar]6. Уитни Х.М., Читтка Л., Брюс Т.Дж.А., Гловер Б.Дж.Конические клетки эпидермиса позволяют пчелам захватывать цветы и повышать эффективность сбора пищи. Карр Биол. 2009; 19: 948–953. (DOI 10.1016/j.cub.2009.04.051) [PubMed] [Google Scholar]7. Уитни Х.М., Федерле В., Гловер Б.Дж. Захват и скольжение: механические взаимодействия между насекомыми и эпидермисом цветов и цветоносов. Коммун Интегр Биол. 2009; 2: 505–508. (DOI 10.4161/cib.2.6.9479) [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]8. Кох К., Бхушан Б., Бартлотт В. Многофункциональные поверхностные структуры растений: вдохновение для биомиметики.Prog Mater Sci. 2009; 54: 137–178. (DOI 10.1016/j.pmatsci.2008.07.003) [Google Scholar]9. Кох К., Бартлотт В. Супергидрофобные и супергидрофильные поверхности растений: вдохновение для биомиметических материалов. Proc R Soc B. 2009; 367:1487–1509. (DOI 10.1098/rsta.2009.0022) [PubMed] [Google Scholar]10. Венцель РН. Стойкость твердых поверхностей к смачиванию водой. Ind Eng Chem. 1936; 28: 988–994. (DOI 10.1021/ie50320a024) [Google Scholar]11. Кэсси А.Б.Д., Бакстер С. Смачиваемость пористых поверхностей. Транс Фарадея Soc.1944; 40: 546–551. (DOI 10.1039/TF9444000546) [Google Scholar]12. Кох К., Бхушан Б., Бартлотт В. Разнообразие структуры, морфология и смачивание поверхности растений. Мягкая материя. 2008; 4: 1943–1963. (DOI 10.1039/b804854a) [Google Scholar]13. Бартлотт В., Нейнхейс К. Чистота священного лотоса или спасение от загрязнения на биологических поверхностях. Планта. 1997; 202:1–8. (DOI 10.1007/s004250050096) [Google Scholar]14. Neinhuis C, Barthlott W. Характеристика и распространение водоотталкивающих, самоочищающихся поверхностей растений.Энн Бот. 1997; 79: 667–677. [Google Академия] 15. Брюэр К.А., Смит В.К. Закономерности увлажнения листовой поверхности горных и субальпийских растений. Окружающая среда растительной клетки. 1997; 20:1–11. (DOI 10.1046/j.1365-3040.1997.d01-15.x) [Google Scholar]16. Эванс К.Дж., Найквист В.Е., Latin RX. Модель, основанная на температуре и продолжительности увлажнения листьев для установления Alternaria пятнистости листьев дыни. Фитопатология. 1992; 82: 890–895. (DOI 10.1094/Phyto-82-890) [Google Scholar]17. Шмитт У., Берч А. Оставляют ли кормящиеся шмели запахи источников пищи и имеет ли это значение? Экология.1990; 82: 137–144. (DOI 10.1007/BF00318545) [PubMed] [Google Scholar] 18. Гоулсон Д., Стаут Д.С., Лэнгли Д., Хьюз В.О.Х. Идентичность и функция запаховых меток, оставленных кормящимися шмелями. Дж. Хим. Экол. 2000;26:2897–2911. (DOI 10.1023/A1026406330348) [Google Scholar]19. Салех Н., Охаши К., Томсон Дж. Д., Читтка Л. Факультативное использование отпугивающей запаховой метки при кормлении шмелей: сложные цветы против простых. Аним Бехав. 2006; 71: 847–854. (DOI 10.1016/j.anbehav.2005.06.014) [Google Scholar]20.Feng L, Zhang Y, Xi J, Zhu Y, Wang N и др. Лепестковый эффект: супергидрофобное состояние с высокой адгезионной силой. Ленгмюр. 2008; 24:4114–4119. (DOI 10.1021/la703821h) [PubMed] [Google Scholar]21. Держатель компакт-диска. Водоотталкивающие свойства листьев как адаптация к среде тропических горных облачных лесов. Биотропика. 2007; 39: 767–770. (DOI 10.1111/j.1744-7429.2007.00303.x) [Google Scholar]22. Арьял Б., Нойнер Г. Смачиваемость листьев уменьшается при резком высотном градиенте. Экология. 2010; 162:1–9. (D.O.I.10.1007/s00442-009-1437-3) [PubMed] [Google Scholar]23. Нода К., Гловер Б.Дж., Линстед П., Мартин С. Интенсивность окраски цветков зависит от специализированной формы клеток, контролируемой фактором транскрипции, связанным с Myb. Природа. 1994; 369: 661–664. (DOI 10.1038/369661a0) [PubMed] [Google Scholar]24. Дайер А.Г., Уитни Х.М., Арнольд С.Э.Дж., Гловер Б.Дж., Читтка Л. Пчелы ассоциируют теплоту с цветом цветов. Природа. 2006; 442:525. (DOI 10.1038/442525a) [PubMed] [Google Scholar]25. Ван дер Валь П., Штайнер У. Супергидрофобные поверхности из тефлона.Мягкая материя. 2007; 3: 426–429. (DOI 10.1039/b613947g) [Google Scholar]

эпидермальных клеток | СпрингерЛинк

‘) var head = document.getElementsByTagName(“head”)[0] var script = document.createElement(“сценарий”) script.type = “текст/javascript” script.src = “https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js” script.id = “ecommerce-scripts-” ​​+ метка времени head.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(“[data-id=id_”+ метка времени +”]”).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(“.вариант-покупки”)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(“.цена-варианта-покупки”) подписка.classList.remove (“расширенный”) var form = подписка.querySelector(“.форма-варианта-покупки”) если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(“действие”) document.querySelector(“#ecommerce-scripts-” ​​+ timestamp).addEventListener(“load”, bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.селектор запросов(“.Информация о цене”) var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(“роль”, “кнопка”) toggle.setAttribute(“tabindex”, “0”) toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(“aria-expanded”) === “true” || ложный переключать.setAttribute(“расширенная ария”, !расширенная) form.hidden = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(“расширенный”) } еще { покупкаOption.classList.remove(“расширенный”) } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = “ecomm-modal_” + метка времени + “_” + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(“закрыть”, закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(“кнопка[тип=отправить]”).фокус() } вар корзинаURL = “/корзина” var cartModalURL = “/cart?messageOnly=1” форма.setAttribute( “действие”, formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма.setAttribute( “действие”, formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.представить() } ) form.addEventListener (“отправить”, formSubmit, ложь) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener (“нажатие клавиши”, функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(“цена-варианта-покупки”) && (event.code === “Пробел” || event.code === “Enter”)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var узкаяBuyboxArea = покупная коробка.смещениеШирина -1 ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(“.опция покупки”)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(“.цена-варианта-покупки”) var form = option.querySelector(“.форма-варианта-покупки”) var priceInfo = option.querySelector(“.Информация о цене”) если (allOptionsInitiallyCollapsed || узкаяBuyboxArea && индекс > 0) { переключать.setAttribute (“ария-расширенная”, “ложь”) form.hidden = “скрытый” priceInfo.hidden = “скрытый” } еще { переключить.щелчок() } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Иммунная функция мелких хлоропластов в эпидермальных клетках растений

Эпидермальные хлоропласты растений участвуют в повышении устойчивости к инвазии патогенных грибов.Грибковая инфекция начинается с инвазии эпидермиса растений. В ответ на грибковые атаки мелкие эпидермальные хлоропласты, присутствующие в эпидермисе растений, перемещаются внутрь клеток и появляются на поверхностном слое. В эпидермальном хлоропласте специфически накапливаются множественные иммунные факторы, и усиливается сопротивляемость для предотвращения инвазии грибов. Авторы и права: Хироки Ириэда, Университет Синсю.

Говорят, что от 10 до 15% потерь сельскохозяйственного производства в мире вызваны болезнями, что эквивалентно продовольствию примерно 500 миллионов человек.А так как 70-80% этого заболевания растений вызывают мицелиальные грибы, то защита сельскохозяйственных культур от мицелиальных грибов является важным вопросом эффективного питания населения планеты. Чтобы патогенные грибы заразили растения, они должны прорваться через эпидермальные клетки растения и проникнуть внутрь. Другими словами, клетки эпидермиса растений выступают в качестве первого барьера, останавливающего атаку патогенных грибов в окружающей среде. Итак, какие защитные функции выполняют клетки эпидермиса?

Интересно, что было известно, что эпидермис растений содержит мелкие хлоропласты, которые не так вовлечены в фотосинтез.Однако было неясно, какую функцию он выполнял. Почему в эпидермисе растений есть маленькие хлоропласты, которые мало участвуют в фотосинтезе?

Доцент Хироки Ириэда с сельскохозяйственного факультета Университета Синсю и профессор Ёситака Такано из Высшей школы сельского хозяйства Киотского университета обнаружили, что небольшие хлоропласты в эпидермисе растений контролируют проникновение грибковых патогенов. Дуэт обнаружил, что маленькие хлоропласты резко перемещаются внутри клетки к поверхностному слою в ответ на грибковую атаку и участвуют в такой защитной реакции.Кроме того, дуэт обнаружил, что множественные иммунные факторы, участвующие в защитной реакции растений, специфически обнаружены в эпидермальном хлоропласте, что способствует усилению устойчивости к инвазии патогенных мицелиальных грибов. Основываясь на этом исследовании, они надеются разработать технологию защиты растений для улучшения и контроля функции хлоропластов эпидермиса растений, которая действует как барьер против чужеродных захватчиков, а также для повышения иммунитета растений, что, как мы надеемся, приведет к снижению ущерба от болезней. и улучшение производства продуктов питания.

В этом исследовании дуэт впервые исследовал, на какие патогенные грибы реагируют эпидермальные хлоропласты. В результате они обнаружили, что множественные патогенные мицелиальные грибы вызывают поверхностную миграцию эпидермальных хлоропластов. Интересно, что было также обнаружено, что эти патогенные мицелиальные грибы были так называемыми «неадаптированными» и были заблокированы от вторжения в клетки эпидермиса. С другой стороны, адаптированный патогенный гриб с большей вероятностью проникнет в эпидермис растений, у которых эпидермальные хлоропласты перестали мигрировать в поверхностный слой.

Затем им удалось обнаружить растительные белки, участвующие в поверхностной миграции эпидермальных хлоропластов. Когда путем генной интродукции было создано растение, сверхпродуцирующее этот белок, эпидермальные хлоропласты не перемещались в поверхностный слой против патогенных мицелиальных грибов. У этого трансгенного растения снижен иммунитет к эпидермальной инвазии патогенных мицелиальных грибов. Установлено также, что патогенные грибы с большей вероятностью внедряются в эпидермис у растений, у которых хлоропласты эпидермиса перестали мигрировать в поверхностный слой.Эти результаты указывают на то, что миграция эпидермальных хлоропластов в поверхностный слой участвует в защитной реакции, блокирующей инвазию патогенных грибов.

Кроме того, было обнаружено, что многочисленные факторы, участвующие в иммунитете растений, обнаруживаются именно в эпидермальном хлоропласте. Кроме того, у мутантных растений, у которых эти типы иммунных факторов, обнаруженные в эпидермальных хлоропластах, не функционировали, подтверждалась миграция эпидермальных хлоропластов в поверхностный слой, но увеличивалась скорость инвазии патогенных грибов.

У растений, подавляющих внутриклеточную миграцию эпидермального хлоропласта, снижается иммунитет к эпидермальной инвазии патогенных мицелиальных грибов. Основываясь на результатах этого исследования, дуэт надеется разработать технологию для улучшения и контроля функции эпидермальных хлоропластов, например повышения эффективности внутриклеточной миграции эпидермальных хлоропластов при атаке патогенными мицелиальными грибами.


Транспортеры ионов в хлоропластах влияют на эффективность фотосинтеза.
Дополнительная информация: Hiroki Irieda et al, Эпидермальные хлоропласты представляют собой связанные с защитой подвижные органеллы, оснащенные иммунными компонентами растений, Nature Communications (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-22977-5

Предоставлено Университет Синсю

Цитата : Иммунная функция малых хлоропластов в клетках эпидермиса растений (2021, 25 мая) получено 14 марта 2022 г. с https://физ.org/news/2021-05-иммунная-функция-маленький-хлоропласты-эпидермальный.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Ботаника онлайн: кожные ткани, паренхима и ассимиляционные ткани

Ботаника онлайн: кожные ткани, паренхима и ассимиляционные ткани – эпидермис

Ботаника онлайн 1996-2004.Никаких дальнейших обновлений, только исторический документ ботанической науки !


Типы ячеек Эпидермис

Существуют две техники изображения структурная организация эпидермальных поверхностей. Один сканирует электронная микроскопия, другой микроскопический анализ отпечатки на синтетическом материале. Обе техники продемонстрированы по ряду примеров.


Эпидермис выполняет множество функций:

Совершенные Касся-Бакстер смачивание Частичное Касси-Бакстер смачивающий Wenzel смачивающие
Изображение Последовательности А Изображение последовательности B Изображение Последовательности C
Простоту Удаление падения очень просто легко, но с одной локализованной точкой, оставшись
4
Средний угол при падении: Средний угол при падении: Средний угол при падении:
наступательный (148±6) наступательный (140±18)
отступ (109±22) отступ (91±16) отступ (73±19)
Номер f Примеры в Mixta Антирриновые цветы 0 0

защита от различных химических и физических влияния, против кормления животными и против заражение паразитами

защита растений от высыхания

участие в газообмене, в секреции метаболических соединений и при поглощении воды

местонахождение рецепторов световых и механических раздражителей, помогают преобразовывать сигналы из окружающей среды в растение

Эпидермис имеет соответственно ряд дифференцированных клеток типов для выполнения различных функций.Вариации, характерные для некоторых видов и различной организации эпидермиса в различные органы растений увеличивают количество различных клеток. Существуют три основных типа:

  1. основная клетка эпидермиса
  2. клетки устьичных комплексов и
  3. трихомы (гр.: трихома = волосы), эпидермальные прикрепления различной формы, строения и функция

Основные клетки эпидермиса, т.е.е. в мере специализированные клетки составляют самую большую группу клеток дермы. Они кажутся либо многоугольными, либо вытянутыми на виде сверху. Их стены часто волнистые или извилистые. Неизвестно, что индуцирует эту форму во время развития, поскольку объяснения, даваемые существующими гипотезами кажутся недостаточными. Удлиненный эпидермис клетки могут быть обнаружены в органах или частях органов, которые вытянутые, как стебли, черешки листьев, жилки листьев или листья однодольных. Эпидермис верхняя и нижняя поверхность листа могут иметь различное строение.То форму ячеек, толщину стенок, а также распределение и количество специализированных клеток (замыкающих и трихомы) в каждой области могут различаться. Широкий выбор различных клеток формы могут существовать даже у видов одного семейства, т.е. грамм. в Семейство толстянковых

Стенка эпидермальных клеток, составляющих поверхность листа часто толще остальных стенок. Это может быть особенно хорошо наблюдается с эпидермисом хвои и хвои ксерофиты (растения, обитающие в сухих местообитаниях).Водные растения обычно имеют тонкие стенки. Стена многих семян становится сильнее при созревании и может заполнить почти весь просвет клетки, так что протопласт вытесняется и дегенерирует. Основной эпидермальный клетки большинства видов не содержат хлоропластов. Некоторые папоротники и несколько водные или теневые растения являются исключением.

Эпидермис чаще всего состоит из одноклеточный слой, хотя и многослойный, запасающие воду эпидермисы, развившиеся из первоначально однослойных ткани периклинальным делением показаны среди видов несколько семейств (Moraceae: большинство Ficus -видов, Piperaceae: Пеперония , бегониевые, мальвовые и др.).Клетки эпидермиса выделяют кутикулу, покрывающую все поверхности эпидермиса подобны сплошной пленке. Это может быть либо гладкие или структурированные утолщениями, стержнями, нитями, складками, или борозды.

Тем не менее, складчатость кутикулы не всегда вызывается кутикулярные стержни или нити. Бывают случаи, когда это просто выраженность выпячивания клеточных стенок снизу. Это может быть необходимо анализировать поперечные срезы кутикулы и подлежащей эпидермальные клетки, чтобы найти фактическую причину.

В некоторых случаях, например, у томатов, кутикула пигментирована каротиноидами. Часто дополнительные воски, выделяются масла, смолы, кристаллы соли и (гидрофильная) слизь. Последнее особенно характерно для развивающихся семян. Экскреция воск препятствует увлажнению листьев больше, чем кутикула сам. Эти воски часто имеют внутреннюю структуру. Толстый слой воска придает беловатый вид поверхности растения. Она имеет два эффекта: уменьшение потери воды и усиление отражения солнечного света, таким образом защищая растение от слишком большого тепла.


Устьица и защита Ячейки


Поперечный срез устьица Rhoeo discolor . S Камера охраны, N Вспомогательная камера, E Неспециализированная клетка эпидермиса, I Межклеточное пространство. (Р. КАППЛЕР, 1984)


Устьица выполняют важную функцию эпидермиса. Их полная функциональная единица – стома комплекс . Состоит из двух хлоропластов. замыкающие клетки , окружающие пору (собственно стома), а также от двух до четырех вспомогательный (или аксессуар) клетки лишены хлоропластов.На поперечных срезах видно, что замыкающие клетки имеют стенки разной толщины. толщины. Они сидят на вершине межклеточное пространство , то есть в связь с другими межклеточными пространствами соответствующих ткань. Стома может быть открыта или закрыта в зависимости от потребности. В Таким образом, замыкающие клетки регулируют как транспирацию, так и CO 2 – поглощение. Содержание воды и CO 2 – концентрации в тканях растения действуют как регуляторы состояния открытия. Замыкающие клетки контролируют размер стомы, изменяя его форма: подробнее о механизме.

Устьица встречаются на всех поверхностях растений выше земля. Их количество приближается к 100-300 на мм 2 , но есть существует широкий разброс по численности и распространению. В корнях их нет, в эпидермисе хлорофилла нет. росток паразитического вида Monotropa hypopitys и Neottia nidus-avis , а также у некоторых подводных обитателей растений, в то время как у других они нормальны. Они тоже бывают присутствуют в некоторых цветных или белых лепестках, хотя они часто теряют их функция здесь.Листья с параллельным жилкованием большинства однодольных, у некоторых двудольных и хвои хвойных устьица сгруппированы параллельными рядами.

Устьица производятся материнские клетки замыкающих клеток , которые снова располагаются в эпидермисе через равные промежутки времени. То начальная часть устьичного комплекса является меньшей из двух предшественниц клетки. В нем больше плазмы. Обе замыкающие клетки происходят от него и являются образуется путем неравномерного деления, а продукция дочерней или добавочные клетки могут возникать по-разному.Развитие устьица листа происходит в основном асинхронно. Это следует за последовательная дифференциация отдельных тканей в листьях с параллельное жилкование. Дифференцировка идет базипетально, то есть он начинается на кончике листа и продолжается к его основание.

Сетчатые листья имеют устьица на разных стадиях развития распространяется мозаично по всей листовой пластинке.

Вариации . Морфологический можно ожидать вариаций комплексов устьиц, поскольку разные существуют пути их развития.Замыкающие клетки злаковых растений являются типичным исключением. Часто они имеют форму гантелей.

гидатоды , которые часто могут быть в конце сосудистых пучков находятся другие производные стомы комплексы. Их замыкающие клетки все еще выглядят как клетки нормальной стомы. комплексы, но их уже нельзя закрыть. Секреция воды с помощью hydathodes называется гуттация . Характерные гидатоды встречаются особенно на краях листьев Настурция садовая ( Tropaeolum majus ), Мантия Дамы ( Alchemilla vulgaris – картинка для справа: от Дж.v. SACHS, 1887) и на кончиках листьев многих травы. Соль, сахар и органические соединения, растворенные в гуттационная вода кристаллизуется после испарения воды на участке оттока. Типичными примерами являются известковые выделения Камнеломки ( Saxifraga ) и солевых желез галофитов.


Трихомы: волоски и чешуя Растения

Эпидермальные прикрепления различной формы, строения и функции называется трихом .Они защищают и поддерживают лист, производят железы в виде чешуек, различных сосочки, а в корнях часто всасывающие волоски. Они происходят исключительно из эпидермальных клеток. Часто трихома образована всего одной клеткой. хотя иногда вовлекаются несколько клеток.

Трихомы следует отличать от многоклеточные трихомы (подобные колючки) и из коротких побегов (как шипы), так как они содержат не только клетки эпидермального происхождения но и других тканей.

Волосы можно найти на растении поверхности разнообразной формы.Они могут быть одно- и многоклеточными, разветвленные или неразветвленные, живые или мертвые. Их стены могут быть усиленный силикатом, карбонатом кальция или другими включениями придавая соответствующим волосам щетинистый вид. Такой жесткий щетинки (например, у Boraginaceae и Cruciferaceae) защищают растения от поедания животными. Многие волосы, особенно сильно разветвленные, помогают избежать транспирационных потерь. это хорошо известно, что растения из засушливых местообитаний либо сочные (и при этом имеют толстую кутикулу) или густо покрыты серебристыми волосками.120 волос на мм 2 подсчитывали на Stachys lanata (лабиринт). Их микроскопический анализ показывает сильно разветвленные и мертвые волосковые клетки. Эти волосы имеют три преимущества:

  1. Просвет мертвых клеток заполнен воздухом. Это дает им серебристо-беловатый вид. Большая часть поступающего свет таким образом отражается. То же самое имеет толстый слой воска. эффект.
  2. На поверхности листа имеет место лишь слабая циркуляция, поэтому свести потери воды к минимуму.
  3. Окрашивание волосковых клеток уменьшает площадь поверхности, где вода может резко упасть. Если бы клетки тоже были живыми большая потеря воды будет происходить из-за в значительной степени увеличение поверхности разветвленных волосковых клеток.

На поверхности листа расположены регулярные волоски. Они расположены почти на постоянном расстоянии. Сопоставимые образцы могут быть обнаруживаются в расположении устьиц. Почему эта закономерность? Нет определенного ответ можно дать до сегодняшнего дня, но мы можем представить математическое модель, которая следует правилам, которые, скорее всего, применимы для растений. ткани тоже.



Аэренхима с одревесневшими “внутренними волосками” (вид Nymphaea) : разрез через черешок листа. Окраска флороглюцин-HCl. (фото В. КАСПРИКА).

Калейдоскоп разных волосы. Исключительно длинные (1-6 см), одноклеточные и неразветвленные волоски из почти чистой целлюлозы окутывают семена Госсипиум (хлопок). С лобелией , арабисом альпийским или Malacantha alnifolia (см. рисунок справа), они разветвлены.Многоклеточные волосы могут состоять из одного или нескольких рядов. клеток. Типичными примерами являются дендритные трихомы плоскости дерево ( Platanus hybrida ) или коровяк темный ( Verbaseum nigrum ). Волоски на листьях дубов ( Quercus robur ) выглядят как пучки, у многих мальвовых звездчатые. Те лоха ( Elaeagnus angustifolia ) формируются как Весы. Бромелиевые используют такие чешуйки для впитывание воды. Влажность воздуха собирается в весы с помощью капиллярных сил и позже использовались растение. Железистые волоски состоят из одноклеточный стебель и одно- или многоклеточная головка.

Некоторые примеры включают:

Волоски железы на листьях табака ( Nicotiana tabacum ) и e. грамм. Аденокаулон (Compositae) имеют многоклеточные головки, а одноклеточные с первоцветами ( Primula sinensis ) и садовой геранью (например, Pelargonium zonale ). Секрет Пеларгония зональная и Душица (Lamiaceae) представляет собой летучее масло.Сами клетки железы богаты плазмы, секреция происходит через клеточные стенки. Масло собирается на поверхности клетки и может рассматриваться как колпачок, преломляющий свет сильно и покрыта тонкой пленкой как кутикулы, так и клеточной стенки компоненты. После откола крышки масло высвобождается. То кожура цитрусовых содержит другой тип секреторных желез, врастает в эпидермис.

Нити Tradescantia virginiana окружены многоклеточными волосками.Единственная клетка выглядит как бочка. Протопласт живет у стенки, а вакуоль окрашена с фиолетовым красителем из семейства антоцианов. Его пересекают многочисленные плазменные хорды. Ядро находится в центр клетки как бы подвешен на плазме аккорды. Поскольку плазменные хорды постоянно меняют свою форму, все время ядро ​​разрывается туда-сюда, словно резиновые ленты. То плазма хорд имеет сильное и живое течение и переносит хорошо заметные гранулы. Ток строго направлен и токи противоположных направлений часто можно увидеть в других хордах.Волоски на нитях Tradescantia virginiana представляют собой классический пример для течений, так как они легко воспринимаются и очень регулярно в организации. Проконсультируйтесь с этим сайт о молекулярных механизмах плазменных токов.

Волоски на нитях твердоголовых ( Centaurea jacea ) и василька ( Centaurea cyanus ) получили известен по другим причинам. Они чувствительны к прикосновению и вызывают нити двигаться.

Жало волоски крапивы двудомной действительно многоклеточные трихомы.Они состоят из двух частей и многоячеистой основы, которая развивается не только из клеток эпидермиса, но и из субэпидермальные слои тоже. Волосковая клетка утоплена в основание. Его базальная часть называется луковицей. Он окружен клетками основа как жидкость окружена кружкой. Его верхняя часть удлинена. тонкий и заканчивается прикрепленной сбоку головкой. На сайте переход, клеточная стенка значительно тоньше, чем в других частях клетки. Инкрустирующие силикаты делают его хрупким и вызывают головку. легко ломаться при прикосновении.Это оставляет волосы с точкой что имеет удивительное сходство с иглой шприца. То давление прикосновения передается непосредственно на луковицу из-за жесткость клеточной стенки. Сдавливает содержимое луковицы (формамид натрия, ацетилхолин, гистамин) через канюлю и вводит его в рану.

Прочие виды трихом и специальные Функции эпидермиса.

Сосочки выпячивания эпидермальной поверхности.Типичные примеры из учебников: сосочки цветка анютины глазки ( Viola tricolor ), а также поверхности листьев многих видов тропических лесов. Они дают бархатный вид на поверхности растения. Некоторые эпидермальные клетки могут быть превратились в запасающие воду пузырьки.

водяных пузырьков в поверхности многих видов Mesembryanthemum и других суккулентных видов являются такими производными. С некоторыми растениями, такими как колокольчик ( Колокольчик persicifolia ), наружные стенки эпидермиса утолщены как линза.Они собирают свет, который затем воспринимается специализированные световые рецепторы (также называемые перцепторами) и используемые для физиологические реакции.

Ячейка мочевого пузыря, вид сверху. Эпидермальный отпечаток. Монантес Лоуэй . (препарат J. THIEDE)

© Peter v. Sengbusch – Impressum

Разница между защитной клеткой и эпидермальной клеткой

Основное отличие — защитная клетка и эпидермальная клетка

Защитная клетка и эпидермальная клетка — это два типа клеток, встречающихся в эпидермисе растений.Эпидермис образован кожной тканью растений, обеспечивающей контакт растения с внешней средой. Это внешний слой листьев, стеблей и корней растения. Замыкающие клетки содержат хлоропласты и способны осуществлять фотосинтез. Но эпидермальные клетки не содержат хлоропластов. Основное различие между замыкающей клеткой и эпидермальной клеткой заключается в их роли; две замыкающие клетки образуют устьице, контролируя газообмен растения, регулируя размер устьица, тогда как эпидермальные клетки обеспечивают защиту растения от внешней среды.

Эта статья объясняет,

1. Что такое замыкающая клетка
     – Определение, характеристики, функция
2. Что такое эпидермальная клетка
     – Определение, характеристика, функция
9003 Эпидермальная ячейка

Что такое камера охраны

Защитные клетки — это специализированные клетки, обнаруженные в эпидермисе листьев и стеблей растений.Они способствуют газообмену растений с внешней средой, образуя устьица. В формировании устьица участвуют две замыкающие клетки. Открытие и закрытие устьичной поры регулируется набуханием замыкающих клеток. При наличии воды замыкающие клетки набухают, а устьица открываются. Но когда вода недоступна, набухание замыкающих клеток уменьшается, клетка сморщивается, что приводит к закрытию устьичной поры. Открытие устьичной поры позволяет обмениваться газами, такими как углекислый газ, кислород и влага.Когда вода доступна, устьичная пора позволяет углекислому газу проникать в лист растения. Когда углекислый газ доступен для фотосинтезирующих клеток, они инициируют фотосинтез, а образовавшиеся кислород и влага удаляются через устьичные поры.

Поскольку открытие и закрытие устьичных пор регулируются тургорным давлением замыкающих клеток, это тургорное давление следует регулировать, чтобы регулировать размер пор в зависимости от потребностей растения. Регуляция тургорного давления замыкающих клеток достигается за счет контроля движения ионов и сахаров внутрь и наружу клеток.Ионы калия и хлора в основном участвуют в регуляции тургорного давления замыкающих клеток. Помимо газообмена, замыкающие клетки участвуют в фотосинтезе, неся в клетках хлоропласты. Защитные клетки — единственные клетки, участвующие в фотосинтезе в эпидермисе.

Рисунок 1: Открытие и закрытие стомы

Что такое эпидермальная клетка

Эпидермальные клетки — это клетки, находящиеся в самом внешнем слое растений. Клетки эпидермиса имеют неправильную форму и плотно связаны друг с другом, чтобы обеспечить механическую поддержку растения.Это наименее специализированные клетки, встречающиеся в большом количестве. Большинство растений содержат один слой эпидермальных клеток в эпидермисе. Клеточные стенки клеток эпидермиса состоят из кутина, препятствующего потере воды из организма растения. Клетки эпидермиса также покрыты кутикулярным слоем. Иногда кутикула покрыта воском, придающим поверхности растений голубоватый или беловатый цвет. Восковой слой также защищает растения от сильного солнечного света и ветра. Слой кутикулы на нижней стороне листа тоньше, чем на верхней.Однако эпидермальные клетки не содержат хлоропластов; таким образом, он не может играть никакой роли в фотосинтезе. Эпидермальные клетки корней участвуют в поглощении воды и ионов из почвы. Эти клетки содержат специальные структуры, такие как волоски, и у них нет кутикулярного слоя. Эпидермис листьев растений показан на фигуре 2 . Защитные клетки показаны зеленым цветом, а клетки прямоугольной формы являются клетками эпидермиса.

Рисунок 2: Эпидермис листьев растений

Разница между защитной клеткой и эпидермальной клеткой

Функция

Сторожевая ячейка: Пара замыкающих ячеек образует устьице, которое участвует в газообмене растений с ближней атмосферой.

Клетки эпидермиса: Клетки эпидермиса обеспечивают защиту растения от внешней среды.

Форма

Сторожевая ячейка: Сторожевая ячейка имеет бобовидную форму у однодольных и гантелевидную у двудольных.

Эпидермальная клетка: Эпидермальные клетки имеют прямоугольную или трубчатую форму.

Размер

Камера охраны: Камера охраны маленькая.

Клетка эпидермиса: Клетка эпидермиса большая.

Хлоропласты

Сторожевая ячейка: Сторожевая ячейка состоит из хлоропластов.

Эпидермальная клетка: В эпидермальной клетке отсутствуют хлоропласты.

Клеточная стенка

Камера охраны: Внутренняя стенка камеры охраны толще внешней стенки камеры охраны.

Клетка эпидермиса: Внешняя клеточная стенка толще внутренней клеточной стенки эпидермальных клеток.

Происхождение

Защитная клетка: Защитные клетки дифференцируются из эпидермальных клеток.

Эпидермальная клетка: Эпидермальные клетки дифференцируются из протодермы.

Местоположение

Защитная клетка: Защитные клетки находятся в эпидермисе листьев и стеблей.

Эпидермальная клетка: Эпителиальные клетки находятся в эпидермисе листьев, стеблей и корней.

Кутин

Камеры охраны: В камерах охраны кутин не обнаружен.

Клетки эпидермиса: Кутин содержится в клеточной стенке эпидермальных клеток.

В корнях

Защитные клетки: Защитные клетки в корнях не обнаружены.

Клетки эпидермиса: Клетки эпидермиса в корне участвуют в поглощении воды и ионов из почвы.

Заключение

Защитные клетки и эпидермальные клетки представляют собой два типа клеток паренхимы, обнаруженных в эпидермисе. Замыкающие клетки регулируют размеры устьиц, которые, в свою очередь, регулируют газообмен растений с внешней средой и величину потери воды растениями. Следовательно, обменными газами являются углекислый газ, кислород и влага.В замыкающих клетках имеются хлоропласты, также участвующие в фотосинтезе. Эпидермальные клетки представляют собой живые клетки, покрывающие внешнюю поверхность травянистых растений. Они содержат толстое покрытие из кутина, которое снижает потерю воды растениями. Эпидермальные клетки корней специализируются на поглощении воды и ионов. Таким образом, основное различие между замыкающей клеткой и эпидермальной клеткой заключается в их роли и функциях.

Ссылка:
1. Лоусон, Трейси. «Фотосинтез защитных клеток и функция устьиц.Новый фитолог. Blackwell Publishing Ltd, 3 декабря 2008 г. Интернет. 11 апреля 2017 г.
2. «Система эпидермальных тканей растений (с диаграммами)». Обсуждение биологии. Np, 16 октября 2015 г. Интернет. 11 апреля 2017 г.
3.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.