Differentialadhesionshypotes
Differentialadhesionshypotes ( DAH ) är en hypotes som förklarar cellulär rörelse under morfogenes med termodynamiska principer. I DAH behandlas vävnader som vätskor som består av mobila celler vars olika grader av ytvidhäftning gör att de spontant omorganiseras för att minimera sin fria energi från gränsytan . Uttryckt på ett annat sätt, enligt DAH, flyttar celler till att vara nära andra celler med liknande vidhäftningsstyrka för att maximera bindningsstyrkan mellan celler och producera en mer termodynamiskt stabil struktur. På så sätt parodierar rörelsen av celler under vävnadsbildning, enligt DAH, beteendet hos en vätskeblandning. Även om det ursprungligen var motiverat av problemet med att förstå cellsorteringsbeteende hos ryggradsdjurs embryon, har DAH därefter använts för att förklara flera andra morfogena fenomen.
Bakgrund
Ursprunget till DAH kan spåras tillbaka till en studie från 1955 av Philip L. Townes och Johannes Holtfreter . I denna studie placerade Townes och Holtfreter de tre groddskikten av en groddjur i en alkalisk lösning, så att de kunde dissociera i individuella celler, och blandade dessa olika typer av celler tillsammans. Celler av olika arter användes för att visuellt kunna observera och följa deras rörelser. Celler av liknande typer migrerade till sin korrekta plats och aggregerades igen för att bilda groddlager i sina utvecklingsmässigt korrekta positioner. Detta experiment visade att vävnadsorganisation kan ske oberoende av den väg som tas, vilket innebär att den förmedlas av krafter som är ständigt närvarande och inte enbart härrör från den kronologiska sekvensen av utvecklingshändelser som föregår den.
Från dessa resultat utvecklade Holtfreter sitt koncept för selektiv affinitet och antog att vältajmade förändringar av selektiv affinitet hos celler till varandra under hela utvecklingen styrde morfogenesen. Flera hypoteser introducerades för att förklara dessa resultat inklusive "timinghypotesen" och "differentiella ytkontraktionshypotesen". År 1964 Malcolm Steinberg "differentialadhesionshypotesen" som använder termodynamiska principer för att beskriva och förklara mönster för observerad cellsortering och arrangemang.
Översikt
Enligt DAH styrs cellulär rörelse och sortiment av den spontana omarrangemanget av celler - på ungefär samma sätt som en vätska - till en mer termodynamiskt stabil jämvikt. Detta uppnås genom att maximera mängden energi som används för att fästa ihop cellerna, vilket minskar den fria energin som finns tillgänglig i systemet. När celler med liknande styrka av ytvidhäftning binder till varandra, ökar bindningsenergin i det övergripande systemet, och den fria energin från gränsytan minskar vilket gör att systemet blir mer termodynamiskt stabilt. Vätskor beter sig på ett jämförbart sätt, men med molekyler som rör sig på grund av kinetisk energi istället för rörliga celler som rör sig på grund av en kombination av deras kinetik och aktiva rörelser.
Detta gör att exempel på vävnadsarrangemang kan motsvara beteendet hos vätskor, såsom att en vävnad som sprids över en annan motsvarar olja som sprids över vatten; oljan sprider sig över vattnet för att minimera svaga olja-vatten-interaktioner och maximera starkare vatten-vatten- och olja-olja-interaktioner, cellerna sorterar sig på samma sätt för att vara nära andra celler med liknande vidhäftningsstyrka och binder till dem. Andra vävnadsinteraktioner som DAH ger en förklaring till inkluderar vävnadshierarki, där vävnader med svagare ytvidhäftning omger vävnader med starkare ytvidhäftning, avrundningen av oregelbundna cellmassor för att bli sfäriska och cellsortering och konstruktion av anatomiska strukturer som sker oberoende av väg som tagits.
DAH förlitar sig inte på kvalitativa skillnader i cellvidhäftning, endast på kvantitativa skillnader i styrkan på deras ytvidhäftning. DAH har fått stöd experimentellt och av beräkningsmodeller.
Ansökningar
Sedan dess ursprungliga formulering i samband med embryogenes av ryggradsdjur har DAH använts för att erbjuda en förklaring till flera andra morfogena fenomen inklusive sårläkning och epitelial-mesenkymal övergång i cancerprogression och metastasering .