Mutacje prowadzące do dystrofii mięśniowej często powodują niedobory w cytoszkieletu sarkolemy mięśniowej, powodując nadaktywność aktywność mechanowrażliwego kanału kationowego (MSC) i podwyższony poziom wewnątrzkomórkowego Ca(2+). Caveolae to bogate w cholesterol mikrodomeny, które tworzą mechanicznie odkształcalne inaginacje sarkolemmy. Mutacje kaweoliny-3, głównego białka białko rusztowania kaweoli w mięśniach, powodują dystrofię mięśniową Limbe-Girdle dystrofię mięśniową. Wykorzystując genetyczne i ostre zaburzenia chemiczne rozwijających się miotub zbadaliśmy, czy caveolae są funkcjonalnie powiązane z MSC. WRAŻLIWOŚĆ MSC MSC oceniano za pomocą aplikacji ssącej do plastrów i indukowanego sondą wgłębienie podczas nagrywania całych komórek. Naprężenie mechaniczne błony w plastrach monitorowano za pomocą pojemności/impedancji plastrów. Zubożenie cholesterolu zakłóciło jaskinie i spowodowało duży wzrost prądu MSC. Zmniejszyło to również czas relaksacji mechanicznej błony, prawdopodobnie odzwierciedlając dysocjację cytoszkieletu od dwuwarstwy. Zmniejszenie ekspresji Cav3 za pomocą miRNA również zwiększyło prąd MSC i zmniejszyło czas relaksacji plastra. Natomiast nadekspresja Cav3 spowodowała niewielki spadek prądów MSC. Aby ostro i specyficznie zahamować Cav3, stworzyliśmy chimeryczny peptyd zawierający domenę translokacji błonowej antennapedia i domenę rusztowania Cav3 (A-CSD3). A-CSD3 było zależne od czasu, początkowo powodując łagodny wyciek Ca(2+) i zwiększony prąd MSC. prąd MSC, podczas gdy dłuższe ekspozycje zmniejszały prądy MSC zbiegające się z zwiększonym usztywnieniem plastra. Obrazy Cav3 znakowanego GFP w plastrach wykazały, że Cav3 nie wchodzi do pipety, pokazując, że skład plastra różni się od powierzchni komórki. powierzchni komórek. Jednak zaburzenie poprzez zubożenie cholesterolu spowodowało, że Cav3 stał się równomiernie rozłożone na sarkolemie i pojawienie się Cav3 w kopule plastra. Prądy wgłębienia całej komórki wywołane w różnych warunkach modyfikujących jaskinie modyfikujące warunki odzwierciedlają odpowiedź plastra, wspierając rolę jaskiń w funkcjonowaniu MSC. Badania te pokazują, że normalne poziomy ekspresji Cav3 są mechanoprotekcyjne dla sarkolemmy poprzez wiele mechanizmów, a Cav3 obserwowana w niektórych dystrofiach może kompensować inne niedobory mechaniczne. niedobory mechaniczne. --- Od samego początku mikroskopia elektronowa (EM) ujawniła, że błony komórkowe są zorganizowane w strukturalnie odrębne subdomeny. błony komórkowe są zorganizowane w strukturalnie odrębne subdomeny, utworzone przez zlokalizowane zespoły białek i lipidów w celu wykonywania określonych złożonych funkcji komórkowych. złożonych funkcji komórkowych. Caveolae to subdomeny błonowe, które funkcjonują jako platformy sygnalizacyjne platformy, nośniki endocytarne, czujniki napięcia błonowego i mechanicznego stresu, a także w homeostazie lipidów. Zostały one odkryte po raz pierwszy prawie 60 lat temu przez pionierów mikroskopii elektronowej. Podczas gdy nowe i ekscytujące w mikroskopii fluorescencyjnej SUPER-rozdzielczości ułatwiają badania nad przestrzenną organizacją przestrzennej organizacji fluorescencyjnie znakowanych składników białkowych, te techniki nie mogą ujawnić podstawowych struktur komórkowych. Dlatego równie równie ekscytujące są osiągnięcia w EM: genetycznie kodowane sondy do lokalizacji białek w rozdzielczości poniżej 10 nm. do lokalizacji białek z rozdzielczością poniżej 10 nm, bardziej wydajne instrumenty, które umożliwiają obrazowanie większych objętości komórek i metody obliczeniowe do rekonstrukcji trójwymiarowych obrazów. trójwymiarowych obrazów. Stosowane w połączeniu, jak to zrobili Ludwig i in. w aktualnym wydaniu w bieżącym wydaniu PLOS Biology, narzędzia te ujawniają wgląd w wysokiej rozdzielczości w skład i organizację płaszcza jaskiń oraz powstawanie tych wyspecjalizowanych struktur. wyspecjalizowanych struktur. Łącznie postępy te przyczyniają się do odrodzenia EM. --- Jaskinie są liczną cechą błony plazmatycznej wielu typów komórek ssaków i odgrywają kluczową rolę w mechaniczno-przewodzeniu, regulacji metabolizmu i przepuszczalności naczyń krwionośnych. przepuszczalności naczyń. Białka kaweoliny i kaweiny, jak również EHD2 i paksyna 2, są obecne w jaskiniach. W jaki sposób białka te łączą się, tworząc sieć nie jest znany. Stosując in vivo sieciowanie, wirowanie w gradiencie prędkości, immunoizolację i tandemową spektrometrię masową spektrometrii masowej, ustaliliśmy, że kaweoliny i kaweoliny łączą się w homogeniczny kompleks 80S, który nazywamy kompleksem płaszcza kaweolarnego. Nie ma żadnych dalszych obfitych składników w tym kompleksie, a kompleks wyklucza EHD2 Kaweolina 1 tworzy trimery i oddziałuje z kaweoliną 1 w stosunku molowym około 1∶ 1. stosunku około 1∶4. Kaweoliny 2 i 3 konkurują o miejsca wiązania w obrębie całego kompleksu płaszcza kompleksu płaszcza i tworzą odrębne subkompleksy z kaweoliną 1. Podstawowe interakcje między kaweoliną 1 i kaweoliną 1 są niezależne od kaweoliny 2, kaweoliny 3 i ekspresji EHD2 ekspresji, a same kaweoliny mogą nadal oddziaływać pod nieobecność kaweoliny 1. Wykorzystując mikroskopię immunoelektronową, a także niedawno opracowany znacznik białkowy do mikroskopii elektronowej. znacznika białkowego do mikroskopii elektronowej (MiniSOG), wykazujemy, że kompleksy płaszcza kaweolarnego tworzą wyraźną powłokę wokół opuszki kaweolarnej. W przeciwieństwie do tego i zgodne z naszymi danymi biochemicznymi, EHD2 definiuje inną domenę na jaskiniowej szyi. Tomogramy elektronowe 3D płaszcza kaweolarnego, znakowane przy użyciu cavin-MiniSOG, pokazują, że płaszcz kaweolarny składa się z powtarzających się jednostek jednolitego kompleksu płaszcza kaweolarnego. --- Kaweole to inaginacje błony plazmatycznej w kształcie kolby utworzone przez konstytutywne białka białek kaweoliny i regulacyjnych białek kaweoliny. Caveolae zawierają szereg składników sygnalizacyjnych, takich jak receptory, kanały jonowe i cząsteczki regulatorowe. Obecnie istnieje coraz więcej dowodów na to, że kaweoliny i kaweiny odgrywają ważną rolę w różnych chorobach. rolę w różnych chorobach. Jednak mechanizmy, za pomocą których te białka jaskiniowe białka jaskiniowe wpływają na zdrowie i choroby płuc są nadal badane, z Pojawiające się dane sugerują złożoną rolę w patofizjologii chorób. Niniejszy przegląd podsumowuje obecny stan wiedzy na temat tego, w jaki sposób białka jaskiniowe przyczyniają się do struktury i funkcji płuc oraz w jaki sposób ich zmieniona ekspresja i/lub funkcja może wpływać na choroby płuc. --- Szacuje się, że liczba osób starszych (> 65 roku życia) wzrośnie z 13%-14% do 25% do 2035 roku. Jeśli ten trend się utrzyma, > 50% populacji Stanów Zjednoczonych i ponad dwa miliardy ludzi na całym świecie będzie w podeszłym wieku w ciągu najbliższych 50 lat. Starzejące się osoby stoją przed ogromnymi wyzwaniami dla ich zdrowia, ponieważ starzenie się jest wiąże się z niezliczoną liczbą chorób. Choroby układu krążenia są główną przyczyną zachorowalności i śmiertelności w Stanach Zjednoczonych, przy czym > 50% śmiertelności przypisuje się chorobie wieńcowej i > 80% tych zgonów występuje u osób w wieku 65 lat i starszych. w wieku 65 lat i starszych. Dlatego też wiek jest ważnym predyktorem chorób sercowo-naczyniowych. Skuteczność młodości opiera się na sygnalizacji komórkowej rusztowaniach, które zapewniają ścisłą i skoordynowaną sygnalizację. Tratwy lipidowe są jednym z takich rusztowaniem, którego podzbiorem są naczynia jamiste. W tym przeglądzie rozważamy znaczenie jaskiń w powszechnych chorobach sercowo-naczyniowych osób starszych i jako potencjalnych celów terapeutycznych. W szczególności zajmujemy się rolą kaweoliny w niewydolności serca, niedokrwieniu mięśnia sercowego i nadciśnieniu płucnym. --- Caveolae to nie-katrynowe inwazje błony plazmatycznej w większości typów komórek. Są one zaangażowane w funkcje sygnalizacyjne i handel cząsteczkami, a tym samym modulując kilka funkcji biologicznych, w tym wzrost komórek, apoptozę i angiogenezę. angiogenezę. Głównym białkiem strukturalnym w kaweolach jest kaweolina-1, która jest działa jako kluczowy regulator w powstawaniu i progresji raka poprzez swoją rolę jako supresor nowotworu. Caveolin-1 może również promować proliferację komórek, przeżycie i przerzuty, a także chemio- i radiooporność. Tutaj omawiamy najnowsze odkrycia i nowe koncepcje, które wspierają rolę kaweoliny-1 w rozwoju raka i jego rozprzestrzenianiu się na odległość. Odnosimy się również do potencjalnego zastosowania caveolin-1 w terapii i diagnostyce nowotworów. --- Jaskinie lub pęcherzyki błonowe są powszechnie obserwowane w mięśniach gładkich i szkieletowych, a także w mięśniu sercowym. mięśniach gładkich i szkieletowych, a także w mięśniu sercowym. Używając skrawków utrwalonej tkanki i repliki liofilizowanego materiału, pokazujemy w tym badaniu, że jaskinie są również bardzo liczne w komórkach węzła zatokowego królika i w mniejszym stopniu w komórkach przedsionków. komórkach przedsionków. Jaskinie zwiększają powierzchnię błony plazmatycznej o 115% w węźle zatokowym wiodącym węźle zatokowym i o 56% w komórkach przedsionkowych. W tych dwóch typach komórek, błona jaskiń zawiera czterokrotnie mniej cząstek wewnątrzbłonowych niż reszta błony plazmatycznej, a różnica ta dotyczy zarówno powierzchni PF, jak i EF. Rola jaskiń jest nadal niejasna, ale nie wydaje się, aby mają funkcję pinocytotyczną. --- Komórki macierzyste są ważnym zasobem do naprawy i regeneracji tkanek. Podczas gdy wiele uwagi poświęcono pozyskiwaniu i regulacji molekularnej komórek macierzystych. komórek macierzystych, stosunkowo niewiele badań koncentrowało się na tym, w jaki sposób subkomórkowa struktura i skład błony komórkowej struktura i skład błony komórkowej wpływa na aktywność komórek macierzystych, takich jak takie jak proliferacja, różnicowanie i naprowadzanie. Jaskinie są wyspecjalizowanymi błonowe tratwy lipidowe pokryte białkami rusztowania kaweoliny, które mogą regulować transport cholesterolu i aktywność receptorów sygnalizacji komórkowej oraz ich dalszych efektorów. Caveolin-1 jest zaangażowany w regulację wielu procesów komórkowych, w tym procesów komórkowych, w tym wzrostu, kontroli poziomu przeciwutleniaczy w mitochondriach, migracji i starzenia. poziomów, migracji i starzenia się. Działania te mają znaczenie dla biologii komórek macierzystych. biologii komórek macierzystych, a w tym przeglądzie podsumowano dowody na zaangażowanie kaweoliny-1 w biologię komórek macierzystych. biologii komórek macierzystych. Zmienione populacje komórek macierzystych i progenitorowych u myszy caveolin-1 sugerują, że caveolin-1 może regulować proliferację komórek macierzystych. proliferację komórek macierzystych, a badania in vitro z izolowanymi komórkami macierzystymi sugerują, że caveolin-1 reguluje różnicowanie komórek macierzystych. Dostępne dowody prowadzą nas do do postawienia hipotezy, że ekspresja kaweoliny-1 może stabilizować zróżnicowany i niezróżnicowany fenotyp komórek macierzystych. niezróżnicowany fenotyp komórek macierzystych, a przejściowa regulacja w dół ekspresji kaweoliny-1 może być wymagana do przejścia między nimi. Taka regulacja byłaby prawdopodobnie krytyczna w zastosowaniach regeneracyjnych dorosłych komórek macierzystych i podczas regeneracji tkanek. regeneracji tkanek. Dokonaliśmy również przeglądu czasowych zmian w ekspresji kaweoliny-1 podczas naprawy tkanek. Opóźniona regeneracja mięśni u transgenicznych myszy z nadekspresją kaweoliny-1, a także upośledzona naprawa serca, mózgu i naprawa tkanki wątroby oraz opóźnione gojenie się ran u myszy z zerową ekspresją kaweoliny-1 sugerują, że kaweolina-1 odgrywa ważną rolę w naprawie tkanek, ale ta rola może być może być negatywna lub pozytywna w zależności od rodzaju tkanki i charakteru procesu naprawy. procesu naprawy. Wreszcie, omawiamy również, w jaki sposób aktywność indukująca caveolin-1 i wpływ na mitochondrialne poziomy przeciwutleniaczy mogą wpływać na starzenie się komórek macierzystych. starzenie się komórek macierzystych. --- CELE: Caveolae to mikrodomeny błonowe, w których gromadzone są ważne szlaki sygnalizacyjne. i przekazywane są efekty molekularne. W tym badaniu postawiliśmy hipotezę, że wazodylatacja (SSD) małych tętnic wieńcowych myszy (MCA), w której pośredniczy naprężenie ścinające jest zależne od jaskini. METODY I WYNIKI: MCA (80-150 μm) izolowane od myszy typu dzikiego (WT) i kaweoliny-1 null (Cav-1(-/-)) poddano fizjologicznym poziomom naprężeń ścinających (1-25 dyn/cm(2)) z i bez wstępnej inkubacji inhibitorów syntazy tlenku azotu tlenku azotu (L-NAME), cyklooksygenazy (indometacyna, INDO) lub cytochromu P450 epoksygenazy (SKF 525A). SSD było zależne od śródbłonka w WT i Cav-1(-/-) ale w Cav-1(-/-) był znacznie zmniejszony w porównaniu z WT. Wstępna inkubacja z L-NAME, INDO lub SKF 525A znacząco zmniejszyła SSD w WT ale nie u myszy Cav-1(-/-). Naczynia od myszy z zerową rozpuszczalną hydrolazą epoksydową (Ephx2(-/-)) wykazywały zwiększone SSD, które było dodatkowo wzmacniane przez obecność kwasu arachidonowego. W eksperymentach z naczyniami sprzężonymi z detektorem dawcy, naczynia dawcy Cav-1(-/-) powodowały zmniejszone rozszerzenie w naczyniach detektora WT z obnażonym śródbłonkiem w porównaniu z naczyniami dawcy WT. Naprężenie ścinające wywołało silny wewnątrzkomórkowy wzrost Ca(2+) w komórkach śródbłonka naczyniowego izolowanych z WT, ale ale nie tych pochodzących od myszy Cav-1(-/-). WNIOSEK: Integralność kaweoli ma kluczowe znaczenie dla SSD zależnego od śródbłonka w MCA. MCA. Śródbłonek Cav-1(-/-) ma niedobór generowania czynników rozszerzających naczynia, w tym wazodylatatorów, w tym NO, prostaglandyn i kwasów epoksyeikozatrienoinowych. Caveolae odgrywa kluczową rolę w śródbłonkowej transdukcji sygnału od stresu ścinającego stresu do produkcji i uwalniania środków rozszerzających naczynia krwionośne. --- Caveolae, inaginacje błony plazmatycznej o średnicy 60-80 nm, są podzbiorem tratw lipidowych wzbogaconych w cholesterol i sfingolipidy. Caveolae są wyrażane w różnych tkankach i typach komórek, takich jak komórki śródbłonka, makrofagi, neutrofile i adipocyty. Funkcje jaskiń są zróżnicowane i obejmują endocytozę, transcytozę, potocytozę, sygnalizację wapniową i regulację różnych zdarzeń sygnalizacyjnych. różnych zdarzeń sygnalizacyjnych. Chociaż coraz więcej dowodów zwiększyło nasze zrozumienie funkcji jaskiń, rola jaskiń w sepsie jest nadal kwestią kontrowersyjną. kontrowersyjną kwestią. W tym przeglądzie przedstawiamy szereg badań dotyczących jaskinie i sepsę oraz opisujemy zaangażowane szlaki sygnałowe, w tym LPS-eNOS-TLR4-NFκB, MKK3/p38 MAPK, cPLA2/p38 MAPK, STAT3/NFκB i IL-1β-IL-1R1. ścieżki. Różne badania z wykorzystaniem modeli zwierzęcych endotoksemii i bakteriemii różne wnioski na temat funkcji jaskiń i omawiamy te niespójności. te niespójności. Podsumowując, obecne dane sugerują, że funkcja jaskiń w sepsie, która obejmuje wiele szlaków sygnałowych, jest złożona i wymaga dalszych badań. --- CEL: Caveolae to bogate w cholesterol i sfingolipidy subkomórkowe domeny na błonie plazmatycznej. Caveolae zawierają różnorodne białka sygnalizacyjne, które zapewniają platformy do transdukcji sygnałów. Oprócz wzbogacenia w cholesterol i sfingolipidy, jaskinie zawierają również różne kwasy tłuszczowe. Zostało to że acylowanie białek odgrywa kluczową rolę w subkomórkowej lokalizacja, w tym kierowanie do jaskiń. Jednak skład kwasów tłuszczowych kaweoli i rodzaj acylacji białek kaweolarnych pozostają w dużej mierze nieznane. W tym badaniu zbadaliśmy kwasy tłuszczowe w kaweolach i kwasy tłuszczowe związane z kaweoliną-1. kwasy tłuszczowe związane z kaweoliną-1. METODY: Jaskinie zostały wyizolowane z komórek jajnika chomika chińskiego (CHO). Kwasy tłuszczowe jaskiniowe kwasy tłuszczowe ekstrahowano odczynnikiem Folch, estryfikowano metylowo z BF3 i analizowane za pomocą chromatografu gazowego ze spektrometrem masowym (GC/MS). Kwasy tłuszczowe Kwasy tłuszczowe związane z kaweoliną-1 były immunoprecypitowane przez IgG anty-kawoolinę-1 i analizowane za pomocą GC/MS. WYNIKI: W przeciwieństwie do całego lizatu komórek CHO, który zawierał różnorodne kwasy tłuszczowe. kwasów tłuszczowych, kaweole zawierały głównie trzy rodzaje kwasów tłuszczowych, 0,48 µg kwasu palmitynowego, 0,61 µg kwasu stearynowego i 0,83 µg kwasu oleinowego/caveolae preparat/5 × 10(7) komórek. Nieoczekiwanie analiza GC/MS wykazała, że kaweolina-1 nie była acylowana przez kwas mirystynowy; zamiast tego był acylowany przez kwas palmitynowy i stearynowy. WNIOSEK: Caveolae zawierały specjalny zestaw kwasów tłuszczowych, wysoce wzbogacony w nasycone kwasy tłuszczowe. nasyconymi kwasami tłuszczowymi, a kaweolina-1 była acylowana przez kwas palmitynowy i kwas stearynowy. kwas stearynowy. Unikalny skład kwasów tłuszczowych w kaweolach i acylacja acylowanie kaweoliny-1 może być ważne dla tworzenia kaweoli i utrzymania funkcji jaskiń. --- Caveolae to submikroskopijne wgłębienia błony plazmatycznej, które występują w wielu typach komórek ssaków. typach komórek ssaków. W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił skok kwantowy w naszym zrozumieniu powstawania, dynamiki i funkcji tych enigmatycznych struktur. struktur. Caveolae pojawiły się teraz jako istotne czujniki błony plazmatycznej, które mogą reagować na naprężenia błony plazmatycznej i przebudowywać środowisko zewnątrzkomórkowe. Caveolae w błonie plazmatycznej mogą być usuwane przez endocytozę, aby regulować ich gęstość powierzchniową gęstość powierzchniową lub mogą zostać zdemontowane, a ich elementy strukturalne zdegradowane. Białka płaszcza, zwane kaweolinami, współpracują z kaweolinami w celu regulacji powstawanie kaweoli, ale mają również potencjał do dynamicznego przekazywania sygnałów sygnałów pochodzących z kaweoli do różnych miejsc docelowych w komórkach. Znaczenie znaczenie kaweoli jako elementów ochronnych w błonie plazmatycznej oraz jako organizatorów błony i czujników, jest podkreślane przez powiązania między jaskiniami a chorobami człowieka, w tym dystrofiami mięśniowymi i nowotworami.
Co to jest Caveolae?
Caveolae, wgłębienia błony plazmatycznej o średnicy 60-80 nm, są podzbiorem tratw lipidowych wzbogaconych w cholesterol i sfingolipidy.