بازبرنامه ریزی متابولیکی و ریکاوری عملکردی بودن فیزیولوژیک در کشت های سه بعدی در میکروبیورآکتورها

تاریخ انتشار: شنبه 19 اسفند 1396 | امتیاز: Article Rating

ریکاوری عملکردی بودن فیزیولوژیک، که معمولا در تجمعات سلولی سه بعدی(3D) مقلد بافت(ارگانوئیدها، اسفروئیدها، آسینی ها و ...) مشاهده می شود، در سلول های با منشاهای مختلف( بافت های اولیه، سلول های بنیادی جنینی(ESCs)، سلول های بنیادی پرتوان القایی(iPSCs) و رده های سلولی نامیرا) مشاهده شده است. این قطبیت و پلاستیسیتی پیشنهاد می کند که احیانا چندین اصل پایه این فرایند ریکاوری را افزایش می دهد. هدف این مطالعه شناسایی این اصول پایه و توصیف امر بود که چگونه آن ها تنظیم می شوند و بدنبال آن، این اصول باید در طراحی بیورآکتورها در نظر گرفته شوند. در این جا، ما شواهدی را ارائه کردیم که یکی از این اصول پایه هیپوکسی است، که یکی از عواقب طبیعی رشد ساختارهای چند سلولی در کشت های بدون جاذبه است. هیپوکسی بازبرنامه ریزی متابولیکی نسبی را برای گلیکولیز هوازی ایجاد می کند و سنتز آنابولیکی را افزایش می دهد. دومین اصل، فعال سازی گلوتامینولیز سیتوپلاسمی برای لیپوژنز است. گلوتامینولیز در حضور شرایط هیپو و نورموگلیسمی فعال می شود و به نوبه خود به مسیر هگزوز آمینی متصل می شود. قدرت کاهشی مورد نیاز در مسیر پنتوز فسفات صورت می گیرد که یک عملکرد اولیه متابولیسم گلوکز است. بازسازی اسکلت سلولی، مدیفیکاسیون هیستون و ریکاوری فنوتیپ فیزیولوژیک می تواند با تغییرات سازشی در متابولیسم سلولی دخیل مورد ردیابی قرار گیرد. این تغییرات بوسیله مسیرهای پیام رسانی mTOR/Akt، p53 و Wnt غیر استاندارد هماهنگ می شود، در حالی که به نظر می رسد که  myC و NF-κB نسبتا غیر فعال می مانند. بازبرنامه ریزی متابولیک نسبی برای گلیکولیز هوازی، که در اصل بوسیله واربورگ توصیف شد، مستقل از نرخ تکثیر سلولی است، اما با توانایی های سلولی برای اجرای قابلیت های پیشرفته مورد نیاز برای تکرار عملکرد فیزیولوژیک بافت ها در هم آمیخته است.

Bioengineering (Basel). 2018 Mar 7;5(1). pii: E22. doi: 10.3390/bioengineering5010022.

Metabolic Reprogramming and the Recovery of Physiological Functionality in 3D Cultures in Micro-Bioreactors.

Wrzesinski K1,2, Fey SJ3,4.

Abstract

The recovery of physiological functionality, which is commonly seen in tissue mimetic three-dimensional (3D) cellular aggregates (organoids, spheroids, acini, etc.), has been observed in cells of many origins (primary tissues, embryonic stem cells (ESCs), induced pluripotent stem cells (iPSCs), and immortal cell lines). This plurality and plasticity suggest that probably several basic principles promote this recovery process. The aim of this study was to identify these basic principles and describe how they are regulated so that they can be taken in consideration when micro-bioreactors are designed. Here, we provide evidence that one of these basic principles is hypoxia, which is a natural consequence of multicellular structures grown in microgravity cultures. Hypoxia drives a partial metabolic reprogramming to aerobic glycolysis and an increased anabolic synthesis. A second principle is the activation of cytoplasmic glutaminolysis for lipogenesis. Glutaminolysis is activated in the presence of hypo- or normo-glycaemic conditions and in turn is geared to the hexosamine pathway. The reducing power needed is produced in the pentose phosphate pathway, a prime function of glucose metabolism. Cytoskeletal reconstruction, histone modification, and the recovery of the physiological phenotype can all be traced to adaptive changes in the underlying cellular metabolism. These changes are coordinated by mTOR/Akt, p53 and non-canonical Wnt signaling pathways, while myc and NF-kB appear to be relatively inactive. Partial metabolic reprogramming to aerobic glycolysis, originally described by Warburg, is independent of the cell's rate of proliferation, but is interwoven with the cells abilities to execute advanced functionality needed for replicating the tissues physiological performance.

PMID: 29518979
ثبت امتیاز
نظرات
در حال حاضر هیچ نظری ثبت نشده است. شما می توانید اولین نفری باشید که نظر می دهید.
ارسال نظر جدید

تصویر امنیتی
کد امنیتی را وارد نمایید:

آرشیو سالانه
آرشیو سالانه
Skip Navigation Links.
نظرات خوانندگان
نظرات خوانندگان