Развитие и функция многих тканей, которые обнаруживают тубулярные сети - включая легкие, сосуды, кишечник, молочные железы и почки - регулируются с помощью присущих их программ морфогенеза эпителиальных клеток (Lubarsky, Krasnow, 2003). Эти программы нуждаются в регуляции межклетоных и клетка-субстрат взаимодействиях с событиями внутриклеточной передачи сигналов. Собственно асимметричное распределение внутренних компонентов передачи сигналов и цитоскелетных элементов является существенным для установления и поддержания клеточной полярности, которая необходима для организации клеток в структуры, такие как ткани и органы. Более того, для функционирования органов каждая клетка д. быть правильно взаимосвязана с соседними клетками и расположена в соответствии с общей архитектурой ткани. В работе Martin-Belmonte et al., (2007) описывается клеточная поляризация в процессе мофрогенеза эпителия.

Клеточная полярность является важным свойством многих эукариотических клеток, которые отвечают на пространственные сигналы. Подвижные клетки, которые становятся поляризованными в ответ на хемоаттрактанты позволяют выявить фундаментальные принципы, управления реакциями на поляризующзие сигналы. В таких клетках воздействие внеклеточными хемоаттрактантами ведет к пространственному ограничению фосфатидилинозитол липидаd phosphotidylinositol (3,4,5)-trisphosphate [PI(3,4,5)P₃] и PI(4,5)P₂ и PI3 kinase(PI3K), а также PTEN - энзима, который катализирует их взаимное превращение (Bagorda et al., 2006). Недавние исследования продемонстрировали, что многие типы клеток используют поляризацию компонетов передачи сигнала phosphotidylinositol, чтобы управлять цитокинезом (Janetopoulos, Devreotes, 2006). В нейронах гиппокампа передача сигналов PI3K связана с комплексом gпоярности Par3/Par6/aPKC. чтобы отбирать будущие аксоны среди множественных недифференцированных нейритов (Shi et al., 2003) (Рис. 1). Сообщалось. что Par3 рекрутирует PTEN в межклеточные соединения в фоторецепторных эпителиальных клеток Drosophila, ограничивая тем самым пространственно PI(3,4,5)P₃ апикальным доменом (Pinal et al., 2006). Более ранние исследования на двух моделях морфогенеза почечного эпителия продемонстрировали потребность в PI3K для hepatocyte growth factor-обусловленного рассеивания, хемотаксиса и образования канальцев (Rosario, Birchmeir, 2003). Несмотря на это детальная картина молекулярных механизмов, с помощью которых передача сигналов PI3K регулирует эпителиальный морфогенез, не вырисовывается.

Недавно Лаб. Mostov сообщила, что PI(3,4,5)P₃ регулирует образование базолатеральной плазматической мембраны в трехмерной культуральной модели морфогенеза эпителиальных кист с использованием Madin-Darby canine kidney (3D MDCK) клеток (Gassama-Diagne et al., 2006). В данном номере таже лаб. сообщает, что PTEN и PI(4,5)P₂ регулируют Cdc42 и aPKC, чтобы организовать апикальную плазматическую мембрану (Martin-Belmonte et al., 2007). Они установили, что маркер высокого сродства для PI(4,5)P₂ — PH домен phospho-lipase Cδ1— а также PTEN строго локализуются на апикальной плазматической мембране, которая выстилает просвет кисты. Авт. продемонстрировали, что клетки с редуированной активностью PTEN обнаруживают драматические дефекты в PI(4,5)P₂ и PI(3,4,5)P₃ в сегрегации и образовании полости. Затем авт. продемонстрировали, что PI(4,5)P₂ связывающий адаптор Annexin 2 располагается на апикальной поверхности MDCK кист, где он взаимодействует с активным Cdc42, чтобы контролировать сборку актина. Клетки с пониженными уровнями Annexin 2 обнаруживают аномалии в образовании полости кист и низкие уровни актина. Сходным образом, пониженная активность Cdc42ведет к дефектам образования полостей, кисты образуют множественные небольшие полости. Наконец, авт. связали асимметричное распределение Cdc42 с активацией комплекса Par/aPKC, который, как было показано, формирует мультимерный регулирующий полярность комплекс с активированным Cdc42 на плазматической мембране MDCK клеток, Они показали, что Par6 и aPKC располагаются на апикальных частях плазматической мембраны кист. Как и ожидалось, пониженные уровни PTEN, Annexin 2 или Cdc42 ведут к унутриклеточному накоплению Par6/aPKC, а ингибирование всех aPKCs ведет к образованию кист с аномальными полостями. Авт. установили, что Par3 специфически ассоциирует с плотными соединениями. Недавняя работа показала, что Par3 также локализуется в плотных соединениях в двумерном (2D) монослое MDCK, где он взаимодействует с Richl (Cdc42 GTPase-activating protein) и каркасным белком Amot, и регулирует Cdc42-зависимое поддержание интеграции плотных соединений (Wells et al., 2006). Важно, что этот комплекс плотных соединений лишен Par6. Хотя группа Mostov не смогла оценить, локализуется ли Cdс2 с Par3 в плотных соединениях в их 3D системе, их находки четко показали, что два самостоятельных и пространственно ограниченных Par комплекса контролируют эпителиальный морфогенез (Figure 1).

Чтобы установить центральную роль PI(4,5)P₂ в формировании полости и апикальной плазматической мембраны Martin-Belmonte et al. (2007) поставляли PI(4,5)P₂ на базаолатеральную часть мембраны кист и изучали влияние на распределение апикальных маркеров и на морфологию кист. Они установили, что добавление PI(4,5)P₂ нарушает апикальные и плотных соединений белки, такие как ZO-1, gp135 и ezrin, на базолатеральной поверхности. Наиболее удивительно, что экзогенный PI(4,5)P₂ также вызывал перераспределение Annexin 2, Cdc42 и aPKC а также сжатие полости и уродства кист. Всё это указывает на путь, где PI(4,5)P₂ действует как ключевой детерминант в обеспечении внутриклеточной асимметрии и в формировании центрального просвета и апикальной плазматической мембраны. PTEN сегрегирует PI(4,5)P₂ на апикальную поверхность, рекрутируя Annexin 2 и Cdc42, которые регулируют пространственную сборку актина. Cdc42 обеспечивает рекрутирование Par6/aPKC комплекса. который в дальнейшем стабилизирует аксиальную полярность (Figure 1).

Хотя это исследование предоставило существенную информацию о молекулярных механизмах, которые контролируют эпителиальный морфогенез и клеточную полярность, но остаются многочисленные вопросы без ответа. Первый и главный, определить вышестоящие сигналы, которые ведут к сегрегации phosphoinositide липидов. Т.к. в хемотактических клетках, где хемоаттрактанты активируют G protein-coupled рецепторы, несколько компонентов располагаются между рецепторами и PI3K, a инициальные сигналы полярности остаются неуловимыми. Сходным образом, события, которые вызывают асимметрию PTEN, в основном неизвестны. Хотя множественные позитивные петли обратной связи, как полагают, существенно умножают этот инициальный сигнал, их идентификация и механизмы, которые усиливают и поддерживают его, являются фокусом интенсивных поисков в области полярности. На др. конце спектра находится вопрос, как молекулярные взаимодействия на уровне одиночной клетки специфицируют и отвечают на трехмерную архитектуру настоящей ткани in vivo . Mostov с сотр. ранее показали, что Raс1 корординирует двухсторонние коммуникации между с внеклеточным окружением путем организации как апикальной полярности, так и сборки внеклеточного ламинина, который в свою очередь обеспечивает клетки их собственными внеклеточными сигналами полярности (O'Brien et al.,2001). Важно установить, координируют ли сходные аутокринные механизмы внутриклеточную передачу сигналов с расположением клеток внутри родительской ткани.

Из всех этих исследований возникает принцип пространственного ограничения phosphatidylinositol липидов. Хотя и имеются различия как в механизмах достижения асимметрии, так и в нижестоящих последствий, проводимые исследования в будущем выяснят принципы, управляющие процессами полярности.