Informacja

33.3B: Kontrola homeostazy - biologia

33.3B: Kontrola homeostazy - biologia



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Homeostaza jest zazwyczaj osiągana poprzez pętle ujemnego sprzężenia zwrotnego, ale mogą na nią wpływać pętle dodatniego sprzężenia zwrotnego, zmiany wartości zadanej i aklimatyzacja.

cele nauczania

  • Omów sposoby, w jakie organizm utrzymuje homeostazę i podaj przykłady każdego mechanizmu

Kluczowe punkty

  • Negatywne pętle sprzężenia zwrotnego są wykorzystywane do utrzymania homeostazy i osiągnięcia wartości zadanej w systemie.
  • Negatywne pętle sprzężenia zwrotnego charakteryzują się zdolnością do zwiększania lub zmniejszania bodźca, hamując zdolność kontynuacji bodźca, tak jak miało to miejsce przed wykryciem receptora.
  • Pętle dodatniego sprzężenia zwrotnego charakteryzują się zdolnością do utrzymywania kierunku bodźca, a nawet przyspieszania jego działania.
  • Aklimatyzacja charakteryzuje się zdolnością do zmiany systemów w organizmie w celu utrzymania zadanej wartości w innym środowisku.

Kluczowe terminy

  • aklimatyzacja: adaptacja klimatyczna organizmu, który został przeniesiony do nowego środowiska
  • wewnątrzwydzielniczy: Wytwarzanie wydzielin wewnętrznych, które są transportowane po całym ciele przez krwioobieg.

Kontrola homeostazy

Kiedy w otoczeniu zwierzęcia nastąpi zmiana, należy dokonać korekty. Receptory wyczuwają zmiany w otoczeniu, wysyłając sygnał do centrum kontroli (w większości przypadków do mózgu), który z kolei generuje odpowiedź, która jest sygnalizowana efektorowi. Efektor to mięsień lub gruczoł, który przeprowadzi wymaganą odpowiedź. Homeostaza jest podtrzymywana przez ujemne sprzężenia zwrotne w organizmie. W przeciwieństwie do tego, pętle dodatniego sprzężenia zwrotnego wypychają organizm dalej z homeostazy, ale mogą być niezbędne do zaistnienia życia. Homeostaza jest kontrolowana przez układ nerwowy i hormonalny ssaków.

Mechanizmy negatywnego sprzężenia zwrotnego

Każdy proces homeostatyczny, który zmienia kierunek bodźca, jest pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego. Może zwiększać lub zmniejszać bodziec, ale bodziec nie może trwać dalej, jak to miało miejsce, zanim receptor go wyczuł. Innymi słowy, jeśli poziom jest zbyt wysoki, ciało robi coś, aby go obniżyć; odwrotnie, jeśli poziom jest zbyt niski, ciało robi coś, aby go podnieść; stąd termin: negatywne sprzężenie zwrotne. Przykładem negatywnego sprzężenia zwrotnego jest utrzymanie poziomu glukozy we krwi. Kiedy zwierzę zje, poziom glukozy we krwi wzrasta, co jest wyczuwane przez układ nerwowy. Wyspecjalizowane komórki trzustki (część układu hormonalnego) wyczuwają wzrost, uwalniając hormon insulinę. Insulina powoduje spadek poziomu glukozy we krwi, jak można by się spodziewać w systemie ujemnego sprzężenia zwrotnego. Jeśli jednak zwierzę nie jadło, a poziom glukozy we krwi spada, jest to wyczuwalne w innej grupie komórek trzustki: uwalniany jest hormon glukagon, który powoduje wzrost poziomu glukozy. To nadal jest pętla negatywnego sprzężenia zwrotnego, ale nie w kierunku, którego można by oczekiwać po użyciu terminu „negatywny”. Innym przykładem wzrostu w wyniku pętli sprzężenia zwrotnego jest kontrola wapnia we krwi. Jeśli poziom wapnia spadnie, wyspecjalizowane komórki przytarczyc wyczuwają to i uwalniają hormon przytarczyc (PTH), powodując zwiększoną absorpcję wapnia przez jelita i nerki. Efektem PTH jest podniesienie poziomu wapnia we krwi. Negatywne pętle sprzężenia zwrotnego są dominującym mechanizmem stosowanym w homeostazie.

Pętla pozytywnej opinii

Pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego utrzymuje kierunek bodźca i ewentualnie go przyspiesza. Istnieje kilka przykładów pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego, które istnieją w ciałach zwierząt, ale jedną z nich można znaleźć w kaskadzie reakcji chemicznych, które prowadzą do krzepnięcia krwi lub koagulacji. Gdy jeden czynnik krzepnięcia jest aktywowany, aktywuje kolejny czynnik w sekwencji, aż do uzyskania skrzepu fibryny. Kierunek jest utrzymany, a nie zmieniony, więc jest to pozytywne sprzężenie zwrotne. Innym przykładem pozytywnych informacji zwrotnych są skurcze macicy podczas porodu. Wytwarzany przez układ hormonalny hormon oksytocyna stymuluje skurcz macicy. Powoduje to ból odczuwany przez układ nerwowy. Zamiast obniżać poziom oksytocyny i powodować ustąpienie bólu, wytwarza się więcej oksytocyny, dopóki skurcze nie będą wystarczająco silne, aby wywołać poród.

Ustaw punkt

Homeostaza jest wykonywana, aby organizm mógł utrzymać swój wewnętrzny punkt nastawy. Jednak zdarzają się sytuacje, w których wartość zadana musi zostać skorygowana. W takim przypadku pętla sprzężenia zwrotnego działa, aby zachować nowe ustawienie. Przykładem zmian wartości zadanej jest ciśnienie krwi. Z biegiem czasu normalny lub zadany punkt ciśnienia krwi może wzrosnąć w wyniku ciągłego wzrostu ciśnienia krwi. Ciało nie rozpoznaje już wzniesienia jako nienormalnego; nie podejmuje się próby powrotu do dolnej wartości zadanej. Rezultatem jest utrzymanie podwyższonego ciśnienia krwi, które może mieć szkodliwy wpływ na organizm. Leki mogą obniżyć ciśnienie krwi i obniżyć nastawę w systemie do bardziej zdrowego poziomu poprzez proces zmiany nastawy w pętli sprzężenia zwrotnego.

Zmiany mogą być dokonywane w grupie układów narządów ciała w celu utrzymania wartości zadanej w innym układzie. Nazywa się to aklimatyzacją. Dzieje się tak na przykład, gdy zwierzę migruje na wyższą wysokość niż ta, do której jest przyzwyczajone. Aby dostosować się do niższych poziomów tlenu na nowej wysokości, organizm zwiększa liczbę czerwonych krwinek krążących we krwi, aby zapewnić odpowiednią dostawę tlenu do tkanek. Innym przykładem aklimatyzacji są zwierzęta, które mają sezonowe zmiany w swojej sierści: grubsza sierść zimą zapewnia odpowiednią retencję ciepła, a jasna sierść latem pomaga utrzymać temperaturę ciała przed wzrostem do szkodliwych poziomów.


Homeostaza

Ocenę tę można przeprowadzić na wiele sposobów, ale najprawdopodobniej przyjrzysz się temu, w jaki sposób ludzkie ciało utrzymuje spójne środowisko pod względem wysiłku fizycznego, przebywania w ekstremalnym środowisku lub diety. Najprawdopodobniej nie będzie to otwarta książka, dlatego bardzo ważne jest, aby dobrze zrozumieć ten temat. Zwykle mówię moim uczniom, czy potrafisz wyjaśnić to innej osobie bez odwoływania się do notatek, czy masz wymagany poziom zrozumienia.

Przed przystąpieniem do testu należy zrozumieć następujące 3 zdania (:

  1. Główny cel i elementy systemu kontroli homeostatycznej. Co robi i jakich struktur używa i dlaczego.
  2. Mechanizm tego systemu sterowania, tj. jak i dlaczego reaguje na normalne wahania środowiskowe, interakcje i mechanizmy sprzężenia zwrotnego między częściami systemu?
  3. W jaki sposób przywracana jest równowaga po potencjalnym skutkach jednego konkretnego zakłócenia – nie zobaczysz tego przed oceną. Co dzieje się w systemie, aby przywrócić fluktuację z powrotem do normalnego wewnętrznego stanu fizjologicznego.
  4. Aby uzyskać doskonałość, musisz wyjaśnić przykład zerwania negatywnego sprzężenia zwrotnego (to ważne).

Homeostaza w sensie ogólnym odnosi się do stabilności, równowagi lub równowagi. Jest to próba ciała do utrzymania stałego środowiska wewnętrznego. Utrzymanie stabilnego środowiska wewnętrznego wymaga ciągłego monitorowania i dostosowywania się do zmieniających się warunków. To dostosowanie systemów fizjologicznych w ciele nazywa się regulacją homeostatyczną

Jak widać na obrazku (kliknij aby zobaczyć większą wersję) istnieje wiele systemów współpracujących ze sobą. Nie stresuj się jednak, ponieważ ocena będzie dotyczyć tylko jednego z nich.

Regulacja homeostatyczna obejmuje trzy części lub mechanizmy:

Receptor otrzymuje informację, że coś w otoczeniu się zmienia. Centrum kontroli lub centrum integracji otrzymuje i przetwarza informacje od odbiorcy. I wreszcie, efektor reaguje na polecenia centrum sterowania, przeciwstawiając się lub wzmacniając bodziec. Jest to ciągły proces, który nieustannie działa na rzecz przywrócenia i utrzymania homeostazy. Na przykład w regulacji temperatury ciała znajdują się w skórze receptory temperatury, które przekazują informacje do mózgu, który jest ośrodkiem kontroli, a efektorem są naczynia krwionośne i gruczoły potowe w mózgu. Ponieważ wewnętrzne i zewnętrzne środowisko ciała nieustannie się zmienia, a zmiany muszą być dokonywane w sposób ciągły, aby utrzymać się na poziomie lub w pobliżu zadanego punktu, homeostazę można traktować jako równowagę syntetyczną.

Od ucznia pani Drysdale (dzięki)

Przegląd homeostazy w homeostazie organizmu człowieka

Link do opracowania notatek na temat tego, jak organizm utrzymuje homeostazę, a następnie wypróbuj homeostazę_quiz

Animacja przedstawiająca przegląd homeostazy i poziomu cukru we krwi

Podwzgórze i jego rola w regulacji temperatury

Użyj tej interaktywnej animacji, aby spróbować utrzymać homeostazę

Ten link daje przegląd homeostazy i różnych systemów homeostatycznych u ludzi

Ten link jest przeglądem dwóch systemów wraz ze świetnymi diagramami i quizami homeostatyczny_systemy

To świetna strona internetowa, która zawiera przegląd wszystkich składników i ich interakcji w termoregulacji i zarządzaniu poziomem glukozy we krwi

Systemy kontroli homeostatycznej w Animals składają się z trzech elementów:

1. Jakiś rodzaj receptor (narząd zmysłu) aby wykryć zmianę. W przypadku termoregulacji będą to receptory skóry (kliknij na obrazek poniżej, aby zobaczyć szczegóły warstw skóry).

2. A centrum kontroli (zwykle mózg lub część mózgu)

3. An efektor (komórki mięśniowe, narządy) wytworzyć odpowiedź odpowiednią do zmiany.

Wszystko to działa razem w tak zwanym systemie sprzężenia zwrotnego. Regulacja tego nazywa się homeostazą. Może to być + lub - w zależności od przykładu.

Będzie metoda komunikacji między tymi warstwami.

Oto dobry film wyjaśniający układ hormonalny, a poniżej tabela obejmująca wszystkie ścieżki komunikacji.

  • Zdecydowanie najczęściej spotykany w ludzkim ciele.
  • Tworzą zapętlony system sprzężenia zwrotnego, który przywraca stan do stanu ustalonego.
  • Główną ideą jest to, że bodziec z jednej części ciała wytwarza reakcję, która zatrzyma lub zmniejszy (zmniejszy) pierwotny bodziec.

Zdjęcie powyżej pochodzi od Petera Sheparda (Maurice Wilkins)

  • Rzadko w ludzkim ciele. Tworzą zapętlony system, który zmienia ciało z jego pierwotnej pozycji. Zwykle jedna część ciała wzmacnia działanie innych części, co może powodować eskalację stanu. To może być złe, ponieważ nie jest tak dobrze kontrolowane. Niektóre przykłady to ludzki szok, który może obniżyć ciśnienie krwi.
  • Utrzymanie środowiska homeostatycznego
  • Układy hormonalne i nevous współpracują ze sobą, tworząc homeostatyczne środowisko.

Jak powyżej, Twój nauczyciel przeprowadzi to jako ocenę wewnętrzną, a standard wymaga uwzględnienia następujących elementów. Każda z poniższych części będzie zawierała linki do odpowiednich zasobów.

· omówienie znaczenia systemu sterowania z punktu widzenia jego przewagi adaptacyjnej

· wyjaśnienie procesów biochemicznych i/lub biofizycznych leżących u podstaw mechanizmu (takich jak reakcje równowagi, zmiany przepuszczalności błony, szlaki metaboliczne)

· analiza konkretnego przykładu tego, w jaki sposób zewnętrzne i/lub wewnętrzne wpływy środowiskowe powodują załamanie się systemu kontroli.

System kontroli utrzymujący stabilne środowisko wewnętrzne (system homeostatyczny) odnosi się do tych, które regulują:

Ludzie mają systemy kontroli, które regulują: (możliwe tematy pytań)

temperatura ciała (termoregulacja)

Jako wstęp do myślenia o termoregulacji

Homeostaza to kontrola wewnętrznych warunków organizmu, aby procesy organizmu mogły działać wydajnie.

Kontrola temperatury ciała nazywana jest termoregulacją.

Normalna temperatura ciała wynosi 37ºC. Jest to temperatura, w której enzymy działają najlepiej.

Ośrodek termoregulacji w mózgu posiada receptory do monitorowania temperatury przepływającej przez niego krwi. Receptory w skórze wysyłają do ośrodka impulsy o temperaturze skóry.

Jeśli temperatura ciała jest zbyt wysoka:

  • Naczynia krwionośne w skórze rozszerzają się (rozszerzają się), więc więcej krwi napływa na powierzchnię skóry.
  • Wytwarzany jest pot, który podczas parowania chłodzi ciało.

Jeśli temperatura ciała jest zbyt niska:

Więcej wody i soli w postaci jonów jest tracone przez pocenie się, gdy jest gorąco. Trzeba je zastąpić piciem i jedzeniem.

Homeostaza temperatury ciała obejmuje wiele rodzajów układów efektorowych, w tym fizjologiczne (zmiany w ukrwieniu skóry, mechanizmy chłodzące = pocenie się, mechanizmy grzewcze = dreszcze) i behawioralne (wygrzewanie się na słońcu, cofanie się w cień, zmiany postawy) – wszystkie kontrolowane przez zestaw. punkt pomiaru temperatury komórek nerwowych w podwzgórzu (termometr).

Kliknij obrazek poniżej, aby zobaczyć większą wersję

Ośrodek termoregulacji normalnie utrzymuje temperaturę 37,5 ± 0,5°C u większości ssaków. Jednak nastawę można zmienić w szczególnych okolicznościach:

• Gorączka. Substancje chemiczne zwane pirogenami uwalniane przez białe krwinki podnoszą nastawę ośrodka termoregulacji, powodując wzrost temperatury całego ciała o 2-3°C. Pomaga to zabijać bakterie, hamuje wirusy i wyjaśnia, dlaczego drżysz, nawet gdy jest ci gorąco.

Łagodna gorączka jest odpowiedzią immunologiczną, która ma powstrzymać infekcję bakteryjną, chociaż pamiętaj, że zbyt wysoka gorączka może trwale uszkodzić aktywność komórek. Ten link zawiera nieco więcej informacji o tym, jak działa homeostaza, aby chronić organizm i jak czasami może pomóc gorączka.

poziom glukozy we krwi (zmodyfikowany na podstawie doskonałego PowerPointa Petera Sheparda).

Prostym przykładem hormonalnej kontroli homeostatycznej jest kontrola poziomu cukru we krwi za pomocą insuliny i glukagonu wytwarzanego przez komórki endokrynologiczne trzustki. Insulina stymuluje wychwyt glukozy z krwi przez tkanki do wykorzystania lub przechowywania. To obniża stężenie glukozy we krwi. Glukagon stymuluje uwalnianie glukozy z glikogenu przechowywanego w wątrobie. To podnosi stężenie glukozy we krwi.Dlaczego to regulować?

  • Niektóre tkanki mogą wykorzystywać szereg źródeł energii, takich jak tłuszcze, a nawet aminokwasy, ale kilka ważnych tkanek w organizmie może w rzeczywistości wykorzystywać tylko glukozę, więc te tkanki potrzebują stałego zaopatrzenia w glukozę, aby prawidłowo funkcjonować. •Te tkanki zawierają czerwone krwinki i komórki odpornościowe
  • Mózg i układ nerwowy również zależą od glukozy, co wyjaśnia, dlaczego gdy poziom glukozy we krwi spada poniżej około 2,5 mM, ludzie mają drgawki i mogą zapaść w śpiączkę, ponieważ mózg nie funkcjonuje prawidłowo. •Dlatego utrzymanie określonego poziomu glukozy to kwestia życia i śmierci.

Jak dostaje się do komórek?

  • Glukoza nie może przedostać się przez błonę komórek, chyba że w błonie znajdują się określone transportery, które zapewniają kanał, przez który przepływa glukoza.
  • Są one specyficzne dla glukozy i dlatego nazywane są transporterami glukozy. Nie zużywają energii, więc będą transportować glukozę tylko z obszarów o wysokim stężeniu glukozy do obszarów o niskim stężeniu glukozy (tj. w dół gradientu stężenia). •Dlatego też, jeśli komórka używa glukozy, poziom w komórce spada, a glukoza przemieszcza się z zewnątrz komórki do środka.•W komórkach wątroby stymulowanych przez glukagon będzie dużo glukozy wytwarzanej wewnątrz komórek z glikogenu, dlatego przepływ glukozy będzie z wnętrza komórki na zewnątrz.
  • W mózgu i wątrobie w błonie komórkowej zawsze znajdują się transportery glukozy

Co dzieje się między posiłkami?

  • Spadek poziomu glukozy i uwolnienie glukagonu
  • Glukagon wiąże się z receptorami znajdującymi się na komórkach wątroby
  • Stymuluje to uwalnianie glukozy z wątroby, gdzie jest przechowywana jako długie polimerowe łańcuchy glukozy zwane glikogenem.

Co się stanie, jeśli poziom glukozy spadnie zbyt nisko?

  • Ponieważ mózg i komórki krwi potrzebują glukozy, organizm opracował środki awaryjne, gdy poziom glukozy we krwi spadnie niebezpiecznie (znany jako „hipo”), co może się zdarzyć, jeśli cukrzyca typu 1 poda zbyt dużo insuliny.
  • Pojawiają się objawy (zwane „świadomością hipoglikemii”), w tym zmęczenie, drażliwość, nerwowość, depresja, zaczerwienienie, utrata pamięci, utrata koncentracji, bóle głowy, zawroty głowy, omdlenia, niewyraźne widzenie, dzwonienie w uszach, drętwienie, drżenie, pocenie się i kołatanie serca .
  • Są one stymulowane przez sygnały z mózgu, który wyczuwa niski poziom glukozy, a częścią tej odpowiedzi jest zwiększenie poziomu adrenaliny w celu zwiększenia poziomu glukozy we krwi
  • Znaki ostrzegawcze są bardzo przydatne dla diabetyków typu 1, ponieważ hipoglikemię można łatwo przezwyciężyć, przyjmując trochę glukozy.
  • Niestety, diabetycy czasami tracą zdolność wykrywania hipoglikemii (stan określany jako „nieświadomość hipoglikemii”).

Po posiłku?

  • Poziom glukozy wzrasta, a insulina jest uwalniana
  • Insulina wiąże się z receptorami znajdującymi się na komórkach wątroby, mięśniach i komórkach tłuszczowych
  • To stymuluje wchłanianie glukozy do tych tkanek, dzięki czemu poziom glukozy we krwi spada
  • Glukoza pobierana przez wątrobę jest magazynowana głównie w postaci glikogenu
  • Część glukozy trafiającej do komórek tłuszczowych przyczynia się do gromadzenia tłuszczu w tych komórkach

Co się dzieje, gdy insulina wiąże się ze swoim receptorem?

  • Insulina przemieszcza się w krwiobiegu, aż znajdzie swój specyficzny receptor na powierzchni komórek wątroby, komórek mięśniowych i komórek tłuszczowych.
  • Receptor to białko, które obejmuje błonę
  • Wiązanie insuliny powoduje wywołaną allosterycznie zmianę kształtu wewnątrzkomórkowej części receptora, która aktywuje aktywność enzymatyczną.
  • Mówi się teraz, że receptor jest aktywowany i jak pokazano na późniejszych slajdach, powoduje to zmiany wewnątrz komórki.
  • To w efekcie pozwala hormonowi na zewnątrz komórki regulować funkcje wewnątrz komórki, nawet jeśli hormon nie dostał się do komórki. Nazywa się to „transdukcją”, a cały proces jest często nazywany transdukcją sygnału.

Pracuj dokładnie nad poniższą animacją tutaj

Koncepcje biologiczne związane z systemem kontroli obejmują:

  • cel systemu
  • elementy systemu
  • mechanizm systemu (jak reaguje na normalny zakres wahań środowiskowych, mechanizmy interakcji i sprzężenia zwrotnego między częściami systemu)
  • potencjalny efekt zakłócenia systemu przez wpływy wewnętrzne lub zewnętrzne.

Wpływy środowiskowe, które powodują załamanie się systemu kontroli, mogą być wpływami zewnętrznymi, takimi jak ekstremalne warunki środowiskowe, choroba lub infekcja, leki lub toksyny, lub wpływy wewnętrzne, takie jak uwarunkowania genetyczne lub zaburzenia metaboliczne.

Na wszystkich etapach życia ssaka komórki ciała mają zapewniony stały dopływ potrzebnych im rzeczy.

Istnieje buforowanie fluktuacji środowiska, dzięki czemu komórki ssaka mogą żyć, nawet jeśli warunki na zewnątrz ciała nie są dobre.

System kontroli (tj. system homeostatyczny) utrzymujący stabilne środowisko wewnętrzne odnosi się do tych, które regulują jeden z:

  1. temperatura ciała
  2. ciśnienie krwi
  3. równowaga osmotyczna
  4. poziom glukozy we krwi
  5. poziomy i równowaga gazów oddechowych w tkankach.

Ponieważ komórki mają kąpiący je płyn, którego skład chemiczny i temperatura są BARDZO STAŁE, komórki te są w stanie równie dobrze funkcjonować w tropikach lub Arktyce, w oceanie, w słodkiej wodzie czy na pustyni.

Wpływy środowiskowe, które powodują awarię systemu sterowania mogą być:

  1. wpływy zewnętrzne, takie jak ekstremalne warunki środowiskowe, choroby lub infekcje, leki lub toksyny
  2. wpływy wewnętrzne, takie jak uwarunkowania genetyczne lub zaburzenia metaboliczne.

HOMEOSTAZA = zachowanie stałości ŚRODOWISKA WEWNĘTRZNEGO

gdzie `środowisko wewnętrzne' = the PŁYN MIĘDZYKOMÓRKOWY (pożywka, w której kąpią się komórki ciała) – znana również jako ŚRÓDMIĄŻSZOWY lub PŁYN TKANKOWY.

PODSTAWOWE ZASADY HOMEOSTAZY

1. Zawsze, gdy stan (np. temp. poziomu glukozy we krwi itp.) odbiega od wartości zadanej lub NORM (np. 37 C 90 mg glukozy na 100 cm krwi) mechanizm korygujący jest uruchamiany przez sam podmiot, który ma być regulowany, tj. . homeostaza obejmuje wbudowany w system mechanizm samoregulacji procesu kontroli.

2. W przypadku np. regulacji glukozy i zwiększać w ilości glukozy inicjuje proces zmniejszać to. Odwrotnie, zmniejszać w poziomie glukozy uruchamia proces zwiększać to. W obu przypadkach wynikiem jest w miarę stały poziom glukozy. Kiedy zmiana w encji powoduje PRZECIWNY EFEKT, jest to znane jako mechanizm NEGATYWNEJ OPINII.

Czasami mechanizm naprawczy prowadzący do NEGATYWNEGO sprzężenia zwrotnego załamuje się, co powoduje, że: odstępstwo od normy inicjuje DALSZE odstępstwo. Jest to znane jako POZYTYWNE OPINIE.

np. Gdy mechanizmy regulacji temperatury zawiodą, tempo metabolizmu rośnie, nawet jeśli temperatura otoczenia. nie jest już zwiększona. Dzieje się tak, ponieważ za każdym razem, gdy tempo metabolizmu wzrasta, generuje więcej ciepła, co nieco zwiększa tempo metabolizmu i tak dalej.

Trudno wyobrazić sobie jakąkolwiek sytuację domową, w której funkcjonują systemy pozytywnego sprzężenia zwrotnego. Kiedy rodzi się dziecko, skurcze macicy stają się coraz silniejsze, gdy głowa jest wciskana w pochwę (kanał rodny). Jest to system pozytywnego sprzężenia zwrotnego, który powoduje wydalenie dziecka z macicy matki.

Inny fizjologiczny przykład można zaobserwować w generatycznym impulsie nerwowym, w którym Na+ (jony sodu) przechodzące przez błony komórek nerwowych stymulują dalsze przejście Na+. (patrz dalej) Ten proces trwa tylko krótką chwilę.

Widać to wyraźnie na przykładach POZYTYWNE OPINIE (powyżej), że (i) w normalnych warunkach jest NIEZWYKŁY ponieważ (ii) wynikiem końcowym jest dalszy wzrost lub dalszy spadek w danym podmiocie, a zatem UNIKA SIĘ STAŁOŚCI.

3. Homeostaza musi koniecznie obejmować Wahania, chociaż mogą to być niewielkie.

Tylko odbiegając od normy NORM, można uruchomić mechanizm.

4. System informacji zwrotnej musi posiadać:

· ODBIORNIKI (lub CZUJNIKI) zdolne do wykrycia zmiany

· MECHANIZM KONTROLI (lub MONITOR) zdolny do zainicjowania odpowiednich działań naprawczych

· EFEKTORY, które mogą przeprowadzić te działania naprawcze.

Jako uproszczony przykład rozważ przepływ płynu przez pompę – aby uczynić ten układ fizjologicznym, załóżmy, że płynem jest krew, a pompą serce. Funkcją kontrolowaną homeostatycznie jest szybkość wypływu krwi z serca, więc to jest wyjście i musi być czujnik, który mierzy szybkość wypływu. Ten czujnik przesyła swoje pomiary do monitora, który porównuje rzeczywiste z wymaganym wyjściem, które monitor wysyła sygnały do ​​pompy - mięśnia sercowego - iw ten sposób dostosowuje szybkość pompowania, gdy wyjście różni się od ustawionego poziomu.


Abstrakcyjny

Homeostaza jest podstawową koncepcją niezbędną do zrozumienia wielu mechanizmów regulacyjnych w fizjologii. Claude Bernard pierwotnie zaproponował koncepcję stałości „milieu interieur”, ale jego dyskusja była raczej abstrakcyjna. Walter Cannon wprowadził termin „homeostaza” i rozszerzył pojęcie „stałości” środowiska wewnętrznego Bernarda w sposób wyraźny i konkretny. W latach 60. homeostatyczne mechanizmy regulacyjne w fizjologii zaczęto opisywać jako procesy dyskretne po zastosowaniu analizy inżynieryjnego systemu kontroli do systemów fizjologicznych. Niestety, wiele tekstów licencjackich nadal podkreśla abstrakcyjne aspekty tej koncepcji, zamiast podkreślać ogólny model, który można konkretnie i kompleksowo zastosować do wszystkich mechanizmów homeostatycznych. W rezultacie zarówno studenci, jak i instruktorzy często nie opracowują jasnego, zwięzłego modelu myślenia o takich systemach. W tym artykule przedstawiamy standardowy model mechanizmów homeostatycznych do wykorzystania na poziomie licencjackim. Omawiamy typowe źródła nieporozumień („lepkie punkty”), które wynikają z niespójności w słownictwie i ilustracjach występujących w popularnych tekstach licencjackich. Na koniec proponujemy uproszczony model i zestaw słownictwa, aby pomóc studentom studiów licencjackich w budowaniu skutecznych modeli umysłowych regulacji homeostazy w układach fizjologicznych.

w 2007 r. grupa 21 biologów z różnych dyscyplin zgodziła się, że „homeostaza” jest jednym z ośmiu podstawowych pojęć w biologii (14). Dwa lata później American Association of Medical Colleges i Howard Hughes Medical Institute w swoim raporcie (1) na temat naukowych podstaw przyszłych lekarzy podobnie określiły umiejętność zastosowania wiedzy o „homeostazie” jako jedną z kluczowych kompetencji (kompetencja M1).

Z naszej perspektywy jako fizjologów jasne jest, że homeostaza jest podstawową koncepcją naszej dyscypliny. Kiedy zapytaliśmy instruktorów fizjologii z wielu instytucji edukacyjnych, jakie są ich zdaniem „wielkie idee” (koncepcje) fizjologii, odkryliśmy, że oni również zidentyfikowali „homeostazę” i „błony komórkowe” jako dwie najważniejsze wielkie idee w fizjologii (15). W kolejnym badaniu (16) instruktorzy fizjologii uznali homeostazę za jedno z podstawowych pojęć krytycznych dla zrozumienia fizjologii.

Jeśli, jak wskazują te badania, koncepcja homeostazy ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia mechanizmów fizjologicznych, można by oczekiwać, że instruktorzy i podręczniki przedstawią spójny model tej koncepcji. Jednak badanie 11 powszechnie używanych podręczników do fizjologii i biologii na studiach licencjackich wykazało, że niekoniecznie tak jest (17). Wyjaśnienia pojęcia homeostazy i późniejsze odniesienia do tego pojęcia mają szereg niedociągnięć. Chociaż teksty te definiują pewne terminy związane z homeostatycznymi systemami regulacyjnymi, wielu autorów nie używa tych terminów konsekwentnie. Co więcej, nie zawsze stosują spójne wizualne reprezentacje koncepcji. Ponadto wyjaśnienie pojęcia często stoi w sprzeczności z obecnym rozumieniem homeostatycznych mechanizmów regulacyjnych. Te ograniczenia podręczników najprawdopodobniej przenoszą się na nauczanie w klasie, osłabiając w ten sposób siłę koncepcji jako jednoczącej idei zrozumienia fizjologii.

Celem tego artykułu jest opracowanie prawidłowego opisu i wizualnej reprezentacji ogólnego mechanizmu homeostazy, który może służyć jako narzędzie uczenia się dla członków wydziału i studentów. Ograniczymy naszą dyskusję do mechanizmów homeostatycznych występujących w układach organizmów, które utrzymują stały przedział pozakomórkowy i nie będziemy rozważać innych typów homeostazy. Chociaż to narzędzie może być przydatne na każdym poziomie akademickim, naszym głównym celem jest jego zastosowanie na poziomie licencjackim, gdy studenci po raz pierwszy zapoznają się z koncepcją. Omówimy również pokrótce historię tego pojęcia, a następnie zajmiemy się „punktami lepkimi”, które mogą prowadzić do zamieszania zarówno wśród wykładowców, jak i studentów, gdy próbują zastosować tę koncepcję do fizjologii organizmu ssaków. Kończymy sugestiami poprawy instrukcji dotyczących homeostazy i jej zastosowań.


Bardzo ważne jest, aby wewnętrzne środowisko ciała było utrzymywane na stałym poziomie. To się nazywa homeostaza.

Różne czynniki, które należy utrzymywać na stałym poziomie, obejmują:

Woda - temperatura - poziom cukru - zawartość składników mineralnych

Wiele mechanizmów wykorzystywanych do homeostazy obejmuje hormony.

Hormony są chemicznymi posłańcami przenoszonymi w krwiobiegu. Są uwalniane przez gruczoły i przechodzą do narządu docelowego. Hormony działają dłużej niż nerwy, ale ich reakcje zwykle trwają dłużej.

Wiele z tych mechanizmów kontrolnych działa poprzez: negatywna opinia. Oznacza to, że jeśli poziomy zmieniają się zbyt mocno, uwalniany jest hormon, który przywraca normalny poziom.

Kontrola cukru we krwi

Ważne jest, aby poziom cukru lub glukozy we krwi był utrzymywany na stałym poziomie. Jeśli spadnie zbyt nisko, komórki nie będą miały wystarczającej ilości do oddychania. Jeśli jest zbyt wysoki, glukoza może zacząć wydalać się z moczem.

Insulina to hormon kontrolujący poziom glukozy we krwi.

Gdy poziom glukozy jest zbyt wysoki, powstaje więcej insuliny. ten insulina przekształca nadmiar glukozy w glikogen, który ma być przechowywany w wątrobie.

Osoby z cukrzycą nie wytwarzają w sposób naturalny wystarczającej ilości insuliny. Potrzebują regularnych zastrzyków insuliny, aby kontrolować poziom glukozy we krwi. Muszą również dokładnie kontrolować swoją dietę.

Zbyt wysoki poziom glukozy we krwi?

  • 1. Insulina wstrzyknięty przez trzustka
  • 2. Glukoza wchłaniany przez tkanki
  • 3. Glukoza wchłonięty przez wątroba
  • 4. Zmniejszony poziom glukozy we krwi

Zbyt niski poziom glukozy we krwi?

  • 1. Insulinanie wstrzyknięty przez trzustka
  • 2. Mniej glukozy wchłaniany przez tkanki
  • 3. Mniej glukozy wchłaniany przez wątrobę
  • 4. Zwiększony poziom glukozy we krwi

Cukrzyca – Jest to stan, w którym osoby, które na to cierpią, nie wytwarzają insuliny, więc trzeba ją wstrzykiwać

Ten film wyjaśnia, jak diabetyk kontroluje poziom cukru we krwi

Kontrola temperatury ciała

Ważne jest, aby temperatura naszego ciała wynosiła około 37 °C. Dzieje się tak, ponieważ jest to najlepsza temperatura do działania enzymów. Temperatura krwi jest monitorowana przez mózg i jeśli waha się od 37°C, zachodzą różne zmiany.

Kiedy jest nam za gorąco musimy szybciej tracić ciepło, ponieważ temperatura naszego ciała jest zagrożona wzrostem. Robimy to poprzez:

  • wyzysk – odparowując z naszej skóry, pochłania energię cieplną. To chłodzi skórę i ciało traci ciepło.
  • rozszerzenie naczyń krwionośnych – naczynia włosowate przy powierzchni skóry rozszerzają się, aby umożliwić przepływ większej ilości krwi w pobliżu powierzchni. Ponieważ krew jest cieplejsza niż powietrze, ochładza się i organizm traci więcej ciepła.
  • Jeśli temperatura krwi dostaje za wysoko mógłbymskłonność do udaru cieplnego i odwodnienia.

Kiedy jest nam za zimno grozi nam zbyt szybka utrata ciepła i ochłodzenie. Oznacza to, że musimy oszczędzać ciepło, aby utrzymać stałą 37 °C. Robimy to poprzez:

  • dreszcze – szybki skurcz i rozluźnienie mięśni ciała. Zwiększa to tempo oddychania i uwalnia więcej energii w postaci ciepła
  • zwężenie naczyń – naczynia włosowate przy powierzchni skóry zwężają się i proces ten zmniejsza przepływ krwi na powierzchnię. Krew jest kierowana głębiej w ciało, aby zachować ciepło.
  • wyzysk mniej

Hipotermia występuje, gdy temperatura krwi jest zbyt niska. To może być śmiertelne.


Bibliografia

Perez-Cerda, F., Sanchez-Gomez, MV & Matute, C. Pio del Rio Hortega i odkrycie oligodendrocytów. Z przodu. Neuroanat. 9, 92 (2015).

Ginhoux, F., Lim, S., Hoeffel, G., Low, D. i Huber, T. Pochodzenie i różnicowanie mikrogleju. Z przodu. Komórka. Neurosci. 7, 45 (2013).

Ginhoux, F. & Guilliams, M. Ontogenia i homeostaza makrofagów rezydentnych w tkankach. Odporność 44, 439–449 (2016).

Hoeffel, G. & Ginhoux, F. Ontogeneza makrofagów rezydujących w tkankach. Z przodu. Immunol. 6, 486 (2015).

Ginhoux, F. i in. Analiza mapowania losu ujawnia, że ​​dorosłe mikrogleje wywodzą się z prymitywnych makrofagów. Nauki ścisłe 330, 841–845 (2010). W tej pracy wykorzystano nowatorski system mapowania losów, aby definitywnie wykazać, że mikroglej powstaje z prekursorów YS.

Ajami, B., Bennett, JL, Krieger, C., Tetzlaff, W. & Rossi, F.M. Lokalna samoodnowa może podtrzymywać utrzymanie i funkcjonowanie mikrogleju OUN przez całe dorosłe życie. Nat. Neurosci. 10, 1538–1543 (2007).

Hashimoto, D. i in. Makrofagi rezydujące w tkankach utrzymują się lokalnie przez całe dorosłe życie przy minimalnym udziale krążących monocytów. Odporność 38, 792–804 (2013).

Sheng, J., Ruedl, C. i Karjalainen, K. Większość makrofagów rezydujących w tkankach, z wyjątkiem mikrogleju, pochodzi z płodowych krwiotwórczych komórek macierzystych. Odporność 43, 382–393 (2015).

Nimmerjahn, A., Kirchhoff, F. & Helmchen, F. Spoczynkowe komórki mikrogleju są wysoce dynamicznymi obserwatorami miąższu mózgu in vivo. Nauki ścisłe 308, 1314–1318 (2005). Ten in vivo badanie obrazowe wykazuje wysoką ruchliwość procesów mikrogleju w warunkach homeostazy, co otwiera nowe możliwości badania nieimmunologicznych funkcji mikrogleju.

Tremblay, ME, Lowery, RL i Majewska, AK Mikroglejowe interakcje z synapsami są modulowane przez doświadczenie wizualne. PLoS Biol. 8, e1000527 (2010).

Wake, H., Moorhouse, AJ, Jinno, S., Kohsaka, S. i Nabekura, J. Spoczynkowy mikroglej bezpośrednio monitoruje stan funkcjonalny synaps in vivo i określić los terminali niedokrwiennych. J. Neurosci. 29, 3974–3980 (2009).

Frost, JL & Schafer, DP Microglia: architekci rozwijającego się układu nerwowego. Trendy Biol. 26, 587–597 (2016).

Funkcja Schafer, DP i Stevens, B. Microglia w rozwoju i plastyczności ośrodkowego układu nerwowego. Zimna Wiosna Harb. Perspektywa.Biol. 7, a020545 (2015).

Kierdorf, K. i in. Mikroglej wyłania się z prekursorów erytromieloidów poprzez szlaki zależne od Pu.1 i Irf8. Nat. Neurosci. 16, 273–280 (2013). Badanie to pokazuje naturę prekursorów mikrogleju i pokazuje molekularne i rozwojowe mechanizmy specyfikacji mikrogleju.

Cunningham, CL, Martinez-Cerdeno, V. i Noctor, SC Microglia regulują liczbę neuronalnych komórek prekursorowych w rozwijającej się korze mózgowej. J. Neurosci. 33, 4216–4233 (2013).

Ueno, M. i in. Neurony korowe warstwy V wymagają wsparcia mikrogleju do przeżycia podczas rozwoju poporodowego. Nat. Neurosci. 16, 543–551 (2013).

Wakselman, S. i in. Rozwojowa śmierć neuronów w hipokampie wymaga integryny mikrogleju CD11b i immunoreceptora DAP12. J. Neurosci. 28, 8138–8143 (2008).

Marin-Teva, J.L. i in. Mikroglej sprzyja śmierci rozwijających się komórek Purkinjego. Neuron 41, 535–547 (2004).

Frade, JM & Barde, Y.A. Czynnik wzrostu nerwów pochodzący z mikrogleju powoduje śmierć komórek w rozwijającej się siatkówce. Neuron 20, 35–41 (1998).

Schafer, D.P. i in. Mikroglej kształtuje poporodowe obwody neuronalne w sposób zależny od aktywności i dopełniacza. Neuron 74, 691–705 (2012). Ten artykuł ilustruje zaskakującą rolę mikrogleju poporodowego w przycinaniu nieaktywnych synaps za pomocą klasycznego układu dopełniacza podczas rozwoju układu wzrokowego.

Stevens, B. i in. Klasyczna kaskada dopełniacza pośredniczy w eliminacji synaps OUN. Komórka 131, 1164–1178 (2007).

Paolicelli, R.C. i in. Przycinanie synaptyczne za pomocą mikrogleju jest niezbędne do prawidłowego rozwoju mózgu. Nauki ścisłe 333, 1456–1458 (2011). Praca ta pokazuje niekonwencjonalną funkcję mikrogleju w promowaniu dojrzewania i plastyczności synaps hipokampa, prawdopodobnie poprzez eliminację niedojrzałych synaps.

Squarzoni, P. i in. Mikroglej moduluje okablowanie embrionalnego przodomózgowia. Przedstawiciel komórki 8, 1271–1279 (2014).

Pont-Lezica, L. i in. Fascykulacja aksonu ciała modzelowatego w kształcie mikrogleju: funkcjonalny wpływ zapalenia prenatalnego. Eur. J. Neurosci. 39, 1551–1557 (2014).

Hoshiko, M., Arnoux, I., Avignon, E., Yamamoto, N. & Audinat, E. Niedobór receptora mikrogleju CX3CR1 zaburza pourodzeniowy rozwój funkcjonalny synaps wzgórzowo-korowych w korze beczki. J. Neurosci. 32, 15106–15111 (2012).

Ueno, M. & Yamashita, T. Dwukierunkowe strojenie mikrogleju w rozwijającym się mózgu: od neurogenezy do tworzenia obwodów nerwowych. Aktualn. Opinia. Neurobiol. 27, 8–15 (2014).

Ransohoff, R.M. Polaryzujące pytanie: czy istnieje mikroglej M1 i M2? Nat. Neurosci. 19, 987–991 (2016).

Aguzzi, A., Barres, BA & Bennett, M.L. Microglia: kozioł ofiarny, sabotażysta czy coś innego? Nauki ścisłe 339, 156–161 (2013).

Prinz, M. & Priller, J. Microglia i makrofagi mózgowe w wieku molekularnym: od początku do choroby neuropsychiatrycznej. Nat. Ks. Neurosci. 15, 300–312 (2014).

Crotti, A. i Ransohoff, RM Fizjologia i patofizjologia mikrogleju: spostrzeżenia z profilowania transkrypcji całego genomu. Odporność 44, 505–515 (2016).

Colonna, M. & Butovsky, O. Microglia działają w ośrodkowym układzie nerwowym podczas zdrowia i neurodegeneracji. Annu. Wielebny Immunol. 35, 441–468 (2017).

Wolf, SA, Boddeke, HW i Kettenmann, H. Microglia w fizjologii i chorobie. Annu. Ks. Fizjol. 79, 619–643 (2017).

Prinz, M., Erny, D. i Hagemeyer, N. Ontogeny i homeostaza komórek szpikowych OUN. Nat. Immunol. 18, 385–392 (2017).

Goldmann, T. i in. Pochodzenie, los i dynamika makrofagów na styku ośrodkowego układu nerwowego. Nat. Immunol. 17, 797–805 (2016). Praca ta wykorzystuje eksperymenty mapowania losu i parabiozy, aby zademonstrować ontogenezę i dynamikę makrofagów nieparenchymalnych.

Prinz, M., Priller, J., Sisodia, SS i Ransohoff, RM Heterogeniczność komórek szpikowych OUN i ich rola w neurodegeneracji. Nat. Neurosci. 14, 1227–1235 (2011).

Yona, S. i in. Mapowanie losu ujawnia pochodzenie i dynamikę monocytów i makrofagów tkankowych w warunkach homeostazy. Odporność 38, 79–91 (2013).

Gautier, E.L. i in. Profile ekspresji genów i szlaki regulacji transkrypcji, które leżą u podstaw tożsamości i różnorodności makrofagów tkankowych myszy. Nat. Immunol. 13, 1118–1128 (2012).

Butovsky, O. i in. Identyfikacja unikalnej sygnatury molekularnej i funkcjonalnej zależnej od TGF-β w mikrogleju. Nat. Neurosci. 17, 131–143 (2014). Badanie to wykorzystuje porównawcze analizy transkryptomiczne do identyfikacji sygnatury molekularnej mikrogleju, co dodatkowo sugeruje, że TGFβ jest specyficznym dla mózgu sygnałem do specyfikacji mikrogleju.

Lavin, Y. i in. Krajobrazy wzmacniające makrofagi rezydujące w tkankach są kształtowane przez lokalne mikrośrodowisko. Komórka 159, 1312–1326 (2014).

Gosselin, D. i in. Środowisko wpływa na wybór i funkcję wzmacniaczy kontrolujących tożsamość makrofagów specyficznych dla tkanki. Komórka 159, 1327–1340 (2014).

Bennett, M.L. i in. Nowe narzędzia do badania mikrogleju w mysim i ludzkim ośrodkowym układzie nerwowym. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 113, E1738–E1746 (2016). Praca ta udowadnia, że ​​TMEM119 jest markerem specyficznym dla mikrogleju, wygenerowano przeciwciała, które umożliwiają profilowanie rozwojowe wysoce czystego mikrogleju.

Zhang, Y. i in. Transkryptom sekwencjonowania RNA i baza danych splicingu gleju, neuronów i komórek naczyniowych kory mózgowej. J. Neurosci. 34, 11929–11947 (2014).

Grabert, K. i in.Zróżnicowanie zależne od regionu mikrogleju mózgu i selektywna regionalna wrażliwość na starzenie się. Nat. Neurosci. 19, 504–516 (2016).

De Biase, L.M. i in. Lokalne sygnały ustalają i utrzymują specyficzne dla regionu fenotypy mikrogleju jąder podstawy. Neuron 95, 341–356.e6 (2017).

Matcovitch-Natan, O. et al. Rozwój mikrogleju przebiega zgodnie z etapowym programem regulacji homeostazy mózgu. Nauki ścisłe 353, aad8670 (2016). Korzystając z analizy przebiegu czasowego i analizy pojedynczych komórek RNA-seq, praca ta pokazuje poszczególne fazy ekspresji genów podczas rozwoju mikrogleju.

Keren-Shaul, H. i in. Unikalny typ mikrogleju związany z ograniczeniem rozwoju choroby Alzheimera. Komórka 169, 1276–1290.e.17 (2017).

Schulz, C. i in. Linia komórek szpikowych niezależna od Myb i hematopoetycznych komórek macierzystych. Nauki ścisłe 336, 86–90 (2012).

Gomez Perdiguero, E. et al. Makrofagi rezydujące w tkankach pochodzą z prekursorów erytro-szpiku pochodzących z woreczka żółtkowego. Natura 518, 547–551 (2015). Ta praca wykorzystuje mapowanie losu i in vitro hodowli, aby wykazać, że makrofagi tkankowe, w tym mikroglej, powstają z komórek progenitorowych erytro-szpiku, co potwierdza Model 2 ontogenezy mikrogleju i makrofagów opisany w tym przeglądzie.

Hoeffel, G. i in. Monocyty płodowe pochodzące z komórek progenitorowych C-Myb + erytro-szpiku powodują powstawanie makrofagów rezydujących w tkankach dorosłych. Odporność 42, 665–678 (2015). Praca ta pokazuje istotny wkład monocytów FL w makrofagi tkanek dorosłych, co potwierdza Model 1 ontogenezy mikrogleju i makrofagów opisany w tym przeglądzie.

Kierdorf, K., Prinz, M., Geissmann, F. i Gomez Perdiguero, E. Rozwój i funkcja makrofagów rezydujących w tkankach u myszy. Nasienie. Immunol. 27, 369–378 (2015).

Perdiguero, EG i Geissmann, F. Rozwój i utrzymanie rezydentnych makrofagów. Nat. Immunol. 17, 2–8 (2016).

Palis, J. Hematopoetyczna hematopoeza niezależna od komórek macierzystych: pojawienie się potencjału erytroidalnego, megakariocytów i szpiku w zarodku ssaka. FEBS Lett. 590, 3965–3974 (2016).

Daneman, R., Zhou, L., Kebede, A. A. i Barres, BA Pericyty są wymagane do integralności bariery krew-mózg podczas embriogenezy. Natura 468, 562–566 (2010).

Askew, K. i in. Połączona proliferacja i apoptoza utrzymują szybki obrót mikrogleju w mózgu osoby dorosłej. Przedstawiciel komórki 18, 391–405 (2017).

Piwa, D.R. i in. Mikroglej typu dzikiego przedłuża przeżycie myszy z nokautem PU.1 z rodzinnym stwardnieniem zanikowym bocznym. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 103, 16021–16026 (2006).

Mildner, A. i in. Mikroglej w dorosłym mózgu powstają z monocytów Ly-6C hi CCR2+ tylko w określonych warunkach gospodarza. Nat. Neurosci. 10, 1544–1553 (2007).

Guilliams, M. & Scott, CL. Czy konkurencja niszowa determinuje pochodzenie makrofagów rezydujących w tkankach? Nat. Wielebny Immunol. 17, 451–460 (2017).

van de Laar, L. i in. Makrofagi woreczka żółtkowego, wątroba płodu i dorosłe monocyty mogą skolonizować pustą niszę i przekształcić się w funkcjonalne makrofagi rezydujące w tkankach. Odporność 44, 755–768 (2016).

Jin, H. i in. Runx1 reguluje wybór losu szpikowego embrionów u danio pręgowanego poprzez pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego hamującą ekspresję Pu.1. Krew 119, 5239–5249 (2012).

Xu, J., Wang, T., Wu, Y., Jin, W. & Wen, Z. Microglia Kolonizacja rozwijającego się śródmózgowia danio pręgowanego jest promowana przez neuron apoptotyczny i lizofosfatydylocholinę. Odw. Komórka 38, 214–222 (2016).

Casano, AM, Albert, M. & Peri, F. Apoptoza rozwojowa pośredniczy w wejściu i umiejscowieniu mikrogleju w mózgu danio pręgowanego. Przedstawiciel komórki 16, 897–906 (2016).

Swinnen, N. i in. Złożony wzór inwazji komórek mikrogleju kory mózgowej podczas rozwoju zarodka myszy. Glia 61, 150–163 (2013).

Tay, T.L. i in. Nowy system mapowania losów ujawnia zależną od kontekstu losową lub klonalną ekspansję mikrogleju. Nat. Neurosci. 20, 793–803 (2017).

Lawson, LJ, Perry, VH & Gordon, S. Obrót rezydualnego mikrogleju w normalnym mózgu dorosłej myszy. Neuronauka 48, 405–415 (1992).

Fuger, P. i in. Obrót mikrogleju wraz ze starzeniem się oraz w modelu choroby Alzheimera w perspektywie długoterminowej in vivo obrazowanie jednokomórkowe. Nat. Neurosci. 20, 1371–1376 (2017).

Ueno, H. & Weissman, I.L. Analiza klonalna rozwoju myszy ujawnia poliklonalne pochodzenie wysp z krwią woreczka żółtkowego. Odw. Komórka 11, 519–533 (2006).

Chitu, V., Gokhan, S., Nandi, S., Mehler, MF i Stanley, E.R. Pojawiające się role dla receptora CSF-1 i jego ligandów w układzie nerwowym. Trendy Neurosci. 39, 378–393 (2016).

Chitu, V. i Stanley, ER Regulacja rozwoju embrionalnego i postnatalnego przez receptor CSF-1. Aktualn. Szczyt. Odw. Biol. 123, 229–275 (2017).

Muffat, J. i in. Wydajne pozyskiwanie komórek mikrogleju z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych. Nat. Med. 22, 1358–1367 (2016).

Pandya, H. i in. Różnicowanie indukowanych ludzkich i mysich pluripotencjalnych komórek macierzystych w komórki mikroglejowe. Nat. Neurosci. 20, 753–759 (2017).

Abud, E.M. i in. Pochodzące z iPSC ludzkie komórki podobne do mikrogleju do badania chorób neurologicznych. Neuron 94, 278–293.e9 (2017).

Douvaras, P. i in. Kierowane różnicowanie ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych do mikrogleju. Rep. komórek macierzystych 8, 1516–1524 (2017).

Haenseler, W. i in. Wysoce wydajny model mikrogleju pluripotencjalnych ludzkich komórek macierzystych wykazuje profil ekspresji swoistej dla kokultury neuronalnej i odpowiedź zapalną. Rep. komórek macierzystych 8, 1727–1742 (2017).

Mossadegh-Keller, N. i in. M-CSF instruuje los linii mieloidalnej w pojedynczych hematopoetycznych komórkach macierzystych. Natura 497, 239–243 (2013).

Rosenbauer, F. i in. Ostra białaczka szpikowa wywołana stopniową redukcją specyficznego dla linii czynnika transkrypcyjnego PU.1. Nat. Genet. 36, 624–630 (2004).

Elmore, M.R. i in. Sygnalizacja receptora czynnika 1 stymulującego kolonie jest niezbędna dla żywotności mikrogleju, demaskując komórkę progenitorową mikrogleju w dorosłym mózgu. Neuron 82, 380–397 (2014).

Buttgereit, A. i in. Sall1 jest regulatorem transkrypcji definiującym tożsamość i funkcję mikrogleju. Nat. Immunol. 17, 1397–1406 (2016).

Bohlen, C.J. i in. Zróżnicowane wymagania dotyczące przeżycia, specyfikacji i funkcji mikrogleju ujawnione przez hodowle o określonej pożywce. Neuron 94, 759-773.e8 (2017).

Wang, Y. i in. IL-34 jest ograniczonym do tkanek ligandem CSF1R wymaganym do rozwoju komórek Langerhansa i mikrogleju. Nat. Immunol. 13, 753–760 (2012).

Greter, M. i in. Pochodząca ze zrębu interleukina-34 kontroluje rozwój i utrzymanie komórek Langerhansa oraz utrzymanie mikrogleju. Odporność 37, 1050–1060 (2012).

Nandi, S. i in. Ligandy receptora CSF-1 IL-34 i CSF-1 wykazują odmienne wzorce ekspresji rozwojowej w mózgu i regulują utrzymanie i dojrzewanie neuronalnych komórek progenitorowych. Odw. Biol. 367, 100–113 (2012).

Mass, E. i in. Specyfikacja makrofagów rezydujących w tkankach podczas organogenezy. Nauki ścisłe 353, aaf4238 (2016).

Abutbul, S. i in. Sygnalizacja TGF-β poprzez SMAD2/3 indukuje fenotyp spoczynkowy mikrogleju w środowisku OUN. Glia 60, 1160–1171 (2012).

Gosselin, D. i in. Zależna od środowiska sieć transkrypcyjna określa tożsamość ludzkiego mikrogleju. Nauki ścisłe 356eaal3222 (2017).

Cohen, M. i in. Przewlekła ekspozycja na TGFβ1 reguluje odpowiedź zapalną komórek szpiku w sposób zależny od IRF7. EMBO J. 33, 2906–2921 (2014).

Endo, F. i in. Pochodzący z astrocytów TGF-β1 przyspiesza postęp choroby u myszy z ALS, zakłócając funkcje neuroprotekcyjne mikrogleju i limfocytów T. Przedstawiciel komórki 11, 592–604 (2015).

Wong, K. i in. Myszy z niedoborem NRROS wykazują nieprawidłowy rozwój mikrogleju i zaburzenia neurologiczne. Nat. Immunol. 18, 633–641 (2017).

Amit, I., Winter, DR i Jung, S. Rola lokalnego środowiska i epigenetyki w kształtowaniu tożsamości makrofagów i ich wpływie na homeostazę tkanek. Nat. Immunol. 17, 18–25 (2016).

Li, Y., Du, X.F., Liu, CS, Wen, Z.L. i Du, J.L. Wzajemna regulacja między dynamiką mikrogleju w spoczynku a aktywnością neuronów in vivo. Odw. Komórka 23, 1189–1202 (2012).

Dissing-Olesen, L. i in. Aktywacja neuronalnych receptorów NMDA wyzwala przejściowy wzrost procesu mikroglejowego, w którym pośredniczy ATP. J. Neurosci. 34, 10511–10527 (2014).

Zhan, Y. i in. Niedobór sygnalizacji neuronowo-mikroglejowej powoduje upośledzenie funkcjonalnej łączności mózgu i zachowań społecznych. Nat. Neurosci. 17, 400–406 (2014).

Sipe, G.O. i in. Mikroglej P2Y12 jest niezbędny do plastyczności synaptycznej w korze wzrokowej myszy. Nat. Komunia. 7, 10905 (2016).

Stephan, A.H., Barres, BA & Stevens, B. Układ dopełniacza: nieoczekiwana rola w przycinaniu synaptycznym podczas rozwoju i choroby. Annu. Ks. Neurosci. 35, 369–389 (2012).

Chu, Y. i in. Zwiększona łączność synaptyczna i epilepsja u myszy z nokautem C1q. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 107, 7975–7980 (2010).

Hong, S. i in. Dopełniacz i mikroglej pośredniczą we wczesnej utracie synaps w mysich modelach Alzheimera. Nauki ścisłe 352, 712–716 (2016). Badanie to pokazuje, że funkcje rozwojowe mikrogleju mogą być błędnie reaktywowane i że leży to u podstaw utraty synaps w chorobie neurodegeneracyjnej.

Lui, H. i in. Niedobór progranuliny sprzyja specyficznemu obwodowi przycinaniu synaptycznemu przez mikroglej poprzez aktywację dopełniacza. Komórka 165, 921–935 (2016).

Vasek, M.J. i in. Oś dopełniacza-mikrogleju napędza utratę synaps podczas wywołanego wirusem upośledzenia pamięci. Natura 534, 538–543 (2016).

Shi, Q. i in. Myszy z niedoborem C3 dopełniacza nie wykazują związanego z wiekiem spadku hipokampa. J. Neurosci. 35, 13029–13042 (2015).

Sekar, A. i in. Ryzyko schizofrenii spowodowane złożoną zmiennością składnika dopełniacza 4. Natura 530, 177–183 (2016).

Stephan, A.H. i in. Dramatyczny wzrost białka C1q w OUN podczas normalnego starzenia się. J. Neurosci. 33, 13460–13474 (2013).

Chung, W.S. i in. Astrocyty pośredniczą w eliminacji synaps poprzez szlaki MEGF10 i MERTK. Natura 504, 394–400 (2013).

Sierra, A. i in. Mikroglej kształtuje neurogenezę dorosłego hipokampa poprzez fagocytozę sprzężoną z apoptozą. Komórka Komórka Macierzysta 7, 483–495 (2010).

Fourgeaud, L. i in. Receptory TAM regulują wiele cech fizjologii mikrogleju. Natura 532, 240–244 (2016).

Chiu, I.M. i in. Specyficzna dla neurodegeneracji sygnatura ekspresji genu ostro wyizolowanego mikrogleju z mysiego modelu stwardnienia bocznego zanikowego. Przedstawiciel komórki 4, 385–401 (2013).

Yin, Z. i in. Nadreaktywność immunologiczna mikrogleju związanego z blaszką Abeta w chorobie Alzheimera. Neurobiol. Starzenie się 55, 115–122 (2017).

Tsuda, receptory M.P2, cytokiny i chemokiny mikrogleju oraz ból neuropatyczny. J. Neurosci. Res. 95, 1319–1329 (2017).

Guan, Z. i in. Uszkodzony CSF1 pochodzący z neuronów czuciowych indukuje proliferację mikrogleju i ból zależny od DAP12. Nat. Neurosci. 19, 94–101 (2016).

Coull, JA i in. BDNF z mikrogleju powoduje zmianę gradientu neuronów anionowych leżących u podstaw bólu neuropatycznego. Natura 438, 1017–1021 (2005).

Zhuang, Z.Y. i in. Rola szlaku CX3CR1/p38 MAPK w mikrogleju rdzeniowym w rozwoju bólu neuropatycznego po rozszczepieniu fraktalkiny wywołanym uszkodzeniem nerwu. Zachowanie mózgu. Odporność. 21, 642–651 (2007).

Davalos, D. i in. ATP pośredniczy w szybkiej odpowiedzi mikrogleju na miejscowe uszkodzenie mózgu in vivo. Nat. Neurosci. 8, 752–758 (2005).

Haynes, S.E. i in. Receptor P2Y12 reguluje aktywację mikrogleju przez nukleotydy zewnątrzkomórkowe. Nat. Neurosci. 9, 1512–1519 (2006).

Roth, T.L. i in. Przezczaszkowe złagodzenie stanu zapalnego i śmierci komórek po uszkodzeniu mózgu. Natura 505, 223–228 (2014).

Lou, N. i in. Zależne od receptora purynergicznego P2RY12 zamknięcie mikrogleju uszkodzonej bariery krew-mózg. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 113, 1074–1079 (2016).

Orr, AG, Orr, AL, Li, XJ, Gross, RE i Traynelis, S.F. Receptor adenozyny A2A pośredniczy w wycofywaniu procesu mikrogleju. Nat. Neurosci. 12, 872–878 (2009).

Liddelow, SA i in. Neurotoksyczne reaktywne astrocyty są indukowane przez aktywowany mikroglej. Natura 541, 481–487 (2017).

Hagemeyer, N. i in. Mikroglej przyczynia się do prawidłowej mielinogenezy i utrzymania progenitorów oligodendrocytów w wieku dorosłym. Acta Neuropathol. 134, 441–458 (2017).

Miron, V.E. i in. Mikroglej i makrofagi M2 napędzają różnicowanie oligodendrocytów podczas remielinizacji OUN. Nat. Neurosci. 16, 1211–1218 (2013).

Safaiyan, S. i in. Degradacja mieliny związana z wiekiem obciąża funkcję usuwania mikrogleju podczas starzenia. Nat. Neurosci. 19, 995–998 (2016).

Fantin, A. i in. Makrofagi tkankowe działają jako komórkowe białka opiekuńcze w zespoleniu naczyń za indukcją komórek wierzchołkowych śródbłonka za pośrednictwem VEGF. Krew 116, 829–840 (2010).

Liu, C. i in. Makrofagi pośredniczą w naprawie pęknięcia naczyń mózgowych poprzez bezpośrednią adhezję fizyczną i trakcję mechaniczną. Odporność 44, 1162–1176 (2016).

Zusso, M. i in. Regulacja pourodzeniowej proliferacji i rozwoju komórek mikrogleju ameboidalnego przodomózgowia przez czynnik transkrypcyjny Runx1. J. Neurosci. 32, 11285–11298 (2012).

Shigemoto-Mogami, Y., Hoshikawa, K., Goldman, JE, Sekino, Y. i Sato, K. Microglia zwiększają neurogenezę i oligodendrogenezę we wczesnej poporodowej strefie podkomorowej. J. Neurosci. 34, 2231–2243 (2014).

Ransohoff, RM Jak neurozapalenie przyczynia się do neurodegeneracji. Nauki ścisłe 353, 777–783 (2016).

Ajami, B., Bennett, J.L., Krieger, C., McNagny, KM & Rossi, F.M. Naciekające monocyty wywołują progresję EAE, ale nie przyczyniają się do rezydualnej puli mikrogleju. Nat. Neurosci. 14, 1142–1149 (2011).

Yamasaki, R. i in. Różnicowa rola mikrogleju i monocytów w zapalnym ośrodkowym układzie nerwowym. J. Eksp. Med. 211, 1533–1549 (2014).

Ritzel, R.M. i in. Różnice funkcjonalne między mikroglejem a monocytami po udarze niedokrwiennym. J. Neuroinflamm. 12, 106 (2015).

Guerreiro, R. i in. TREM2 warianty w chorobie Alzheimera. N. Engl. J. Med. 368, 117–127 (2013).

Sims, R. i in. Rzadkie warianty kodowania w PLCG2, ABI3, oraz TREM2 implikują odporność wrodzoną, w której pośredniczy mikroglej, w chorobie Alzheimera. Nat. Genet. 49, 1373–1384 (2017).

Jonsson, T. i in. Wariant TREM2 związane z ryzykiem choroby Alzheimera. N. Engl. J. Med. 368, 107–116 (2013).

Lambert, J.C. i in. Badanie asocjacyjne całego genomu identyfikuje warianty w CLU oraz CR1 związane z chorobą Alzheimera. Nat. Genet. 41, 1094–1099 (2009).

Hollingworth, P. i in. Wspólne warianty w ABCA7, MS4A6A/MS4A4E, EPHA1, CD33 oraz CD2AP są związane z chorobą Alzheimera. Nat. Genet. 43, 429–435 (2011).

Naj, A.C. i in. Wspólne warianty w MS4A4/MS4A6E, CD2AP, CD33 oraz EPHA1 są związane z chorobą Alzheimera o późnym początku. Nat. Genet. 43, 436–441 (2011).

Carrasquillo, M.M. i in. Replikacja EPHA1 oraz CD33 powiązania z chorobą Alzheimera o późnym początku: wieloośrodkowe badanie kliniczno-kontrolne. Mol. Neurodegener. 6, 54 (2011).

Colonna, M. i Wang, Y. TREM2 warianty: nowe klucze do rozszyfrowania patogenezy choroby Alzheimera. Nat. Ks. Neurosci. 17, 201–207 (2016).

Griciuc, A. i in. Gen ryzyka choroby Alzheimera CD33 hamuje wychwyt amyloidu beta przez mikroglej. Neuron 78, 631–643 (2013).

Grathwohl, SA i in. Tworzenie i utrzymanie płytek β-amyloidowych choroby Alzheimera przy braku mikrogleju. Nat. Neurosci. 12, 1361–1363 (2009).

Yuan, P. i in. TREM2 haplodeficiency u myszy i ludzi upośledza funkcję bariery mikrogleju, prowadząc do zmniejszenia zagęszczenia amyloidu i ciężkiej dystrofii aksonalnej. Neuron 90, 724–739 (2016).

Asai, H. i in. Zubożenie mikrogleju i zahamowanie syntezy egzosomów zatrzymuje propagację tau. Nat. Neurosci. 18, 1584–1593 (2015).

Yoshiyama, Y. i in. Utrata synaps i aktywacja mikrogleju poprzedzają splątki w mysim modelu tauopatii P301S. Neuron 53, 337–351 (2007).

Maphis, N. i in. Reaktywny mikroglej napędza patologię tau i przyczynia się do rozprzestrzeniania patologicznego tau w mózgu. Mózg 138, 1738–1755 (2015).

Al-Chalabi, A., van den Berg, LH & Veldink, J. Odkrycie genów w stwardnieniu zanikowym bocznym: implikacje dla postępowania klinicznego. Nat. Wielebny Neurol. 13, 96–104 (2017).

Boillee, S. i in. Początek i progresja w dziedzicznym ALS determinowane przez neurony ruchowe i mikroglej. Nauki ścisłe 312, 1389–1392 (2006).

O'Rourke, J.G. i in. C9orf72 jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania makrofagów i mikrogleju u myszy. Nauki ścisłe 351, 1324–1329 (2016).

Paolicelli, R.C. i in. Ubytek TDP-43 w mikrogleju sprzyja klirensowi amyloidu, ale także indukuje utratę synaps. Neuron 95, 297–308 (2017).

Mishra, MK i Yong, VW. Komórki szpikowe — cele leków w stwardnieniu rozsianym. Nat. Wielebny Neurol. 12, 539–551 (2016).

International Multiple Sclerosis Genetics, C. et al. Genetyczne ryzyko i podstawowa rola mechanizmów odpornościowych, w których pośredniczą komórki w stwardnieniu rozsianym. Natura 476, 214–219 (2011).

Miron, V. E. Microglia-driven regulacji komórek linii oligodendrocytów, mielinizacji i remielinizacji. J. Leukoc. Biol. 101, 1103–1108 (2017).

Beutner, C., Roy, K., Linnartz, B., Napoli, I. & Neumann, H. Generowanie komórek mikrogleju z mysich embrionalnych komórek macierzystych. Nat. Prot. 5, 1481–1494 (2010).

Tavian, M. & Peault, B. Rozwój embrionalny ludzkiego układu krwiotwórczego. wewn. J. Dev. Biol. 49, 243–250 (2005).

Monier, A. i in. Wejście i dystrybucja komórek mikrogleju w embrionalnej i płodowej korze mózgowej człowieka. J. Neuropatol. Do potęgi. Neurol. 66, 372–382 (2007).

Karch, CM i Goate, AM Geny ryzyka choroby Alzheimera i mechanizmy patogenezy choroby. Biol Psychiatria 77, 43–51 (2015).

Wang, Y. i in. Wykrywanie lipidów TREM2 podtrzymuje odpowiedź mikrogleju w modelu choroby Alzheimera. Komórka 160, 1061–1071 (2015). Praca ta pokazuje wykrywanie lipidów przez TREM2, kodowane przez jeden z najsilniejszych genów ryzyka choroby Alzheimera, jako możliwy mechanizm leżący u podstaw patofizjologii choroby.

Yeh, F.L., Wang, Y., Tom, I., Gonzalez, L.C. & Sheng, M.TREM2 Binds to apolipoproteins, w tym APOE i CLU/APOJ, a tym samym ułatwiają wychwyt amyloidu-β przez mikroglej. Neuron 91, 328–340 (2016).

Wang, Y. i in. Wczesna odpowiedź mikrogleju za pośrednictwem TREM2 ogranicza dyfuzję i toksyczność płytek amyloidowych. J. Eksp. Med. 213, 667–675 (2016).

Ulland, T.K. i in. TREM2 utrzymuje sprawność metaboliczną mikrogleju w chorobie Alzheimera. Komórka 170, 649-663.e13 (2017).

Dai, X.M. i in. Ukierunkowane zakłócenie genu receptora czynnika 1 stymulującego tworzenie kolonii myszy powoduje osteopetrozę, niedobór fagocytów jednojądrzastych, zwiększoną częstość występowania prymitywnych komórek progenitorowych i zaburzenia rozrodu. Krew 99, 111–120 (2002).

Otero, K. i in. Czynnik stymulujący tworzenie kolonii makrofagów indukuje proliferację i przeżycie makrofagów poprzez szlak obejmujący DAP12 i β-kateninę. Nat. Immunol. 10, 734–743 (2009).


Jakie są przykłady homeostazy u roślin?

Homeostaza roślin obejmuje regulację poziomu dwutlenku węgla i wody niezbędnej do przeprowadzenia fotosyntezy. Homeostaza w roślinach pozwala również komórkom roślin na przechowywanie odpowiedniej ilości wody w ich komórkach, aby zapobiec ich więdnięciu i obumieraniu w czasie suszy.

Homeostaza to każdy proces biologiczny wykonywany przez organizm, który nieustannie reguluje i utrzymuje swoje systemy wewnętrzne i jest wywoływany przez bodźce zewnętrzne, które wymagają od organizmu adaptacji i zmiany procesów wewnętrznych, aby prawidłowo funkcjonowały w nowych warunkach wewnętrznych lub środowiskowych. Wszystkie żywe organizmy potrzebują pewnego rodzaju homeostazy, aby utrzymać życie.

Rośliny są zazwyczaj zależne od fotosyntezy, aby wyprodukować energię, aby utrzymać swoje procesy biologiczne. Fotosynteza to proces chemiczny przeprowadzany przez rośliny, w którym światło słoneczne zamieniane jest na energię. Homeostaza jest niezbędna w tym procesie i jest wykonywana przez komórki zwane aparatami szparkowymi, które powszechnie występują na zewnętrznej powierzchni roślin. Szparki otwierają się, aby światło słoneczne i dwutlenek węgla dostały się do komórki, jednocześnie uwalniając tlen wytwarzany przez fotosyntezę.

Komórki roślinne tracą część swojej zawartości wody, gdy aparaty szparkowe są otwarte, pozostawiając roślinę podatną na odwodnienie. Specjalne komórki ochronne otaczające aparaty szparkowe reagują na zmiany chemiczne w swojej fizjologii i mogą nadmuchać, aby umożliwić wymianę wody i gazu ze aparatów szparkowych do otoczenia, lub opróżnić się, aby chronić aparaty szparkowe i zapobiec nadmiernej utracie wody.


Wstęp

Przegląd opublikowany w 1963 dostarcza doskonałego opisu mechanizmów regulacji osmotycznej i jonowej u owadów, ale stosunkowo mało wspomina o ich zwalczaniu (Shaw i Stobbart, 1963). Odsyłamy jednak do krótkiego referatu przesłanego do: Natura autorstwa Simona Maddrella, w którym przedstawia dowody na istnienie hormonu moczopędnego w wysysającym krew triatomidzie Rhodnius prolixus który stymuluje wydzielanie kanalików Malpigha, a tym samym szybką diurezę, która następuje po posiłku z krwi (Maddrell, 1962). Kanaliki Malpigha owadów generują zmienny ładunek pierwotnego moczu, który jest dostarczany do jelita grubego, gdzie jest modyfikowany przez procesy resorpcyjne i sekrecyjne w jelicie krętym i odbytnicy, zanim zostanie oddany w postaci moczu lub, częściej, w postaci suchej lub półsuchej wydaliny. Większość (>90%) jonów, wody i organicznych substancji rozpuszczonych wydzielanych przez kanaliki Malpigha jest na ogół ponownie wchłaniana z jelita owadów lądowych, pozostawiając skoncentrowane toksyczne odpady do wydalenia. W związku z tym jelito tylne zwykle odgrywa dominującą rolę w określaniu składu wydalin, ale ponad 40 lat po wykazaniu obecności hormonu moczopędnego w Rodniusz, zidentyfikowano tylko jeden hormon, który działa na jelito grube (peptyd transportujący jony, ITP), podczas gdy wykazano, że wiele biogennych amin i neuropeptydów działa na kanaliki Malpighia (Coast i wsp., 2002 Schooley i wsp., 2005) .

Istnieją dowody sugerujące, że kanaliki Malpigha i jelito tylne są kontrolowane niezależnie (Coast et al., 1999), co daje ogromne możliwości systemowi wydalniczemu do regulowania objętości i składu hemolimfy. Niewiele jednak wiadomo o współzależności między hormonami kontrolującymi pierwotną produkcję moczu przez kanaliki Malpigha a tymi, które kontrolują jego późniejszą modyfikację w jelicie grubym. W związku z tym niniejszy przegląd skupi się na mechanizmach homeostatycznych u owadów wysysających krew (w szczególności: Rodniusz i komary), ponieważ procesy transportu w jelicie tylnym mają znikomy wpływ na objętość i skład moczu wydalanego podczas szybkiej diurezy poposiłkowej. Kanaliki Malpigha odgrywają zatem dominującą rolę w homeostazie hemolimfy, a znaczna ilość jest znana z ich kontroli przez neurohormony.


Zmiany molekularne i komórkowe w komórce rakowej

4.1.2 Homeostaza

Homeostaza odnosi się do fizjologicznej tendencji do utrzymywania stabilnego środowiska kontrolowanego wewnętrznie i skoordynowanego w celu buforowania zmian zewnętrznych. Na przykład szlaki metaboliczne i sygnalizacyjne są powszechnie regulowane przez liczne poziomy kontroli homeostatycznej, takie jak aktywacja i hamowanie sprzężenia zwrotnego. 36 Przykład sprzężenia zwrotnego kontroli proliferacji i homeostazy komórek krwiotwórczych obejmuje pętlę trzech składników: Trib2, pseudokinaza C/EBPα z rodziny Tribbles, białko alfa wiążące wzmacniacz CCAAT i czynnik transkrypcyjny E2F1. Zmieniony stan homeostazy ustalony podczas proliferacji komórek białaczkowych i utrzymywania białaczki jest częściowo napędzany przez tę trójskładnikową pętlę. W normalnych, nienowotworowych warunkach Trib2 reguluje proliferację komórek, przeżycie i metabolizm, ale podzbiór AML wykazuje podwyższony poziom Trib2 i utratę C/EBPα-p42,66 prawdopodobnie dlatego, że Trib2 hamuje C/EBPα p42. Wynikająca z tego utrata C/EBPα-p42 jest wymagana do białaczki za pośrednictwem Trib2. 66 Co więcej, utrata C/EBPα-p42 powoduje utratę regulacji, w której pośredniczy czynnik transkrypcyjny E2F1, a E2F1 wydaje się regulować Trib2, najprawdopodobniej w sposób zależny od C/EBPα-p42 w normalnych komórkach progenitorowych granulocytów/makrofagów. 67 Tak więc pętla sprzężenia zwrotnego, w której regulowane przez E2F1 C/EBPα p42 normalnie osłabia pośredniczoną przez Trib2 kontrolę proliferacji, przeżycia i metabolizmu, wyraźnie odgrywa rolę w normalnej proliferacji i homeostazie komórek hematopoetycznych, a zmieniony stan jest ustalany w proliferacji komórek białaczkowych i utrzymanie białaczki, gdy Trib2 pośredniczy w inaktywacji C/EBPα p42. 67

Zarówno rak, jak i chemioterapia zaprojektowana w celu zwalczania raka powodują znaczne zaburzenia równowagi fizjologicznej i molekularnej. Na przykład chemioterapia uszkadza mitochondria, co prowadzi do braku równowagi wody, jonów, minerałów i soli, a tym samym wpływa na homeostazę osmotyczną. Oporność na chemioterapię może wynikać ze zdolności komórek nowotworowych do przywracania homeostazy, kompensacji przywracania pierwotnego stanu lub adaptacji nowego stanu ustalonego, a zatem kontrola homeostatyczna jest wyzwaniem dla opracowania skutecznych chemioterapii opartych na celach. Na przykład, jak opisano w Rozdziale 3.3, początkowe działanie antyproliferacyjne inhibitorów FLT3 może stymulować hematopoezę w szpiku kostnym poprzez podwyższoną sygnalizację proliferacyjną, co z kolei może wpływać na powodzenie hamowania FLT3.


Co musisz wiedzieć o metabolizmie i homeostazie

Na metabolizm składają się dwa przeciwstawne procesy: anabolizm i katabolizm. Anabolizm to zestaw reakcji syntezy, które przekształcają prostsze związki w cząsteczki organiczne, normalnie zużywające energię. Katabolizm to zespół reakcji, które rozkładają cząsteczki organiczne na prostsze i mniej złożone substancje, normalnie uwalniające energię. Energia uwalniana w katabolizmie może być wykorzystana w procesach życiowych organizmu, w tym w anabolizmie.

Definicja homeostazy

3. Co to jest homeostaza? Jakie są czujniki, kontrolery i efektory homeostazy?

Homeostaza obejmuje procesy, dzięki którym organizm utrzymuje odpowiednie warunki wewnątrz- i zewnątrzkomórkowe, aby metabolizm mógł prowadzić normalne reakcje.

Czujniki homeostatyczne to struktury, które wykrywają informacje środowiskowe wewnątrz i na zewnątrz ciała. Czujniki te mogą być komórkami receptora nerwowego, białkami cytoplazmatycznymi lub błonowymi lub innymi wyspecjalizowanymi cząsteczkami. Kontrolery to struktury odpowiedzialne za przetwarzanie i interpretację informacji otrzymywanych z czujników. Ogólnie rzecz biorąc, kontrolery są wyspecjalizowanymi obszarami ośrodkowego układu nerwowego. Istnieją jednak również na poziomie molekularnym, jak w przypadku DNA, cząsteczki, która może odbierać informacje od białek w celu zahamowania lub zwiększenia ekspresji niektórych genów. Efektory to elementy sterowane przez kontrolerów, które pełnią funkcję wykonywania czynności, które w rzeczywistości regulują i utrzymują równowagę organizmu, w tym w mięśniach, gruczołach, organellach komórkowych itp., a także w strukturach biorących udział w translacji genetycznej, produkcji białek itp., na poziomie molekularnym.

4. W jaki sposób mechanizmy antagonistyczne wytwarzają regulację homeostatyczną?

Utrzymanie homeostazy organizmu odbywa się głównie za pomocą naprzemiennych antagonistycznych mechanizmów kompensacyjnych. Niektóre z tych regulatorów obniżają pH, inne podnoszą je. Ponadto istnieją efektory, których funkcją jest podnoszenie temperatury ciała i inne, które ją obniżają. Podobnie istnieją hormony, które na przykład obniżają poziom glukozy we krwi i inne, które zwiększają poziom glukozy. Wykorzystanie mechanizmów antagonistycznych jest ewolucyjną strategią rozwiązania problemu utrzymania równowagi w organizmie.

Wybierz dowolne pytanie, aby udostępnić je na FB lub Twitterze

Po prostu wybierz (lub kliknij dwukrotnie) pytanie do udostępnienia. Rzuć wyzwanie znajomym z Facebooka i Twittera.


Epigenetyczna kontrola homeostazy rozwojowej i plastyczności

Jak procesy rozwojowe opierają się zmienności genetycznej, stochastycznej i środowiskowej, tj. jak jest homeostaza rozwojowa utrzymany? W jaki sposób modulowane są fenotypy w odpowiedzi na zmiany środowiska, czyli jak jest plastyczność rozwojowa kontrolowane? Aby odpowiedzieć na te pytania, łączymy opis morfometryczny narządu oraz analizę jego transkryptomu i epigenomu.

Odpowiadamy na dwa pytania: W jaki sposób wariacje genetyczne, środowiskowe i stochastyczne są buforowane podczas rozwoju, tj. jak jest homeostaza rozwojowa osiągnięty? Jak zmiany środowiskowe wywołują modyfikacje fenotypu, tj. jak jest plastyczność rozwojowa kontrolowane? Nasze ostatnie prace sugerują ważną rolę epigenetycznej regulacji transkrypcji w tych dwóch aspektach zmienności fenotypowej. Łączymy opis morfometryczny oraz analizę transkryptomu i epigenomu całego genomu narządów w kontekście typu dzikiego lub zmutowanego.

Adresować homeostaza rozwojowa, Używamy Drosophila skrzydło, które umożliwia dokładne pomiary wielkości i kształtu. Podkreśliliśmy dwa ważne mechanizmy homeostazy wzrostu. Po pierwsze, buforowanie stochastycznych zmian wzrostu obejmuje cyklinę transkrypcyjną, Cyklinę G. Po drugie, biogenezę rybosomów można ustabilizować przez koordynację ekspresji genu białka rybosomalnego i biogenezy rybosomalnej przez białko rybosomalne L12. Zaczynając od tych dwóch procesów, identyfikujemy sieci genów, które leżą u podstaw homeostazy rozwojowej.

Jako model plastyczność rozwojowa, używamy tylnej części brzucha Drosophila samice, których pigmentacja zmienia się wraz z temperaturą rozwojową. Zidentyfikowaliśmy wcześniej sieć regulatorową genów wrażliwą na temperaturę, która kontroluje kobiecą pigmentację brzucha. Niedawno pokazaliśmy, że dębnik, kodujący enzym zaangażowany w produkcję melaniny, jest głównym efektorem tej sieci. Naszym celem jest uzupełnienie tej sieci i podkreślenie podskładników plastyczności rozwojowej.

Nasz zespół koncentruje się na dwóch stronach zmienności fenotypowej, homeostazie rozwojowej (tj. utrzymaniu fenotypu pomimo zaburzeń genetycznych, środowiskowych i stochastycznych) oraz plastyczności rozwojowej (tj. zdolności rozwijającego się organizmu do wytwarzania różnych fenotypów z jednego genotypu w zależności od warunków środowiskowych ). Identyfikacja mechanizmów leżących u podstaw homeostazy rozwojowej i plastyczności ma fundamentalne znaczenie zarówno w biologii rozwojowej, jak i ewolucyjnej, ponieważ selekcja działa na fenotypy. Ponadto homeostaza rozwojowa i plastyczność mogą być zaangażowane w adaptację organizmów do środowiska. Nasze badania mają na celu identyfikację genetycznych i epigenetycznych podstaw homeostazy rozwojowej i plastyczności Drosophila melanogaster. Badamy dwa narządy modelowe: skrzydło, którego płaska i stereotypowa budowa pozwala na ilościową analizę zmienności wielkości i kształtu oraz nabłonek tylnego brzucha kobiety, którego pigmentacja jest szczególnie wrażliwa na zmiany temperatury. Analizujemy transkryptom i epigenom tych narządów w różnych warunkach genetycznych i środowiskowych. Nasze wyniki wskazują na istotną rolę epigenomu w homeostazie rozwojowej i plastyczności. Korzystając z tych danych genetycznych i epigenomicznych, budujemy sieci genów leżące u podstaw homeostazy rozwojowej i plastyczności. Planujemy modelować te sieci, aby zrozumieć mechanizmy homeostazy i plastyczności. Nasze wyniki doprowadziły już do scharakteryzowania kilku istotnych aktorów tych mechanizmów.

Najważniejsze

Homeostaza wzrostu bierze udział w solidności wielkości narządów i dlatego ma kluczowe znaczenie dla rozwoju symetrycznych narządów u dwustronnych. Wykazaliśmy znaczenie cykliny transkrypcyjnej, Cykliny G w tym procesie w: Drosophila 1 . Rzeczywiście, ekspresja potencjalnie bardziej stabilnej formy tej cykliny zwiększa asymetrię fluktuacji narządów, co pokazuje, że zmniejsza ona odporność rozmiaru narządów 1 . Używamy deregulacji Cykliny G do badania genetycznych i epigenetycznych podstaw homeostazy wzrostu. Cyklina G oddziałuje z kilkoma czynnikami, o których wiadomo, że kształtują epigenom. W szczególności wiąże się on ze wzmacniaczem Trithorax i Polycomb (Corto) oraz ASX, podjednostką kompleksu PR-DUB Polycomb2. Interakcja między cykliną G i kompleksami Polycomb PR-DUB i PRC1 jest ważna dla odporności wielkości narządów, co wskazuje na rolę regulacji transkrypcji w homeostazie wzrostu 3 . Cyklina G i Corto oddziałują z rybosomalnym białkiem RPL12, które ma aktywność pozarybosomalną i kontroluje transkrypcję 4 . Chromodomena Corto bezpośrednio oddziałuje z metylowaną formą RPL12 (RPL12K3me3)4. Ta metylacja może regulować aktywność transkrypcyjną RPL12, stąd nasze zainteresowanie identyfikacją enzymu odpowiedzialnego za ten znak. Niedawno zidentyfikowaliśmy dSETD4 jako metylotransferazę 3 lizyny RPL12. Co zaskakujące, Corto, RPL12 i Cyklina G mają wspólne cele genów transkrypcyjnych, głównie zaangażowane w biogenezę rybosomów. Zmienna asymetria skrzydeł koreluje ze wzrostem ekspresji genów zaangażowanych w translację, zwłaszcza genów kodujących białka rybosomalne, oraz spadkiem ekspresji genów zaangażowanych w aktywność mitochondrialną i metabolizm 3 . W ten sposób testujemy hipotezę, że sieć skoncentrowana na trzech białkach: Cyklinie G, Corto i RpL12 zapewnia homeostazę wzrostu przez skoordynowana kontrola epigenetyczna biogenezy rybosomów, aktywności mitochondrialnej i metabolizmu. Identyfikacja interaktorów tych trzech białek i ich znaczenia w symetrii narządów pozwoli nam zbudować sieć leżącą u podstaw homeostazy wzrostu.

W celu zbadania mechanizmów leżących u podstaw plastyczności fenotypowej, najpierw zidentyfikowaliśmy rdzeń sieci genów regulatorowych kontrolujących plastyczność pigmentacji w odpowiedzi na temperaturę w Drosophila 5 . Aby uzupełnić tę sieć, przeprowadziliśmy analizy transkrypcyjne nabłonka samic hodowanych w różnych temperaturach. Eksperymenty te wykazały, że gen dębnik, kodujący enzym pigmentacyjny, jest głównym efektorem tej sieci. Ponadto działalność dębnik wzmacniacz t-MSE jest modulowany przez temperaturę 6 . Gen żółty, kodujący inny enzym pigmentacyjny jest również zaangażowany w plastyczność pigmentacji 7, jednak w mniejszym stopniu. Wyrażenie bab1 oraz kochanie2, dwa dębnik regulatorów, jest wrażliwy na temperaturę 8 . Plastyczność transkrypcyjna dębnik jest zatem, przynajmniej częściowo, konsekwencją tego bab1 oraz bab2. Co ciekawe, działanie wzmacniacza bab1 oraz baba2 Geny są również wrażliwe na temperaturę, co częściowo wynika z jej regulacji przez białko Hox Abdominal-B8. Dlatego geny bab1, bab2 oraz Abd-B należeć razem z dębnik do sieci genów zaangażowanych w plastyczność pigmentacji. Dzięki komplementarnym eksperymentom (przesiewanie drożdży jedno-hybrydowych, przesiewanie genetyczne czynników transkrypcyjnych i regulatorów chromatyny, normy reakcji) zidentyfikowaliśmy inne geny zaangażowane w pigmentację jamy brzusznej, a wśród nich m.in. dębnik regulatory wrażliwe na temperaturę. Umieszczamy te geny w sieci rdzeniowej poprzez eksperymenty epistazy. Naszym celem jest zatem zamodelowanie tej sieci. Ponadto wykazaliśmy, że zmienność genetyczna w wzmacniaczach bab1, baba2 oraz dębnik modulować pigmentację w populacjach naturalnych 8,9,10 . Fakt, że te wzmacniacze pośredniczą w reakcji na środowisko 6,8 i gromadzą zmienność genetyczną, która ma na nie wpływ, prowadzi do fundamentalnego pytania o powiązania między plastycznością fenotypową a ewolucją 11 . Na koniec wykazaliśmy rolę ograniczeń rozwojowych związanych z modelowaniem mięśni latających we wzorcach pigmentacji 12 . Takie ograniczenia mogą również mieć wpływ na ewolucję.

  • 1 Debata, Bloyer i in. (2011) PLoS Genet 7, e1002314
  • 2 Dupont i in. (2015) Epigenetyka i chromatyna 8, 18
  • 3 Dardalhon-Cuménal, Deraze i in. (2018) PLoS Genet 14(7) e1007498
  • 4 Coléno-Costes i in. (2012) PLoS Genet 8, e1003006
  • 5 Gibert i in. (2007) PLoS Genet 3, e30
  • 6 Gibert, Mouchel-Vielh i in. (2016) PLoS Genet 12, e1006218
  • 7 Gibert i in. (2017) Rep. Sci 7 :43370
  • 8 De Castro i in. (2018) PLoS Genet 14(8) e1007573
  • 9 Gibert, Blanco i in. (2017) Genom Biol 18(1)
  • 10 Endler i in. (2018) Mol Ecol 27
  • 11 Gibert (2017) Dev Genes Evol : 6 sierpnia
  • 12 Gibert i in. (2018) Rep 8(1): 5328

Przyszłe kierunki

Czy homeostaza rozwojowa i plastyczność wykorzystują wspólne procesy? Jeśli tak jest, jakie mogą być konsekwencje w zmieniającym się środowisku? Jakie czynniki środowiskowe mają na nie wpływ? to pytania, które będą motywować nasze badania w przyszłości.