Receptory nukleotydowe a ruch komórek

Receptory nukleotydowe a ruch komórek
Paweł Pomorski
STRESZCZENIE

Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, Warszawa
Instytut
Biologii
Doświadczalnej
im.
Marcelego Nenckiego, ul. Pasteura 3, 02-093
Warszawa; e-mail: [email protected],
tel. (22) 5892471

Artykuł otrzymano 4 listopada 2014 r.
Artykuł zaakceptowano 5 listopada 2014 r.
Słowa kluczowe: receptory nukleotydowe,
ruch komórek, chemotaksja, chemokineza
Wykaz skrótów: FPR (ang. formyl peptide receptor) — receptor dla peptydu formylowego;
GPCR (ang. G-protein coupled receptor) — receptor związany z trójpodjednostkowym białkiem
G; IL-1β — interleukina 1β; komórki NK —
(ang. natural killers); NALP3, także Nlrp3 (ang.
NACHT, LRR and PYD-containing protein 3)
— białko zawierające domeny NACHT, LPR i
PYD typu trzeciego; OUN — ośrodkowy układ
nerwowy; PI3K (ang. phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase) — kinaza fosfatydyloinozytolu-3; PLC (ang. phospholipase C) — fosfolipaza
C; SOCE (ang. store-operated calcium entry)– zależny od magazynów napływ wapnia, inaczej
pojemnościowy napływ wapnia; VCAM-1
(ang. vascular cell adhesion molecule 1) — naczyniowe białko adhezyjne 1
Podziękowanie: Do przygotowania ilustracji wykorzystano bibliotekę graficzną Servier
Medical Art., dostarczany przez firmę Servier
na licencji Creative Commons 3.0 z uznaniem
autorstwa.
Z
dolność do ruchu to ważna cecha komórek zarówno w świetle fizjologii jak i patologii.
Niniejszy artykuł omawia udział receptorów nukleotydowych w regulacji ruchu komórek organizmów wyższych. Autor koncentruje się na komórkach aktywnie przemieszczających się w gradientach nukleotydów: komórkach układu odpornościowego i gleju. Omówiony jest udział poszczególnych receptorów w zjawiskach ruchowych i aktualne poglądy na
rolę poszczególnych receptorów i związanych z nimi szlaków sygnałowych w ruchu. Wskazane zostajną możliwe źródła modulujące receptory dla nukleotydów i szczegółowe znaczenie związków takich ATP, ADP, UTP czy adenozyna w regulacji ruchliwości. Wspomniane
jest też znaczenie ektoenzymów w tworzeniu wtórnych źródeł nukleotydów regulujących
ruch komórek. Na zakończenie omówione zostało znaczenie nukleotydów w regulacji ruchu komórek nowotworowych w mózgu i zasygnalizowane perspektywy terapeutycznej roli
jaką może mieć ingerencja w sygnalizację nukleotydową.
WPROWADZENIE
Ruch jest intuicyjnie związany z życiem. Mimo, że nie do końca prawdziwe
jest przekonanie, że wszystko co żyje porusza się, to bezruch jest „martwy” a
ruch stanowi oznakę aktywności. Ta intuicja wynika z faktu, że ludzie są zwierzętami aktywnymi i ruch jest człowiekowi niezbędny do zdobywania pożywienia czy unikania zagrożeń. Tak pojmowany ruch pochodzi z obserwacji całych
organizmów, ruchliwość jednak towarzyszy życiu na każdym poziomie złożoności. Tekst ten poświęcony jest ruchliwości pojedynczych komórek i temu jak
ruch ten może być regulowany przez aktywację receptorów nukleotydowych.
Ruch komórek jest zjawiskiem równie powszechnym jak ruch całych organizmów. Bez zdolności pojedynczych komórek do ruchu niemożliwym byłby
rozwój zarodkowy zwierząt, funkcjonowanie układu odpornościowego czy też
gojenie się ran. Ruch komórek ma jednak również swoje janusowe oblicze. Gdy
komórka wymknie się kontroli podziałów i przejdzie transformację nowotworową zaczyna się tworzyć guz. Śmiertelnie niebezpieczna staje się jednak dopiero ta komórka nowotworowa, która nabywa zdolności do ruchu. Umiejętność
opuszczenia guza i rozprzestrzeniania się w organizmie w postaci przerzutów
słusznie określana jest jako złośliwość nowotworu. Czyni ona nieskuteczną interwencję chirurgiczną, nadal podstawową, najbardziej skuteczną metodę zwalczania nowotworów i niestety często skazuje chorego na niechybną śmierć. W
poniższym tekście spróbujemy podsumować aktualną wiedzę na temat roli receptorów nukleotydowych w regulacji ruchliwości komórek, a także wskazać
ich możliwą rolę jako celów dla leków mających ograniczać przerzutowanie i
naciekanie guzów.
PODZIAŁ RECEPTORÓW NUKLEOTYDOWYCH
Nie miejsce tu na dokładną systematykę tych receptorów, a zagadnieniu poświęcono w niniejszym zeszycie wstępny artykuł prof. Jolanty Barańskiej. W
piśmiennictwie natomiast zacytowano liczne obszerne prace przeglądowe poświęcone tej tematyce [1]. Wydaje się jednak koniecznym, bardzo krótkie wprowadzenie, tak by dalsza część tekstu była zrozumiała bez konieczności sięgania
do literatury. Zacząć tu trzeba od podstawowej konstatacji faktu, że pojęcie „receptor nukleotydowy” ma charakter fenomenologiczny i pochodzi od liganda,
który receptor aktywuje, a nie ewolucyjnego pochodzenia białka receptorowego.
Mamy na skutek tego rodzinę receptorów heterogeniczną, składającą się z białek
różnych i zupełnie różną aktywność przejawiających. I tak, najbardziej podstawowy podział tych receptorów na klasy P1 i P2 jest przeprowadzony na podstawie tego czy receptor jest aktywowany przez adenozynę (należy wtedy do klasy
P1 i żeby jeszcze zagmatwać nomenklaturę, nazywany jest „A” jak adenozyna z
kolejnym numerem), czy też ufosforylowany nukleotyd (zaliczamy go wtedy do
438www.postepybiochemii.pl
klasy P2). Dalszy podział receptorów P2 został przeprowadzony na podstawie przejawianej aktywności i do podklasy P2Y należą receptory związane z trójpodjednostkowym
białkiem G (receptory GPCR z ang. G protein coupled receptor), działające przez aktywację wtórnych kaskad sygnałowych w komórce (zwane receptorami metabotropowymi).
Do podklasy P2X należą z kolei receptory tworzące kanały
jonowe w błonie (i zwane z tego powodu receptorami jonotropowymi). Cały ten system klasyfikacji staje się jeszcze
mniej logiczny przez fakt, że receptory klasy P1 należą do
receptorów GPCR zaś ostatnie badania wykazują zdolność
do wiązania przez receptory P2Y i receptory im pokrewne,
związków innych niż nukleotydy. Zaciera się w ten sposób
ostra granica między receptorami nukleotydowymi a spokrewnionymi z nimi innymi GPCR. Receptor P2Y14 wiąże
UDP-glukozę [2], a GPR17, ewolucyjnie bliski receptorom
P2Y, prócz UDP-glukozy i UDP-galaktozy, wiąże leukotrieny [3]. W niniejszym artykule będziemy jednak zajmowali
się skutkami aktywacji receptorów a nie ich pochodzeniem
ewolucyjnym i każda klasyfikacja pozwalająca jednoznacznie zidentyfikować, z którym receptorem mamy do czynienia jest użyteczna.
POZAKOMÓRKOWE PRZEMIANY NUKLEOTYDÓW
Receptory nukleotydowe mają dość precyzyjnie określone powinowactwo do jednego lub więcej ligandów. Nie
będę tu szczegółowo omawiał ligandów poszczególnych receptorów nukleotydowych, zostało to uczynione we wprowadzającym do niniejszego zeszytu artykule Jolanty Barańskiej. We wprowadzeniu trzeba jednak zwrócić uwagę na
jedną ważną i szczególna cechę sygnalizacji nukleotydowej:
pojawiające się w środowisku zewnątrzkomórkowym nukleotydy mogą podlegać działaniu obecnych na zewnętrznej powierzchni komórek ektoenzymów zanim zwiążą się z
odpowiednim receptorem. ATP pojawiające się w środowisku na skutek uszkodzenia komórek, bądź też aktywnie do
niego wydzielane [4], może więc ulegać hydrolizie do ADP,
AMP lub adenozyny, a specyficzne ektotransferazy mogą
przenosić grupy fosforanowe pomiędzy nukleotydami, fosforylując na przykład UDP do UTP kosztem ATP. Zagadnienia te są szerzej omówione w przeglądowym artykule
opublikowanym w Postępach Biochemii przez zespół prof.
Michała Komoszyńskiego z UMK w Toruniu [5], trzeba być
tu jednak świadomym, że pojawienie się w sąsiedztwie komórki nukleotydu może prowadzić do pobudzenia większej
grupy receptorów nie tylko tych dla niego specyficznych.
nak pod uwagę tkankową specyficzność występowania
receptorów nukleotydowych, przedstawiony poniżej przegląd roli tych receptorów w ruchliwości komórek musi być
siłą rzeczy fragmentaryczny. Skupimy się na komórkach
ruchliwych dorosłych organizmów ssaków (w tym człowieka), pomijając ważne zagadnienia nukleotydowej regulacji
ruchu w rozwoju embrionalnym, czy też niezbadaną jeszcze
kwestię występowania receptorów nukleotydowych w ruchliwych komórkach pierwotniaczych. Po uczynieniu tego
zastrzeżenia, pozostają do omówienia, jakże ważne mechanizmy regulacji nukleotydowej ruchliwości komórek układu odpornościowego, ruchu komórek glejowych w mózgu
oraz ruchliwości komórek nowotworowych. Przy omawianiu tego ostatniego zagadnienia autor skoncentruje się na
komórkach glejaków.
RECEPTORY NUKLEOTYDOWE A RUCHLIWOŚĆ
KOMÓREK UKŁADU ODPORNOŚCIOWEGO
Komórki układu odpornościowego funkcjonują w warunkach stanu zapalnego, a pojawiający się w środowisku
ATP jest wynikiem i objawem śmierci komórek. Takie pobudzenie, jak się powszechnie uważa, prowadzi do aktywacji
inflamatosomu NALP3, odpowiedzi zależnej od receptora
P2X7 [6] i wydzielania IL-1β. Śmierć komórek nie jest jednak
jedynym źródłem nukleotydów regulujących funkcjonowanie komórek układu odpornościowego. Zarówno w stanach
zapalnych jak i podczas normalnego funkcjonowania organizmów działają mechanizmy oparte o autokrynne, aktywne wydzielanie nukleotydów [7].
Niezależnie od tego czy nukleotydy (a przede wszystkim
ATP) są wydzielane aktywnie przez komórki, czy też pochodzą z ich uszkodzenia, komórki układu odpornościowego reagują na ich pojawienie się w środowisku. Te z nich,
które są zdolne do aktywnego przemieszczania, reagują
ukierunkowanym ruchem, zazwyczaj w kierunku źródła
sygnału. Rola receptorów nukleotydowych w tym zjawisku
zależy od rodzaju komórek układu odpornościowego i pokrótce omówimy receptory występujące w poszczególnych
rodzajach tych komórek (Tab. 1).
Granulocyty obojętnochłonne: W odpowiedzi na sygnał
zapalny, granulocyty te opuszczają naczynia krwionośne
i kierują się do ogniska zapalnego. Pozakomórkowe nukleotydy nie są jedynym ani nawet podstawowym chemoatraktantem uczestniczącym w tym zjawisku, a przegląd innych
ścieżek sygnałowych regulujących ruchliwość tych komórek
WYSTĘPOWANIE RECEPTORÓW NUKLEOTYDOWYCH
można znaleźć w doskonałej pracy przeglądowej opublikoW KOMÓRKACH RUCHLIWYCH
wanej przez Lustera i współpracowników [8]. Pierwsze doniesienia o roli nukleotydów w wabieniu granulocytów do
Jak już wspomniano we wprowadzeniu, ruchliwość komiejsc zapalnych mają już prawie 25 lat [9], a podstawowy
mórek jest powszechna w świecie ożywionym. Biorąc jedmechanizm odpowiedzi komórkowej na wzrost stężenia nukleotydów jaki zaobserwowano w neuTabela 1. Receptory nukleotydowe zaangażowane w regulację ruchliwości komórek układu odpornościowego.
trofilach to zależna od PLC odpowiedź
wapniowa [10]. Trzeba tu wspomnieć o
Rodzaj komórki
Funkcja ruchowa
Aktywowana prze receptory:
dyskusji, która dotyczy źródła sygnału
polimeryzacja aktyny
P2Y2
Granulocyty obojętnochłonne
wapniowego w pobudzanych granulocychemotaksja
P2Y2, P2Y6 i P2X1
tach. Sygnał ten może pochodzić z aktyGranulocyty kwasochłonne
chemotaksja
P2Y2
wacji dwóch klas receptorów: metabotroMakrofagi
chemotaksja i fagocytoza
P2Y2, P2Y12, P2X1 i P2X3
powych receptorów P2Y, których aktywKomórki dendrytyczne
migracja komórek
P2Y2 i P2Y11
ność jest zależna od PLC i kanałów P2X,
Komórki NK
chemotaksja
P2Y11
Postępy Biochemii 60 (4) 2014
439
których otwarcie bezpośrednio wywołuje sygnał wapniowy.
Mimo, że teoretycznie odróżnienie sygnału wapniowego pochodzącego z siateczki śródplazmatycznej, spowodowanego
pobudzeniem receptora GPCR, od tego pochodzącego z przestrzeni pozakomórkowej, a będącego wynikiem otwarcia kanału powinno być proste, to liczne dyskusje dotyczące tego
zagadnienia w wielu systemach komórkowych pokazuje, że
w praktyce tak nie jest. Nie miejsce tu na szczegółowy opis
zjawiska SOCE (ang. store operated calcium entry), prowadzącego do napływu jonów wapnia z otoczenia komórki na skutek opróżnienia siateczki śródplazmatycznej, niemniej trzeba
sobie zdawać sprawę, ze również w przypadku granulocytów, dyskusja na temat roli receptorów P2X trwała wiele lat.
Dotyczy to zwłaszcza szczególnego receptora P2X7, który jest
zdolny do tworzenia porów w błonie i uważany za jeden z
elementów przekazywania sygnału proapoptotycznego [11].
Problem, czy aktywacja tego receptora ma jakieś znaczenie
w przypadku neutrofili został już ostatecznie rozwiązany (a
przynajmniej tak się wydaje) przez odrzucenie tezy jakoby
granulocyty zasadochłonne posiadały ten receptor na powierzchni [12]. Fakt, że rozstrzygnięcie obecności receptora
P2X7 w neutrofilach zajęło, bagatela, dwadzieścia lat, pokazuje jak trudne są badania receptorów nukleotydowych, dużej
grupy białek wiążących bardzo podobne przecież ligandy.
Za podstawowy receptor nukleotydowy, aktywujący sygnał
wapniowy w neutrofilach uważa się dziś receptor P2Y2 [13].
Nasuwa się pytanie, jak wywoływany przez receptory
nukleotydowe sygnał wapniowy przekłada się na regulację ruchu granulocytu. Tu zasób dostępnych informacji jest znacznie bardziej ograniczony. Wiemy, że sygnał
wapniowy może prowadzić w komórkach neutrofili do
polimeryzacji aktyny i indukcji chemotaksji [14]. Reakcja
chemotaktyczna jest słabsza niż w przypadku pochodnych
formylmationiny (fMet-Leu-Phe), podstawowego czynnika
chemotaktycznego odpowiadającego za reakcję komórek
układu odpornościowego na pojawienie się prokariotycznych lipopolisacharydów w środowisku, ale wciąż wysoce
istotna statystycznie. Poszukiwania mechanizmu tej reakcji
są utrudnione przez fakt, że receptor reagujący na fMet (FPR
ang. formyl peptide receptor) pobudza tę samą ścieżkę sygnałową co receptor P2Y2 i podstawowe narzędzie badań sygnału zależnego od GPCR związanego z podjednostką Gαq
trój-podjednostkowego białka G, toksyna krztuśca, blokuje
całkowicie chemotaksję neutrofili [15]. Co więcej, sygnał
chemotaktyczny pochodzący z fMet może być regulowany
przez nukleotydy i nie zawsze sygnał ten jest wzmacniany
[16]. O działanie hamujące podejrzewa się tu receptory z
grupy P1 [17], odpowiadające na powstającą z ATP adenozynę, podczas gdy efekt kierunkowy przypisywany jest aktywacji PI3 kinazy przez diacyloglicerol (DAG) powstający
po aktywacji białka Gαq [18]. Są to jednak jedynie hipotezy
oparte na kompilacji danych z innych typów komórek [19],
istnieją niemniej mocne dowody, że do chemotaksji neutrofili niezbędna jest aktywność zarówno receptorów P2Y2 jak i
P1 oraz występowanie w środowisku ATP i adenozyny [20].
Wzajemne relacje pomiędzy receptorami i ektoenzymami
współpracującymi na powierzchni ruchliwej komórki podsumowuje rycina 1.
Granulocyty kwasochłonne: dla tej grupy komórek również wykazano odpowiedź chemotaktyczną na gradienty
Receptor fMLP
Wyrzut ATP
Receptor P2Y2
E-NTPDaza 1
Receptor A3
ALP (?)
fMLP
AMP
ATP
Adenozyna
Rycina 1. Rola autokrynnych nukleotydów w polaryzacji komórki ruchliwej. Komórka przemieszcza się aktywnie w gradiencie cytokiny fMLP (niebieska strzałka) lub ATP (żółta strzałka). Pobudzenie receptora fMLP powoduje wydzielanie
ATP z komórki i tworzenie lokalnych gradientów (żółte strzałki). ATP jest rozkładane przez E-NTPDazę 1 i tworzy wtórny gradient AMP (zielone strzałki),
ten z kolei jest rozkładany (prawdopodobnie przez alkaliczną fosfatazę — ALP)
i w ten sposób tworzy się gradient adenozyny (czerwone strzałki). Adenozyna
pobudza receptory A3.
ATP [21]. Eozynofile posiadają w cytoplazmie mRNA dla
wielu receptorów nukleotydowych: P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6,
P2Y11, P2Y14 oraz P2X1, P2X4 i P2X7 [22]. Niemniej wykazano, że podobnie jak w neutrofilach, podstawową rolę w chemotaksji granulocytów kwasochłonnych odgrywa receptor
P2Y2 [23]. Ciekawą cechą granulocytów kwasochłonnych
jest zależność adhezji komórek od aktywacji receptora P2Y2.
Wykazano, że UTP, aktywując ten receptor jest w stanie
doprowadzić do wzrostu poziomu VCAM-1 i stymulacji
adhezji zależnej od integryn α4β1 [24]. Jakkolwiek mechanizm tego zjawiska pozostaje nieznany, to jest ono ciekawe
w kontekście danych uzyskanych w naszym laboratorium
podczas badań regulacji ruchu komórek glejaków przez ten
sam receptor, a które przedstawię w dalszej części artykułu.
Makrofagi: makrofagi są z punktu widzenia ruchliwości komórek szczególne, ich główną funkcją jest bowiem
fagocytoza czyli pożeranie obcych substancji i martwych
440www.postepybiochemii.pl
komórek. Będąc zjawiskiem ruchowym, fagocytoza, nie jest
jednak wyłącznie „czyszczeniem” organizmu z niepożądanych obiektów, ale stanowi ważny etap odpowiedzi zapalnej prowadząc do prezentacji antygenów i będąc procesem przetwarzania informacji na poziomie molekularnym
[25]. To właśnie w makrofagach po raz pierwszy pokazano
udział zewnątrzkomórkowych nukleotydów w wywołaniu
endocytozy, a dokładniej pinocytozy [26], pokazując następnie związek tego zjawiska z sygnałem wapniowym [27].
Te sygnały zostały zidentyfikowane jako pochodzące od receptora P2Z [28], zidentyfikowanego następnie jako receptor P2X7 [29]. Jest to zatem pierwszy z omawianych tu typów komórek, który ma potwierdzoną aktywność receptora
P2X7. Pełna charakterystyka makrofagów pozyskiwanych z
płuc człowieka wykazała, że posiadają one na powierzchni
wszystkie receptory nukleotydowe prócz P2X2, P2X3 i P2X6
a spośród nich receptory P2Y1, P2Y2, P2Y11, i P2X7 wywołują
na skutek pobudzenia sygnał wapniowy [30].
Makrofagi to jedyne komórki, dla których wykazano,
że wydzielane podczas apoptozy nukleotydy mogą stanowić sygnał dalekiego zasięgu, wabiący makrofagi w miejsce śmierci komórek i regulujące usuwanie pozostałości
poapoptotycznych. Posługując się technikami interferencji
RNA pokazano kluczową rolę w tym procesie receptora
P2Y2 odpowiadającego na UTP i ATP. Zjawisko to obserwowano zarówno in vitro jak i in vivo, w myszach pozbawionych endogennej ekspresji genu P2RY2 [31]. Jakkolwiek te
wyniki zgadzają się z generalnym obrazem wynikającym z
badań układu odpornościowego, w którym receptor P2Y2
gra kluczową rolę w regulacji kierunku ruchu komórek, to
wiele wskazuje, że nie jest to jedyny mechanizm odpowiedzi chemotaktycznej zależnej od receptorów nukleotydowych. Są dane, sugerujące zależność ruchu kierunkowego
makrofagów (a dokładniej monocytów) od gradientów ADP
[32], co sugerowałoby rolę receptorów P2Y1, a nie P2Y2 [33].
Istnieje konkurencyjna teoria, według której tak naprawdę nukleotydy nie są chemoatraktantami (co potwierdzają
niektóre doświadczenia ruchowe w gradientach niehydrolizowanych nukleotydów [34]), ale są niezbędnym elementem systemu sygnałowego uczestniczącego w odpowiedzi
na takie chemoatraktanty jak anafilatoksyna C5a (istotny
składnik dopełniacza i cytokina) [35]. Zgodnie z tą koncepcją, rola nukleotydów nie polega na tworzeniu gradientu,
ale są one wydzielane autokrynnie pod wpływem działania
chemoatraktanta. Tak powstające zewnątrzkomórkowe nukleotydy, są następnie rozkładane przez ektonukleotydazy
i pobudzają cały szereg receptorów nukleotydowych, działając podobnie jak to opisano dla neutrofili. Znaczyłoby to,
że rola receptorów nukleotydowych polega bardziej na polaryzacji komórki niż wyczuwaniu gradientu.
Na koniec trzeba tu wrócić do zasygnalizowanej roli receptora P2X7 w ruchu makrofagów. Wykazano, że receptor
ten, po pobudzeniu prowadzi do wydzielania interleukiny
1-β (IL-1β) [36]. Wcześniejsze badania prowadzone przez
autora na monocytach pierwotnych człowieka wykazały z
kolei, że indukcja sekrecji IL-1β wiąże się z hamowaniem
ruchliwości komórek [37]. Biorąc pod uwagę, że do aktywacji receptora P2X7 wymagane jest duże stężenie ATP (patrz
artykuł wstępny), nukleotydy mogą, w zależności od stęże-
Postępy Biochemii 60 (4) 2014
nia, zarówno aktywować jak i hamować ruchliwość makrofagów.
Komórki dendrytyczne: komórki dendrytyczne odgrywają kluczową rolę w procesach zapalnych, prezentując antygeny i regulując inne komórki układu odpornościowego.
Już w latach 90-tych ubiegłego wieku sugerowano, ze receptory P2Y mogą regulować kształt tych komórek i wpływać
na ich chemotaksję w sposób zależny od ATP i UTP [38].
To znów sugeruje udział receptora P2Y2 w chemotaksji a
grupa Idzko sugeruje tu wspólny mechanizm z opisanym
wcześniej dla granulocytów kwasochłonnych [23], jako że
obecność ektonukleotydaz na powierzchni tych komórek
jest dobrze udokumentowana [39,40]. Jednocześnie istnieją
doniesienia, że pozakomórkowe ATP może hamować ruchliwość tych komórek [41].
Komórki NK (ang. natural killers): W komórkach NK
ekspresji ulegają geny wszystkich receptorów nukleotydowych (aczkolwiek mniej wiadomo na temat produkcji białka czy też aktywności fizjologicznej tych receptorów). NK
to jedyny typ komórek, w przypadku których potwierdzono różnicowe działanie ATP na chemotaksję i chemokinezę. Chemotaksją nazywamy kierunkowy ruch komórek w
gradiencie chemoatraktanta, a chemokinezą niekierunkową
zależność ruchliwości komórek od stężenia chemostymulatora [42]. Jakkolwiek oba te zjawiska mogą mieć podobny
skutek (przemieszczanie się komórek w kierunku wzrostu
lub spadku stężenia związku indukującego ruchliwość — w
zależności czy mamy związek indukujący, czy hamujący),
to mechanizm jest zupełnie inny i w przypadku chemokinezy komórka nie „widzi” gradientu. Dla komórek NK
pokazano ciekawą właściwość: zewnątrzkomórkowe ATP
powoduje chemokinezę tych komórek, ale hamuje ich chemotaksję w odpowiedzi na gradient naturalnego, białkowego chemoatraktanta CX3CL1 [43].
Podsumowując, jakkolwiek różnorodność mechanizmów
proponowanych dla opisu wpływu aktywacji receptorów
nukleotydowych na ruchliwość komórek układu odpornościowego jest znaczna, to pojawiają się pewne elementy
wspólne, dominujące ten obszar badań. Po pierwsze, mimo
znaczącej roli receptorów P2X w aktywacji komórek układu
odpornościowego, nie wydaje się by grały one istotną role w
regulacji ruchu. Po drugie, receptorem, który najczęściej jest
wymieniany w kontekście ruchliwości tych komórek jest
receptor P2Y2. Po trzecie wreszcie, istotna wydaje się rola
ektoenzymów w różnicowym pobudzaniu całego szeregu
receptorów nukleotydowych zaangażowanych w regulację
ruchu.
RECEPTORY NUKLEOTYDOWE A
RUCHLIWOŚĆ GLEJU I GLEJAKÓW
Glej nie jest zbyt szczęśliwym terminem biologicznym i
generalnie oznacza te komórki ośrodkowego układu nerwowego (OUN), które nie są neuronami. Glej jest heterogenną
klasą komórek i zawiera zarówno komórki pochodzenia
mezodermalnego, należące faktycznie do komórek układu
odpornościowego i znane jako mikroglej oraz komórki pochodzenia ektodermalnego takie jak astrocyty czy oligodendrocyty, embrionalnie pochodzące z tego samego źródła co
441
neurony, zwane czasem makroglejem. Ten stan rzeczy powoduje, że trudno mówić o tych samych mechanizmach we
wszystkich komórkach glejowych. Komórki glejowe mają
jednak szereg cech, które odróżniają je od pozostałych komórek tworzących organizm. Przede wszystkim, komórki
te znajdują się za barierą krew-mózg i jako takie nie mogą
wykorzystywać krwiobiegu jako drogi komunikacji, jak
to czynią komórki obwodowe. Komórki układu odpornościowego przemieszczają się głównie płynąc w strumieniu
krwi. Podobnie czynią przerzutujące komórki nowotworowe. Rola ruchliwości komórkowej ogranicza się do opuszczenia naczynia włosowatego i wniknięcia do otaczającej
tkanki. Komórki gleju nie mają takiej możliwości. Ruchliwość tych komórek ma zatem szczególnie duże znaczenie.
Drugą wspólną cechą jest wykorzystanie nukleotydów jako
medium sygnałowego.
Pierwsze doniesienia o roli ATP jako cząsteczki sygnałowej sugerowały właśnie jej rolę jako neurotransmitera [44].
Dziś powszechnie akceptowany jest pogląd, że ATP jest
podstawowym przekaźnikiem sygnału pomiędzy neuronami a komórkami glejowymi zarówno w OUN [45], jak i w
narządach zmysłów [46]. UON stanowi zatem przestrzeń,
w której występuje szczególnie dużo źródeł pozakomórkowych nukleotydów i związanych z nimi gradientów. Przegląd receptorów nukleotydowych związanych z ruchem
gleju przedstawia tabela 2.
Mikroglej: omówienie fizjologii mikrogleju w kontekście ruchu i sygnalizacji nukleotydowej jest w pewnym
sensie nawiązaniem do poprzedniego rozdziału. Komórki
mikrogleju są zazwyczaj utożsamiane z monocytami bądź
makrofagami działającymi na terenie OUN. W mikrogleju
ulega syntezie mniej receptorów nukleotydowych niż w
makrofagach, a mianowicie: P2X4, P2X7, P2Y2, P2Y4, P2Y6,
P2Y12 i P2Y14 [47], mikroglej wykazuje jednak wysoką aktywność receptora P2Y12, co go różni od makrofagów [48].
W komórkach o tak podobnym pochodzeniu, należałoby
się spodziewać podobnych mechanizmów ruchliwości jak
w przypadku powyższych komórek układu odpornościowego. Okazuje się jednak, że zmiany, które zachodzą pod
wpływem otoczenia są bardzo daleko idące, a mikroglej
niezaindukowany zasadniczo różni się kształtem komórek
od monocytów i makrofagów. Komórki mikrogleju tworzą
bardzo ruchliwe drzewka wypustek, które nadzorują określone sektory otaczającej je tkanki [49]. Ruchliwość komórek
spoczynkowego mikrogleju dotyczy jego wypustek i można
ją uznać bardziej za zmiany kształtu niż ruch komórki sensu
stricte. Ruch wypustek nie jest przypadkowy i między innymi monitorują one aktywność połączeń synaptycznych,
znajdujących się w bezpośrednim otoczeniu komórki mikrogleju [50].
Indukcja mikrogleju jest procesem złożonym pod względem ruchliwości. W odpowiedzi na pobudzenie najpierw
wypustki komórek mikrogleju wydłużają się w odpowiedzi
na wzrost stężenia ATP, proces ten jest zależny od ADP i aktywacji integryn 1β. Aby zachodził, wymagana jest ponadto
aktywacja PLC i kinazy PI3K [51]. Jeśli jednak wywoła się
wycofywanie wypustek przy pomocy LPS, to komórki mikrogleju zaczynają zmieniać kształt na ameboidalny, czemu
towarzyszy znaczący spadek poziomu receptora P2Y12 [48].
Wycofywanie wypustek jest indukowane przez obecność
adenozyny w środowisku komórki i aktywację receptorów
A2A, których poziom w aktywowanych przez LPS komórkach mikrogleju rośnie [52]. W ten sposób aktywacja mikrogleju kompletnie zmienia jego reakcję na ATP w środowisku: z pozytywnej zamienia się ona na reakcje unikania
źródła ATP w gradientach tego nukleotydu. Związek aktywności receptora A2A z indukcją mikrogleju stwierdzono
in vivo w przypadkach niedokrwienia mózgu [53].
Aktywowane komórki mikrogleju nie posiadają długich
wypustek, a ich kształt określa się jako ameboidalny. Takie
komórki aktywnie migrują i odpowiadają na gradienty licznych chemoatraktantów, takich jak MCP-1 [54], NGF [55],
EGF [56] czy bradykinina [57]. Zaobserwowano również
ukierunkowany ruch w obecności gradientów ATP i ADP,
a ruchliwości tej towarzyszył wyraźny wzrost aktywności
cytoszkieletu na froncie komórki [58]. Co ciekawe, nie zaobserwowano wpływu UTP na ruch komórek mikrogleju, co
potwierdza fundamentalną różnicę pomiędzy mikroglejem,
w którym ATP i ADP działają przede wszystkim na receptor P2Y12 a innymi komórkami układu odpornościowego,
gdzie kluczową role odgrywają receptory P2Y2. Te dwa receptory, mimo zbieżności ligandów różnią się zasadniczo
drogami wewnątrzkomórkowej sygnalizacji jakie zostają
aktywowane po pobudzeniu receptora. Receptor P2Y2 aktywuje zależny od białka Gαq sygnał wapniowy receptor
P2Y12 jest zaś związany z białkiem Gαi i hamuje cyklazę adenylanową. Rola receptora P2Y12 wydaje się dominująca w
regulacji chemotaksji aktywowanych komórek mikrogleju,
niemniej receptor ten w żadnym wypadku nie działa sam.
Podobnie jak w przypadku innych komórek układu odpornościowego, receptory dla adenozyny grają kluczową rolę
w modulacji sygnału i blokowanie receptora A1 prowadzi
do zahamowania chemotaksji zależnej od ATP [59]. W aktywowanym mikrogleju stwierdzono również aktywność receptora P2X4 i wygląda na to, że aktywność ta jest niezbędna
by komórki wykazywały chemotaksję [60]. Jest to o tyle ciekawe, że receptor P2Y12 nie inicjuje sygnału wapniowego, co
odróżnia go od receptora P2Y2 i aktywność receptora P2X4
może kompensować ten brak.
W regulacji procesów ruchowych mikrogleju uczestniczy
jeszcze jeden rodzaj pozakomórkowych nukleotydów, UTP.
Indukcja receptora P2Y6 przez UDP powoduje aktywację
fagocytozy [61]. UTP wydzielane jest przez komórki wraz
z ATP, aczkolwiek w znacznie mniejszym stężeniu, a następnie metabolizowane przez ektonukleotydazy do UDP.
To powoduje, że gradienty zależne od UTP są płytsze i mają
mniejszy zasięg niż te oparte o ATP i jego metabolity. ATP
zatem reguluje wędrówkę komórek do miejsca, z którego
pochodzi sygnał, zaś UTP jest znakiem, że są już na miejscu
i czas podjąć aktywność fagocytarną [62]. Kaskadę zmian
reaktywności komórek mikrogleju na nukleotydy w kolejnych fazach aktywacji oraz związane z tym receptory podsumowuje rycina 2.
Makroglej: Wiedza na temat wpływu nukleotydów na
ruchliwość pozostałych komórek glejowych jest co najmniej
fragmentaryczna. Bierze się to po części z faktu, że dojrzałe
komórki makrogleju są znacznie mniej ruchliwe niż mikroglej. Nie znaczy to jednak, że nic na ten temat nie wiadomo.
442www.postepybiochemii.pl
Rycina 2. Rola gradientów nukleotydowych w chemotaksji mikrogleju. Od lewej: spoczynkowa komórka mikrogleju zostaje pobudzona przez pojawienie się gradientu
ATP i pochodzące z niego autokrynne ADP. Aktywacja receptora P2Y12 powoduje wysuwanie wypustek w stronę gradientu. Po przekształceniu komórki w formę ameboidalną i zbliżeniu do źródła sygnału zaczynają ulegać aktywacji receptory P2Y6 i indukowana jest aktywność fagocytarna (skrajnie po prawej).
Progenitory oligodendrocytów to komórki, które dopiero
mają się zróżnicować w dojrzałe oligodendrocyty i uczestniczyć w tworzeniu osłonek mielinowych neuronów [63]. Wykazano w nich zależność ruchliwości od aktywacji receptora
P2Y1 przez ATP [64]. Jako, że progenitory oligodendrocytów
produkują białko dla całego szeregu receptorów nukleotydowych, a ich różnicowanie jest procesem wieloetapowym,
farmakologiczna identyfikacja receptora P2Y1 jako odpowiedzialnego za ruch w stronę aktywnych neuronów jako źródła
ATP wskazuje na bardzo ważną rolę tego receptora i wywoływanego przezeń sygnału wapniowego, w regulacji procesów ruchowych progenitorów oligodendrocytów [65].
Do zjawisk ruchowych możemy oczywiście zaliczyć
również wzrost komórek neuronalnych oraz ruchy kolców
dendrytycznych, rola receptorów nukleotydowych w neuronach stanowi jednak tematykę odrębnego artykułu w tym
zeszycie, autorstwa dr Rafała Czajkowskiego.
RUCHLIWOŚĆ KOMÓREK GLEJAKÓW A
RECEPTORY NUKLEOTYDOWE
W opisanych powyżej przypadkach, ruchliwość komórek była cechą pożądaną, od której zależy prawidłowe
funkcjonowanie tkanki czy systemu. Ruch komórki ma jednak swoje drugie oblicze, które sprawia, że może on stać
Jakkolwiek oligodendrocyty pełnią niezwykle ważną funksię przekleństwem, a ruchliwe komórki mogą spowodować
cję w OUN, to podstawowym składnikiem gleju są astrocyty.
śmierć organizmu. Tym panem Hyde jest tu ruchliwość
Te normalnie niezbyt ruchliwe komórki, w warunkach patolokomórek nowotworowych. Szczególne znaczenie dla rozgicznych podlegają przemianie, zwanej astrogliozą. Przemiawoju choroby ma ruchliwość komórek nowotworów, które
na taka może nastąpić wskutek fizycznego uszkodzenia, zarozwijają się na terenie OUN, odgrodzone od krwioobiekażenia wirusowego lub bakteryjnego, czy też podczas zmian
gu barierą krew-mózg. Podczas gdy większość złośliwych
związanych z przebiegiem chorób neurodegeneracyjnych [66].
nowotworów w organizmie tworzy przerzuty korzystając
Stan ten wiąże się z mobilizacją astrocytów do migracji i jest reze strumienia krwi jako drogi transportu oderwanych od
gulowany przez aktywację receptora P2Y2 zależną od integryn
guza komórek, nowotwory mózgu, w tym glejaki, nie mają
αVβ3 i αVβ5 [67].. Co ciekawe, zależna od integryn aktywacja
takiej możliwości. Jeśli zaczynają się one rozprzestrzeniać,
tego receptora zwiększa produkcję samych integryn [68]. Nie
czynią to za pomocą migracji komórek, naciekając sąsiednie
będziemy tu głębiej wnikać w mechanizmy sygnalizacyjne,
obszary. A trzeba tu pamiętać, że glejaki należą do najbarzwiązane z aktywacją recepora P2Y2 w astrocytach, gdyż zadziej złośliwych nowotworów, dających bardzo złe rokowagadnienie to jest szczegółowo dyskutowane w artykule dr hab.
nia. Według ostatnich ocen, w USA tylko ~14% pacjentów
Wandy Kłopockiej, w bieżącym numerze Postępów Biochemii
chorych na najłagodniejszą formę glioblastoma multiforme
oraz wcześniejszych pracach naszego zespołu [69,70].
(grupy III) przeżywa 5 lat od diagnozy [71]. Biorąc pod
uwagę, że większość komórek zróżnicowanego makrogleju
w mózgu dorosłego człowieka nie przejawia
Tabela 2. Receptory nukleotydowe zaangażowane w regulację ruchliwości komórek gleju.
znaczącej ruchliwości, badanie ruchliwości
komórek glejaków i poszukiwanie czynników
Rodzaj komórki
Funkcja ruchowa
Aktywowana prze receptory:
hamujących tę ruchliwość wydaje się sensowwysuwanie wypustek
P2Y12
ne. Ten wzrost ruchliwości związany z transwycofywanie wypustek
A2, A3
Mikroglej
formacją nowotworową ma swoje odbicie w
migracja
P2Y12, A1, P2X4
wysokoprzepustowych badaniach z użyciem
Inicjacja fagocytozy
P2Y6
miRNA, które ujawniły, że wiele atrybutów
Progenitory
prawdopodobnie chemokineza P2Y1
oligodendrocytów
złośliwości glejaków jest związanych z genaruch i regulacja produkcji
mi odpowiedzialnymi za ruchliwość komóAstrocyty
P2Y2
integryn αVβ3/5
rek [72].
Postępy Biochemii 60 (4) 2014
443
Zdecydowana większość wyników dostępnych w literaturze tej dziedziny nie pochodzi z badań nad komórkami
izolowanymi z pacjentów, ale ze studiów nad modelową
linią glejaka C6. Ta szczurza linia komórkowa pochodzi z
chemicznie indukowanego guza, z którego wyizolowano
pojedyncze komórki [73]. Nieznane jest zatem dokładne
pochodzenie komórek, a linia łączy w sobie cechy zarówno
astrocytarne, jak i te pochodzące z progenitorów oligodendrocytów.
Badania przeprowadzone w laboratorium prof. Jolanty Barańskiej pokazały, że komórki te można przywrócić
do morfologii astrocytarnej przez długotrwałą deprywację
czynników wzrostowych [33]. Jednocześnie spadała ich ruchliwość badana metodą zarastania rysy (dane nie publikowane), a na powierzchni komórek spadała koncentracja receptorów P2Y1, a rosła P2Y12 [74]. Użycie metody hamowania
produkcji białka receptorowego metodą siRNA pozwoliło
wykazać, że za zmianę profilu ekspresji genów receptorów
odpowiadają warunki hodowli komórek, a nie sam spadek
poziomu receptora P2Y1 i kompensacja tego faktu [75], co koreluje z przedstawionymi tu zmianami poziomu receptorów
w mikrogleju.
Prace prowadzone wspólnie z autorem innego artykułu,
zawartego w tym zaszycie, Wandą Kłopocką, wykazały z kolei istotną rolę receptora P2Y2 w regulacji zjawisk ruchowych
i struktury cytoszkieletu komórek glejaka C6 [69,70], wykazując złożoną synchronizację ścieżek sygnałowych zależnych
od sygnału wapniowego i małych białek G z rodziny Rho, co
pozwala jednocześnie regulować kurczliwość komórki oraz
strukturę jej cytoszkieletu. Więcej szczegółów na ten temat
czytelnik znajdzie w pracy „Receptory nukleotydowe a dynamika cytoszkieletu aktynowego”, w bieżącym zeszycie
Postępów Biochemii. Na odpowiedź czeka zaś pytanie, czy
tak jak w przypadku mikrogleju, sygnalizację UTP — P2Y2
można uznać za lokalną, a ATP – ADP — P2Y1-P2Y12 za działającą na większe odległości. Prawie całkowity brak danych
o wpływie aktywacji receptorów nukleotydowych na linie
glejaków izolowanych z pacjentów tworzy perspektywy do
badań nad przeniesieniem uzyskanych już wyników z układu modelowego na realne komórki nowotworowe.
PODSUMOWANIE I PERSPEKTYWY
Z przedstawionego powyżej przeglądu naszej wiedzy o
tym jak aktywność receptorów nukleotydowych wpływa na
ruchliwość komórek wynika kilka ważnych wniosków. Po
pierwsze, nukleotydowa regulacja zjawisk ruchowych jest
powszechna w organizmach wyższych, tak jak powszechna jest obecność nukleotydów w środowisku zewnątrzkomórkowym i sama sygnalizacja nukleotydowa. Po drugie,
mimo że nukleotydy jako chemoatraktanty pozostają w
cieniu innych tego typu cząsteczek, zwłaszcza czynników
wzrostowych, to chemotaksja w gradientach nukleotydów
wydaje się być zjawiskiem powszechnym. Po trzecie, nawet
tam, gdzie ruch komórek ukierunkowany jest gradientem
innego czynnika chemicznego, pozakomórkowe nukleotydy mogą w sposób zasadniczy modulować takie ukierunkowanie, działać chemokinetycznie czy też odwrotnie, hamować ruch. Po czwarte wreszcie, wiele wskazuje na to, że w
regulacji ruchliwości przez nukleotydy, szczególnie ważną
role odgrywa receptor P2Y2, choć nie jest jedynym receptorem nukleotydowym istotnym w kontekście ruchu.
Trzeba jednocześnie stwierdzić, że nasza wiedza na temat roli receptorów nukleotydowych w regulacji ruchliwości na poziomie komórkowym jest mocno fragmentaryczna
i wymaga znaczącego poszerzenia byśmy mogli zrozumieć
jak gradienty pozakomórkowych nukleotydów wpływają
na zjawiska związane z przemieszczaniem się komórek w
organizmie. Biorąc pod uwagę, że gradienty te powstają zarówno w warunkach patologicznych jak i fizjologicznych,
na skutek śmierci czy nieprawidłowego funkcjonowania
komórek w takich sytuacjach jak niedotlenienie czy szok
osmotyczny, na skutek aktywności mięśniowej czy nerwowej, na skutek aktywacji komórek układu odpornościowego wreszcie, mamy tu do czynienia z mechanizmem bardzo
uniwersalnym. Jednocześnie złożoność pobudzenia nukleotydowego, obecność ektoenzymów przemieniających pozakomórkowo jedne nukleotydy w inne, jak też liczba aktywowanych receptorów i pobudzanych przez nie ścieżek
sygnałowych powoduje, że rozmaite komórki wykazują
rozmaite wzory pobudzenia w tych samych lub podobnych warunkach. Powinno to pozwolić na poszukiwanie
specyficznych modulatorów sygnalizacji nukleotydowej,
pozwalających na wybiórcze jej hamowanie. Ten fakt pozwala mieć nadzieję, że ingerencja w ruch spowodowany
sygnalizacją nukleotydową może okazać się przydatną w
hamowaniu rozprzestrzeniania nowotworów pochodzenia
glejowego, na razie bardzo źle rokującej grupy chorób nowotworowych. Przed badaczami wpływu nukleotydów na
ruch komórkowy jest zatem jeszcze wiele pracy, a całkiem
nowe perspektywy pojawią się gdy doświadczeniom prowadzonym in vitro zaczną coraz szerzej towarzyszyć obserwacje i doświadczenia in vivo. Trudno jest bowiem nawet
usiłować odtworzyć w laboratorium warunki panujące wewnątrz organizmu, wraz ze wszystkimi źródłami nukleotydów i czynnikami modulującymi sygnał, nakładającymi się
gradientami ATP, UTP, ADP i adenozyny, by wymienić tylko część z obecnych w płynach tkankowych nukleotydów.
PIŚMIENNICTWO
1. Burnstock G, Knight GE (2004) Cellular distribution and functions of
P2 receptor subtypes in different systems. Int Rev Cytol 240: 31–304
2. Abbracchio MP, Boeynaems J-MM, Barnard EA, Boyer JL, Kennedy C,
Miras-Portugal MT, King BF, Gachet C, Jacobson KA, Weisman GA,
Burnstock G (2003) Characterization of the UDP-glucose receptor (re-named here the P2Y14 receptor) adds diversity to the P2Y receptor family. Trends Pharmacol Sci 24: 52–55
3. Ciana P, Fumagalli M, Trincavelli ML, Verderio C, Rosa P, Lecca D,
Ferrario S, Parravicini C, Capra V, Gelosa P, Guerrini U, Belcredito S,
Cimino M, Sironi L, Tremoli E, Rovati GE, Martini C, Abbracchio MP
(2006) The orphan receptor GPR17 identified as a new dual uracil nucleotides/cysteinyl-leukotrienes receptor. EMBO J 25: 4615–4627
4. Lazarowski E (2006) Regulated release of nucleotides and UDP sugars
from astrocytoma cells. Novartis Found Symp 276: 73–84; discussion
84–90, 107–12, 275–81
5. Porowińska D, Czarnecka J, Komoszyński M (2011) The role of ectonucleotides metabolizing enzymes in purinergic signaling. Postepy
Biochem 57: 294–303
6. Iyer SS, Pulskens WP, Sadler JJ, Butter LM, Teske GJ, Ulland TK, Eisenbarth SC, Florquin S, Flavell RA, Leemans JC, Sutterwala FS (2009) Necrotic cells trigger a sterile inflammatory response through the Nlrp3
inflammasome. Proc Natl Acad Sci USA 106: 20388–20393
444www.postepybiochemii.pl
7. Bodin P, Burnstock G (2001) Purinergic signalling: ATP release. Neurochem Res 26: 959–969
8. Sadik CD, Kim ND, Luster AD (2011) Neutrophils cascading their way
to inflammation. Trends Immunol 32: 452–460
9. Axtell RA, Sandborg RR, Smolen JE, Ward PA, Boxer LA (1990) Exposure of human neutrophils to exogenous nucleotides causes elevation
in intracellular calcium, transmembrane calcium fluxes, and an alteration of a cytosolic factor resulting in enhanced superoxide production
in response to FMLP and arachidonic acid. Blood 75: 1324–1332
10. Ward PA, Cunningham TW, Johnson KJ (1989) Signal transduction
events in stimulated rat neutrophils: effects of adenine nucleotides.
Clin Immunol Immunopathol 50: 30–41
11. Wiley JS, Sluyter R, Gu BJ, Stokes L, Fuller SJ (2011) The human P2X7
receptor and its role in innate immunity. Tissue Antigens 78: 321–332
12. Martel-Gallegos G, Rosales-Saavedra MT, Reyes JP, Casas-Pruneda G,
Toro-Castillo C, Pérez-Cornejo P, Arreola J (2010) Human neutrophils
do not express purinergic P2X7 receptors. Purinergic Signal 6: 297–306
13. Chen Y, Yao Y, Sumi Y, Li A, To UK, Elkhal A, Inoue Y, Woehrle T,
Zhang Q, Hauser C, Junger WG (2010) Purinergic signaling: a fundamental mechanism in neutrophil activation. Sci Signal 3: ra45
14. Verghese MW, Kneisler TB, Boucheron JA (1996) P2U agonists induce
chemotaxis and actin polymerization in human neutrophils and differentiated HL60 cells. J Biol Chem 271: 15597–15601
15. Becker EL, Kermode JC, Naccache PH, Yassin R, Marsh ML, Munoz
JJ, Sha’afi RI (1985) The inhibition of neutrophil granule enzyme secretion and chemotaxis by pertussis toxin. J Cell Biol 100: 1641–1646
16. Elferink JG, de Koster BM, Boonen GJ, de Priester W (1992) Inhibition
of neutrophil chemotaxis by purinoceptor agonists. Arch Int Pharmacodyn Ther 317: 93–106
17. Kaneider NC, Mosheimer B, Reinisch N, Patsch JR, Wiedermann CJ
(2004) Inhibition of thrombin-induced signaling by resveratrol and quercetin: effects on adenosine nucleotide metabolism in endothelial cells
and platelet-neutrophil interactions. Thromb Res 114: 185–194
18. Weiger MC, Wang C-CC, Krajcovic M, Melvin AT, Rhoden JJ, Haugh
JM (2009) Spontaneous phosphoinositide 3-kinase signaling dynamics
drive spreading and random migration of fibroblasts. J Cell Sci 122:
313–323
28. Hickman SE, el Khoury J, Greenberg S, Schieren I, Silverstein SC (1994)
P2Z adenosine triphosphate receptor activity in cultured human monocyte-derived macrophages. Blood 84: 2452–2456
29. Surprenant A, Rassendren F, Kawashima E, North RA, Buell G (1996)
The cytolytic P2Z receptor for extracellular ATP identified as a P2X
receptor (P2X7). Science 272: 735–738
30. Myrtek D, Müller T, Geyer V, Derr N, Ferrari D, Zissel G, Dürk T, Sorichter S, Luttmann W, Kuepper M, Norgauer J, Di Virgilio F, Virchow
JC, Idzko M (2008) Activation of human alveolar macrophages via P2
receptors: coupling to intracellular Ca2+ increases and cytokine secretion. J Immunol 181: 2181–2188
31. Elliott MR, Chekeni FB, Trampont PC, Lazarowski ER, Kadl A, Walk
SF, Park D, Woodson RI, Ostankovich M, Sharma P, Lysiak JJ, Harden TK, Leitinger N, Ravichandran KS (2009) Nucleotides released by
apoptotic cells act as a find-me signal to promote phagocytic clearance.
Nature 461: 282–286
32. McCloskey MA, Fan Y, Luther S (1999) Chemotaxis of rat mast cells
toward adenine nucleotides. J Immunol 163: 970–977
33. Krzemiński P, Supłat D, Czajkowski R, Pomorski P, Barańska J (2007)
Expression and functional characterization of P2Y1 and P2Y12 nucleotide receptors in long-term serum-deprived glioma C6 cells. FEBS J
274: 1970–1982
34. Isfort K, Ebert F, Bornhorst J, Sargin S, Kardakaris R, Pasparakis M,
Bähler M, Schwerdtle T, Schwab A, Hanley PJ (2011) Real-time imaging reveals that P2Y2 and P2Y12 receptor agonists are not chemoattractants and macrophage chemotaxis to complement C5a is phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)- and p38 mitogen-activated protein kinase
(MAPK)-independent. J Biol Chem 286: 44776–44787
35. Kronlage M, Song J, Sorokin L, Isfort K, Schwerdtle T, Leipziger J, Robaye B, Conley PB, Kim H-CC, Sargin S, Schön P, Schwab A, Hanley PJ
(2010) Autocrine purinergic receptor signaling is essential for macrophage chemotaxis. Sci Signal 3: ra55
36. Ferrari D, Chiozzi P, Falzoni S, Dal Susino M, Melchiorri L, Baricordi
OR, Di Virgilio F (1997) Extracellular ATP triggers IL-1 beta release
by activating the purinergic P2Z receptor of human macrophages. J
Immunol 159: 1451–1458
19. Junger WG (2008) Purinergic regulation of neutrophil chemotaxis. Cell
Mol Life Sci 65: 2528–2540
37. Pomorski P, Watson J, Haskill S, Jacobson K (2004) How adhesion,
migration, and cytoplasmic calcium transients influence interleukin-1?
mRNA stabilization in human monocytes. Cell Motil Cytoskeleton 57:
143–157
20. Chen Y, Corriden R, Inoue Y, Yip L, Hashiguchi N, Zinkernagel A,
Nizet V, Insel PA, Junger WG (2006) ATP release guides neutrophil
chemotaxis via P2Y2 and A3 receptors. Science 314: 1792–1795
38. Liu QH, Bohlen H, Titzer S, Christensen O, Diehl V, Hescheler J, Fleischmann BK (1999) Expression and a role of functionally coupled P2Y
receptors in human dendritic cells. FEBS Lett 445: 402–408
21. Burgers JA, Schweizer RC, Koenderman L, Bruijnzeel PL, Akkerman
JW (1993) Human platelets secrete chemotactic activity for eosinophils.
Blood 81: 49–55
39. Berchtold S, Ogilvie AL, Bogdan C, Mühl-Zürbes P, Ogilvie A, Schuler G, Steinkasserer A (1999) Human monocyte derived dendritic cells
express functional P2X and P2Y receptors as well as ecto-nucleotidases. FEBS Lett 458: 424–428
22. Idzko M, Dichmann S, Panther E, Ferrari D, Herouy Y, Virchow C,
Luttmann W, Di Virgilio F, Norgauer J (2001) Functional characterization of P2Y and P2X receptors in human eosinophils. J Cell Physiol
188: 329–336
23. Müller T, Robaye B, Vieira RP, Ferrari D, Grimm M, Jakob T, Martin SF, Di Virgilio F, Boeynaems J-MM, Virchow JC, Idzko M (2010)
The purinergic receptor P2Y2 receptor mediates chemotaxis of dendritic cells and eosinophils in allergic lung inflammation. Allergy 65:
1545–1553
24. Vanderstocken G, Bondue B, Horckmans M, Di Pietrantonio L, Robaye B, Boeynaems J-MM, Communi D (2010) P2Y2 receptor regulates
VCAM-1 membrane and soluble forms and eosinophil accumulation
during lung inflammation. J Immunol 185: 3702–3707
25. Underhill DM, Goodridge HS (2012) Information processing during
phagocytosis. Nature reviews. Immunology 12: 492–502
26. Cohn ZA, Parks E (1967) The regulation of pinocytosis in mouse macrophages. 3. The induction of vesicle formation by nucleosides and
nucleotides. J Exp Med 125: 457–466
27. Greenberg S, Di Virgilio F, Steinberg TH, Silverstein SC (1988) Extracellular nucleotides mediate Ca2+ fluxes in J774 macrophages by two
distinct mechanisms. J Biol Chem 263: 10337–10343
Postępy Biochemii 60 (4) 2014
40. Girolomoni G, Santantonio ML, Pastore S, Bergstresser PR, Giannetti
A, Cruz PD (1993) Epidermal Langerhans cells are resistant to the permeabilizing effects of extracellular ATP: in vitro evidence supporting
a protective role of membrane ATPase. J Invest Dermatol 100: 282–287
41. Schnurr M, Toy T, Stoitzner P, Cameron P, Shin A, Beecroft T, Davis
ID, Cebon J, Maraskovsky E (2003) ATP gradients inhibit the migratory capacity of specific human dendritic cell types: implications for
P2Y11 receptor signaling. Blood 102: 613–620
42. Becker EL (1977) Stimulated neutrophil locomotion: chemokinesis and
chemotaxis. Arch Pathol Lab Med 101: 509–513
43. Gorini S, Callegari G, Romagnoli G, Mammi C, Mavilio D, Rosano
G, Fini M, Di Virgilio F, Gulinelli S, Falzoni S, Cavani A, Ferrari D, la
Sala A (2010) ATP secreted by endothelial cells blocks CX₃CL 1-elicited
natural killer cell chemotaxis and cytotoxicity via P2Y₁₁ receptor activation. Blood 116: 4492–4500
44. Holton FA, Holton P (1954) The capillary dilator substances in dry
powders of spinal roots; a possible role of adenosine triphosphate in
chemical transmission from nerve endings. J Physiol 126: 124–140
45. Fields RD, Burnstock G (2006) Purinergic signalling in neuron-glia interactions. Nat Rev Neurosci 7: 423–436
445
46. Lohr C, Grosche A, Reichenbach A, Hirnet D (2014) Purinergic neuron-glia interactions in sensory systems. Pflugers Arch 466: 1859–1872
61. Inoue K, Koizumi S, Kataoka A, Tozaki-Saitoh H, Tsuda M (2009) P2Y(6)-Evoked Microglial Phagocytosis. Int Rev Neurobiol 85: 159–163
47. Koizumi S, Ohsawa K, Inoue K, Kohsaka S (2013) Purinergic receptors
in microglia: functional modal shifts of microglia mediated by P2 and
P1 receptors. Glia 61: 47–54
62. Koizumi S, Shigemoto-Mogami Y, Nasu-Tada K, Shinozaki Y, Ohsawa
K, Tsuda M, Joshi BV, Jacobson KA, Kohsaka S, Inoue K (2007) UDP
acting at P2Y6 receptors is a mediator of microglial phagocytosis. Nature 446: 1091–1095
48. Haynes SE, Hollopeter G, Yang G, Kurpius D, Dailey ME, Gan W-BB,
Julius D (2006) The P2Y12 receptor regulates microglial activation by
extracellular nucleotides. Nat Neurosci 9: 1512–1519
49. Nimmerjahn A, Kirchhoff F, Helmchen F (2005) Resting microglial
cells are highly dynamic surveillants of brain parenchyma in vivo.
Science 308: 1314–1318
50. Wake H, Moorhouse AJ, Jinno S, Kohsaka S, Nabekura J (2009) Resting
microglia directly monitor the functional state of synapses in vivo and
determine the fate of ischemic terminals. J Neurosci 29: 3974–3980
51. Ohsawa K, Irino Y, Sanagi T, Nakamura Y, Suzuki E, Inoue K, Kohsaka S (2010) P2Y12 receptor-mediated integrin-beta1 activation regulates
microglial process extension induced by ATP. Glia 58: 790–801
52. Orr AG, Orr AL, Li X-JJ, Gross RE, Traynelis SF (2009) Adenosine
A(2A) receptor mediates microglial process retraction. Nature Neurosci 12: 872–878
53. Pedata F, Corsi C, Melani A, Bordoni F, Latini S (2001) Adenosine
extracellular brain concentrations and role of A2A receptors in ischemia. Ann N Y Acad Sci 939: 74-84
54. Hayashi M, Luo Y, Laning J, Strieter RM, Dorf ME (1995) Production
and function of monocyte chemoattractant protein-1 and other beta-chemokines in murine glial cells. J Neuroimmunol 60: 143–150
55. Gilad G, Gilad V (1995) Chemotaxis and accumulation of nerve growth
factor by microglia and macrophages. J Neurosci Res 41: 594-602
56. Nolte C, Kirchhoff F, Kettenmann H (1997) Epidermal growth factor is
a motility factor for microglial cells in vitro: evidence for EGF receptor
expression. Eur J Neurosci 9: 1690-1698
57. Ifuku M, Farber K, Okuno Y, Yamakawa Y, Miyamoto T, Nolte C,
Merrino V, Kita S, Iwamoto T, Komuro I, Wang B, Cheung G, Ishikawa E, Ooboshi H, Bader M, Wada K, Kettenmann H, Noda M (2007)
Bradykinin-induced microglial migration mediated by B1-bradykinin
receptors depends on Ca2+ influx via reverse-mode activity of the Na+/
Ca2+ exchanger. J Neurosci 27: 13065–13073
58. Honda S, Sasaki Y, Ohsawa K, Imai Y, Nakamura Y, Inoue K, Kohsaka
S (2001) Extracellular ATP or ADP induce chemotaxis of cultured microglia through Gi/o-coupled P2Y receptors. J Neurosci 21: 1975–1982
59. Färber K, Markworth S, Pannasch U, Nolte C, Prinz V, Kronenberg G,
Gertz K, Endres M, Bechmann I, Enjyoji K, Robson S, Kettenmann H
(2008) The ectonucleotidase cd39/ENTPDase1 modulates purinergic‐
mediated microglial migration. Glia 56: 331-341
60. Ohsawa K, Irino Y, Nakamura Y, Akazawa C, Inoue K, Kohsaka S
(2007) Involvement of P2X4 and P2Y12 receptors in ATP‐induced microglial chemotaxis. Glia 55: 604-616
63. Hardy R, Reynolds R (1991) Proliferation and differentiation potential
of rat forebrain oligodendroglial progenitors both in vitro and in vivo.
Development 111: 1061–1080
64. Agresti C, Meomartini ME, Amadio S, Ambrosini E, Serafini B, Franchini L, Volonté C, Aloisi F, Visentin S (2005) Metabotropic P2 receptor
activation regulates oligodendrocyte progenitor migration and development. Glia 50: 132–144
65. Agresti C, Meomartini ME, Amadio S, Ambrosini E, Volonté C, Aloisi
F, Visentin S (2005) ATP regulates oligodendrocyte progenitor migration, proliferation, and differentiation: involvement of metabotropic
P2 receptors. Brain Res Brain Res Rev 48: 157–165
66. Mucke L, Eddleston M (1993) Astrocytes in infectious and immune-mediated diseases of the central nervous system. FASEB J 7: 1226–1232
67. Weisman GA, Wang M, Kong Q, Chorna NE, Neary JT, Sun GY, González FA, Seye CI, Erb L (2005) Molecular determinants of P2Y2 nucleotide receptor function: implications for proliferative and inflammatory pathways in astrocytes. Mol Neurobiol 31: 169–183
68. Wang M, Kong Q, Gonzalez FA, Sun G, Erb L, Seye C, Weisman GA
(2005) P2Y nucleotide receptor interaction with alpha integrin mediates astrocyte migration. J Neurochem 95: 630–640
69. Kłopocka W, Korczyński J, Pomorski P (2013) Cytoskeleton and nucleotide signaling in glioma C6 cells. Adv Exp Med Biol 986: 103–119
70. Korczyński J, Sobierajska K, Krzemiński P, Wasik A, Wypych D, Pomorski P, Kłopocka W (2011) Is MLC phosphorylation essential for the
recovery from ROCK inhibition in glioma C6 cells? Acta Biochim Pol
58: 125–130
71. Shaw GE, Seiferheld W, Scott C, Coughlin C, Leibel S, Curran W,
Mehta M (2003) Reexamining the radiation therapy oncology group
(RTOG) recursive partitioning analysis (RPA) for glioblastoma multiforme (GBM) patients. Int J Radiat Oncol Biol Phys 57: S136
72. Møller H, Rasmussen A, Andersen H, Johnsen K, Henriksen M, Duroux M (2013) A systematic review of microRNA in glioblastoma multiforme: micro-modulators in the mesenchymal mode of migration and
invasion. Mol Neurobiol 47: 131–144
73. Benda P, Lightbody J, Sato G, Levine L, Sweet W (1968) Differentiated
rat glial cell strain in tissue culture. Science 161: 370–371
74. Suplat D, Krzemiński P, Pomorski P, Barańska J (2007) P2Y(1) and
P2Y(12) receptor cross-talk in calcium signalling: Evidence from nonstarved and long-term serum-deprived glioma C6 cells. Purinergic
Signal 3: 221–230
75. Wypych D, Pomorski P (2012) P2Y1 nucleotide receptor silencing and
its effect on glioma C6 calcium signaling. Acta Biochim Pol 59: 711–717
Nucleotide receptors and the cell motility
Paweł Pomorski
Nencki Institute of Experimental Biology, 3 Pasteura St. 02-093 Warsaw, Poland

e-mail: [email protected]
ABSTRACT
The ability to active motility is one of the fundamental features of both normal and pathologically transformed cells. The current paper describes the role of nucleotide receptors in regulation of cell motility in higher organisms. Author focuses on those cells which actively move in
the nucleotide gradients: immune system cells as well as glia cells. The impact of individual receptors in motility and current opinions on the
role of signaling pathways activated by those receptors will be described. The source of nucleotides regulating motility will be proposed and
role of extracellular nucleotides such as ATP, ADP, UTP and adenosine will be indicated. The role of ectoenzymes in creation of secondary
nucleotide gradients regulating cell motility will also be indicated. Finally, the role of nucleotides in regulation of brain tumor cells will be
described and perspective of possible therapeutic role of modulation nucleotide signaling influencing cell motility will be suggested.
446www.postepybiochemii.pl