Том 3 (Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (PDF)), страница 10

Более того, существуют другиетипы молекул адгезии, которые образуют менее прочные соединения, чем прикрепительные контакты, но в определенных условиях их достаточно для сцепленияклеток. Как бы то ни было, межклеточные контакты, опосредованные кадгеринами, — это класс соединений, имеющий, по-видимому, наиболее фундаментальноезначение; с них мы и начнем наше описание межклеточных контактов.19.1.1.  Кадгерины опосредуют Ca2+-зависимую межклеточнуюадгезию у всех животныхКадгерины имеются у всех многоклеточных животных, чьи геномы расшифрованы, а также у организмов другой известной группы, а именно у хоанофлагеллят.Эти создания могут существовать как свободноживущие одноклеточные организмыи как многоклеточные колонии и считаются представителями группы протистов,от которых произошли все животные.

У других эукариот, включая грибы и растения, кадгерины отсутствуют, и их также нет у бактерий и архей. Стало быть,кадгерины являются неотъемлемой частью сущности животного.Кадгерины получили свое название из-за того, что их функционирование зависит от ионов Ca2+: удаление Ca2+ из внеклеточной среды приводит к тому, чтоконтакты, опосредованные кадгеринами, становятся непрочными. Иногда, особеннов случае эмбриональных тканей, этого достаточно для того, чтобы клетки можнобыло легко разделить. В других случаях необходимо более жесткое воздействие,совмещая удаление Ca2+ с обработкой какой-нибудь протеазой, например трипсином.Протеаза ослабляет дополнительные связи, в которых задействован внеклеточныйматрикс или другие молекулы межклеточной адгезии, не зависящие от Ca2+.

В любом случае, когда разделенные таким образом клетки оказываются вновь в обыч-19.1. Кадгерины и межклеточные адгезионные контакты 1745ной культуральной среде, они, как правило, опять соединяются, реконструируямежклеточные контакты.На межклеточной ассоциации этого типа основан один из первых методов,позволивших идентифицировать молекулы межклеточной адгезии. В этих экспериментах получили моноклональные антитела к интересующим клеткам и каждоеантитело протестировали на способность предотвращать восстановление межклеточных контактов после принудительной диссоциации клеток. Некоторые антитела,связывающиеся с молекулами клеточной адгезии, оказывали такое блокирующеевлияние.

Эти антитела использовали для выделения соответствующих молекуладгезии.Похоже, что практически все клетки позвоночных и, возможно, также и других животных вырабатывают, в зависимости от типа клетки, один или несколькобелков из семейства кадгеринов. Имеется несколько независимых друг от другадоказательств того, что это основные молекулы клеточной адгезии, объединяющиеклетки ранних эмбриональных тканей. К примеру, эмбриональные ткани в культуре распадаются, если их подвергнуть воздействию антител к кадгеринам, а еслиопосредованные кадгеринами контакты остаются нетронутыми, то обработка антителами к другим молекулам адгезии дает лишь небольшой эффект.

В исследованиях зародышей мышей показана роль кадгеринов в раннем развитии эмбриона.Вплоть до восьмиклеточной стадии эмбриональные клетки очень слабо сцепленыдруг с другом, при этом каждая имеет более или менее сферическую форму. Затем внезапно происходит процесс, называемый компактизацией, в результатекоторого клетки плотно упаковываются и соединяются друг с другом посредствоммежклеточных контактов, так что внешняя поверхность эмбриона становится болеегладкой (рис. 19.5).

Антитела к определенному кадгерину, а именно E-кадгерину,блокируют компактизацию, в то время как антитела, реагирующие с различнымидругими молекулами на поверхности этих клеток, не производят такого эффекта.Мутации, инактивирующие Е-кадгерин, приводят к тому, что эмбрион распадаетсяна части и погибает на ранних стадиях развития.Рис. 19.5.

Компактизация эмбриона мыши на ранних стадиях развития. Клетки эмбриона на раннихстадиях развития сначала лишь очень неплотно прилегают друг к другу. Примерно на восьмиклеточнойстадии они начинают вырабатывать Е-кадгерин и в результате становятся прочно и плотно скрепленными друг с другом. (Микрофотографии, сделанные методом сканирующей электронной микроскопии,любезно предоставлены Patricia Calarco; фотографии 16–32-клеточных стадий взяты из P. Calarco andC. J. Epstein, Dev. Biol.

32:208–213, 1973. С разрешения издательства Academic Press.)1746Часть 5. Клетки в контексте их совокупности19.1.2.  Суперсемейство кадгеринов у позвоночных включает в себясотни различных белков, в том числе многие сигнальные белкиПервые три открытых кадгерина названы согласно тому, в какой ткани онивстречаются чаще всего: E-кадгерин обнаружен на поверхности клеток многихэпителиальных тканей; N-кадгерин — на поверхности нервных и мышечныхклеток, а также клеток хрусталика; и, наконец, P-кадгерин, обнаруженный на поверхности клеток плаценты и эпидермиса. Все они также присутствуют и в другихтканях; N-кадгерин, например, вырабатывается фибробластами, а Е-кадгерин экспрессируется в некоторых частях мозга (рис.

19.6). Эти и другие классическиекадгерины имеют сходные последовательности внеклеточных и внутриклеточныхдоменов. Все они имеют определенные адгезивные функции, но, кроме того, онитакже очень важны для передачи сигнала. С помощью своих внутриклеточных доменов, как мы увидим позже, они передают информацию внутрь клетки, позволяяей менять свое поведение в зависимости от того, прикреплена ли она к другимклеткам или нет.Рис. 19.6. Разнообразие кадгеринов центральной нервной системы. На диаграмме показаны участкимозга мышиного эмбриона, в которых экспрессируются различные классические кадгерины.

Кроме них,в мозге вырабатывается еще 70 кадгеринов, классических и неклассических. Считается, что сложныйхарактер их экспрессии отражает их роль в создании и поддержании структурной целостности этогосложно устроенного органа.Помимо этого, существует много неклассических кадгеринов, чьи последовательности не столь похожи друг на друга, причем более 50 из них вырабатываетсяисключительно в клетках мозга. Неклассические кадгерины включают в себя белкиадгезии, например, различные протокадгерины, обнаруженные в мозгу, а такжедесмоколлины и десмоглеины, которые формируют десмосомы. К ним также относятся белки, в первую очередь участвующие, как выяснилось, в передаче сигнала.Это, например, T-кадгерин, у которого нет трансмембранного домена и которыйприкрепляется к мембране нервных и мышечных клеток с помощью гликозилфосфатидилинозитольного (ГФИ-) якоря, и белки Fat и Flamingo, впервые идентифицированные как продукты генов дрозофилы, ответственных за рост эпителияи полярность клеток соответственно.

Классические и неклассические кадгеринысоставляют суперсемейство кадгеринов (рис. 19.7 и таблица 19.3), включающееболее 180 белков человека. Но как структура этих белков соотносится с их функцией и почему их так много?19.1. Кадгерины и межклеточные адгезионные контакты 1747Рис. 19.7. Суперсемейство кадгеринов. Диаграмма в некоторой степени отражает разнообразие белковкадгеринового суперсемейства. У всех этих белков внеклеточная часть содержит множественные кадгериновые домены (зеленые овалы), а внутриклеточные части более разнообразны, что обусловлено ихвзаимодействием с широким классом внутриклеточых лигандов, в том числе с сигнальными молекулами,а также с компонентами, соединяющими молекулы кадгерина с цитоскелетом. Окрашенные в разныецвета последовательности в белках Fat, Flamingo и Ret — это консервативные домены, обнаруженныетакже в белках других семейств.19.1.3.  Кадгерины опосредуют гомофильную адгезиюПрикрепляющие межклеточные контакты обычно симметричны: если в клетке с одной стороны контакта соединение связано с актиновыми филаментами,то и с другой стороны это будут актиновые филаменты.

Соединения с участиемкадгеринов, как правило, гомофильны (подобное соединяется с подобным, см.рис.  19.8): молекулы кадгеринов на одной клетке связываются с кадгеринамитого же или очень близкого типа на соседней клетке. Согласно современным представлениям, кадгерины связываются N-концевыми структурами — эти участкинаходятся на наибольшем расстоянии от мембраны. В этом месте белковая цепь1748Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиТаблица 19.3. Некоторые представители суперсемейства кадгериновНАЗВАНИЕПРЕИМУЩЕСТВЕННАЯЛОКАЛИЗАЦИЯКлассические кадгериныE-кадгеринмногие эпителииN-кадгеринP-кадгеринVE-кадгериннейроны, сердце, скелетные мышцы, хрусталик,фибробластыплацента, эпидермис,эпителий грудных железэндотелиальные клеткиНеклассические кадгериныДесмоколлиныкожаДесмоглеинкожаТ-кадгеринКадгерин 23Fat (у дрозофилы)Fat1 (у млекопитающих)различные эпителиии  центральная нервнаясистемачувствительный и некоторые другие видыэпителияФЕНОТИП МЫШЕЙПРИ ИНАКТИВАЦИИадгезионные соедине- смерть на стадии бластонияцисты; компактизация зародыша невозможнаадгезионные соедине- зародыши умирают из-зания и химические си- нарушений сердечнойнапсыдеятельностиадгезионные соедине- нарушение развития мониялочных железадгезионные соедине- нарушения формированияния сосудов (апоптоз эндотелиоцитов)десмосомыдесмосомынейроны, мышцы, серд- нетцевнутреннее ухо, другие связь между стереоцивиды эпителиялиями чувствительныхволосковых клетокэпителий и центральная коммуникационные сонервная системаединения (плоскостнаяполярность клеток)α-, β- инейроныγ-протокадгериныFlamingoУЧАСТИЕВ СОЕДИНЕНИЯХволдыри на кожеобразование волдырейиз-за отсутствия контактовмежду кератиноцитаминеизвестенглухотаувеличенные имагинальные диски и опухоли;нарушения плоскостнойполярности клетокщелевая диафрагма отсутствие щелевой диав почках и другиефрагмы; нарушения формирования переднегомозга и глазхимические синапсы и дегенерация нервной синесинаптические мем- стемыбранымежклеточные контак- нарушение плоскостнойтыполярности клеток; дефекты нервной трубкиРис.