Том 3 (Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (PDF)), страница 9

Внеклеточного матрикса мало, он представлен в основномтонкой пластинкой, называемой базальной мембраной, с одной стороны подсти-1740Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 19.1. Два основных способа прикрепления животных клеток друг к другу. В соединительных тканях сопротивление механическим воздействиям оказывает в основном внеклеточный матрикс. Однаков эпителиальной ткани эту функцию выполняют цитоскелеты самих клеток, связанные в единую сетьприкрепляющими контактами.

Контакты клеток и матрикса скрепляют эпителиальную ткань с соединительной тканью, лежащей под ней.лающей пласт. В составе эпителия клетки прикреплены друг к другу напрямуюпосредством межклеточных адгезионных контактов, на которых заякорены филаменты цитоскелета, которые передают механическую нагрузку через внутренностьклетки от одного сайта адгезии до другого.Физические контакты играют принципиальную роль, как в эпителии, таки в неэпителиальных тканях, однако соединения клеток друг с другом или с внеклеточным матриксом очень разнообразны по структуре, а их функции не исчерпываются одной лишь передачей механических взаимодействий.

Можно выделитьчетыре основных функции; каждая из них имеет свою молекулярную основу(рис. 19.2 и таблица 19.1):Рис. 19.2. Четыре функциональных типа клеточных контактов в тканях животных. а) Прикрепляющиеконтакты связывают клетку с клеткой (как правило, с помощью трансмембранных белков кадгеринов)или клетку с матриксом (обычно с помощью трансмембранных белков интегринов).

б) Запирающиесоединения (в которых участвуют белки клаудины) герметизируют пространство между эпителиальными клетками. в) Контакты, формирующие канал (составленные из белков коннексинов и иннексинов),образуют пути, по которым из клетки в клетку могут проходить небольшие молекулы и ионы. г) Коммуникационные соединения представляют собой сложные структуры; как правило, среди них — якорныебелки, а также белки, участвующие в передаче сигнала.Глава 19. Клеточные контакты, адгезия и внеклеточный матрикс 1741Таблица 19.1. Функциональная классификация клеточных контактовПРИКРЕПЛЯЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯТочки прикрепления актиновых филаментов1.

Межклеточные (адгезионные) контакты2. Контакты клетки и матриксаТочки прикрепления промежуточных филаментов1. Межклеточные контакты (десмосомы)2. Контакты клетки и матрикса (полудесмосомы)ЗАПИРАЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ1. Плотные контакты (у позвоночных)2. Септированные контакты (у беспозвоночных)КАНАЛООБРАЗУЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ1. Щелевые контакты (у животных)2. Плазмодесмы (у растений)КОММУНИКАЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ1. Химические синапсы (в нервной системе)2.

Иммунные синапсы (в иммунной системе)3. Передача сигнала между клетками через взаимодействие лиганда с рецептором (Delta-Notch,ephrin-Eph и т.п.). Прикрепляющие, запирающие и каналообразующие соединения, помимоструктурной роли, могут выполнять еще и сигнальную функцию1. Прикрепительные контакты, включая как межклеточные соединения, таки соединения клеток с матриксом, передают напряжения через внутриклеточнуюсвязь с филаментами цитоскелета;2. Запирающие соединения герметизируют зазоры между клетками эпителия,превращая пласт клеток в непроницаемый (или полупроницаемый) барьер;3. Каналообразующие соединения формируют туннели, соединяющие цитоплазмы соседних клеток;4.

Коммуникационные соединения позволяют передавать сигналы от клеткик клетке через их плазматические мембраны в точках межклеточного контакта.Химические синапсы в нервной системе (см. главу 11) и иммунные синапсы, опосредующие взаимодействие Т-лимфоцитов с антиген-представляющими клетками (см.главу 25), являют собой наиболее яркие примеры коммуникационных соединений, ноони — не единственные в своем роде. Примеры межклеточных коммуникаций черезпары «лиганд–рецептор», такие как Delta и Notch либо эфрины и Eph-рецепторы,которые уже обсуждались в главе 15, относятся сюда же: для того чтобы лигандымогли активировать рецепторы, мембраны клеток должны соприкасаться. Более того,мы увидим, что прикрепительные контакты, запирающие соединения и каналообразующие соединения играют, так или иначе, важную роль в передаче сигнала.В первой части этой главы мы заострим свое внимание на клетках и тканяхживотных, обсудив сначала межклеточные адгезионные контакты, замыкающиесоединения и каналообразующие соединения, которые напрямую связывают клеткус клеткой.

В качестве примера коммуникационного соединения мы кратко опишеммежнейронные синапсы с точки зрения механизмов межклеточной адгезии и процессов образования синаптического контакта. Мы увидим, как клетки, используяконтакты различных типов, объединяются в ориентированные эпителиальныепласты.

Затем мы обсудим внеклеточный матрикс у животных и роль контактов1742Часть 5. Клетки в контексте их совокупностимежду клеткой и матриксом во взаимодействии между ними. Наконец, мы обратимся к растениям и той центральной роли, которую играет в их построенииклеточная стенка.19.1.  Кадгерины и межклеточные адгезионные контактыУстройство межклеточных контактов наиболее ясно прослеживается в зреломэпителии и в некоторых других тканях, клетки которых прочно сцеплены другс другом, например, в сердечной мышце. Исследование этих тканей с помощьюэлектронной микроскопии впервые позволило провести общую классификациюадгезионных контактов. С того времени биохимиками и молекулярными биологами показано, что разные структуры, различимые в электронный микроскоп,соответствуют различным молекулярным системам, которые выполняют важнуюроль не только в эпителии взрослого, но также и в других тканях, где назначениеконтакта не столь очевидно.На рис. 19.3 схематично показаны типы соединений, различимые в электронныймикроскоп на срезе зрелого эпителия, а также показано, как межклеточные (а именно прикрепительные) контакты, которые нас сейчас интересуют, располагаютсяРис.

19.3. Схематическое изображение различных клеточных контактов, обнаруженных в эпителиальных клетках позвоночных, согласно классификации по их первичной функции. В апикальнойобласти клетки контакты расположены друг относительно друга примерно одинаково почти во всехэпителиях позвоночного.

Плотные контакты занимают самое апикальное положение, за ними следуютадгезионные контакты (адгезионный пояс), а затем идет особый параллельный ряд десмосом; все этиконтакты формируют структуру, называемую соединительным комплексом. Щелевые контакты и дополнительные десмосомы расположены не столь регулярно. Рисунок сделан на основе препаратовэпителиальных клеток тонкой кишки.

Специализированные коммуникационные соединения обсуждаются в этой главе далее.19.1. Кадгерины и межклеточные адгезионные контакты 1743относительно соединений других типов, которые мы обсудим ниже. На диаграммеотображено типичное распределение в однослойном призматическом эпителии, таком как выстилка тонкого кишечника у позвоночных. В подобной ткани единичныйслой вытянутых клеток подстилает базальная мембрана, а самая удаленная от этоймембраны поверхность клеток, или апекс, свободна и контактирует с внеклеточнойсредой. По бокам (на латеральных поверхностях), клетки образуют межклеточныеконтакты. Ближе всего к апексу располагаются запирающие контакты (известныекак плотные контакты у позвоночных), не позволяя молекулам просачиватьсячерез эпителий по межклеточному пространству.

Ниже находится еще два типамежклеточных соединений. Адгезионные контакты представляют собой точкиприкрепления актиновых филаментов; десмосомы — точки прикрепления промежуточных филаментов. Еще ниже, часто наряду с дополнительными десмосомами,находятся каналообразующие соединения, называемые щелевыми контактами.Дополнительный набор сайтов адгезии прикрепляет эпителиальные клеткик базальной мембране; мы обсудим его в одном из следующих разделов. Мы будемклассифицировать эти соединения клеток с матриксом подобно межклеточным соединениям, основываясь на их связи с цитоскелетом: фокальные контакты (в тонкомкишечнике неразличимые, но хорошо выраженные в других тканях) прикрепляютк матриксу актиновые филаменты, а полудесмосомы — промежуточные.В любом из четырех типов прикрепляющих соединений центральную рольиграют трансмембранные белки адгезии, пронизывающие мембрану, один конецкоторых связан внутри клетки с ее цитоскелетом, а другой — с некоторой структурой вне ее (рис.

19.4). Эти связанные с цитоскелетом трансмембранные молекулычетко подразделяются на два суперсемейства, сообразно двум основным типамприкрепления (таблица 19.2). Белки суперсемейства кадгеринов по большей частиопосредуют межклеточные контакты. Белки суперсемейства интегринов в основномучаствуют в прикреплении клеток к матриксу. Внутри каждого семейства существуетспециализация: некоторые кадгерины связаны с актином и формируют адгезионныесоединения, а другие связываются с промежуточными филаментами и образуютдесмосомы; подобно этому некоторые интегрины связываются с актином, образуяактин-зависимые соединения клеткис матриксом, в то время как другие связаны с промежуточными филаментамии формируют полудесмосомы.Из этого правила есть несколькоисключений. Некоторые интегрины,к примеру, опосредуют межклеточныеРис. 19.4. Трансмембранные белки адгезиисвязывают цитоскелет с внеклеточными структурами.

Внешняя связь может осуществлятьсяс другой клеткой (прикрепление клетки к клетке, опосредованное, как правило, кадгеринами)или с внеклеточным матриксом (прикреплениеклетки к матриксу, опосредованное, как правило,интегринами). Внутренняя связь с цитоскелетомобычно непрямая и осуществляется через якорные белки, см. далее.1744Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиТаблица 19.2. Прикрепляющие контактыСОЕДИНЕНИЕТРАНСМЕМВНЕКЛЕТОЧБРАННЫЙ БЕНЫЙ ЛИГАНДЛОК АДГЕЗИИМежклеточные контактыадгезионноекадгеринкадгерин насоединение(классический) смежной клеткеПРИКРЕПЛЕНИЕВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕВНУТРИКЛЕТОЧЯКОРНЫЕ БЕЛКИНЫХ ФИЛАМЕНТОВдесмосомадесмоглеин идесмоколлин насмежной клеткепромежуточныефиламентыбелки внеклеточого матриксаактиновые филаментыкадгерин(десмоглеин,десмоколлин)Контакты клетки и матриксаинтегринфокальныеконтактыклеткис матриксомполудесмосома интегрин α6β4, белки внеколлаген XVIIклеточноготипа (BP180)матриксаактиновые филаментыпромежуточныефиламентыα-катенин, β-катенин,плакоглобин(γ-катенин), p120катенин, винкулин,α-актининплакоглобин(γ-катенин), плакофилин, десмоплакинталин, винкулин,α-актинин, филамин,паксилин, киназафокальных контактов(FAK)плектин, дистонин(BP230)контакты, а не прикрепление клетки к матриксу.