Том 3 (1129748), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Эта барьерная функция требует, чтобы соседние клетки были спаяны вместе посредством запирающих контактов так, чтобымолекулы не могли свободно течь через пласт клеток. В этой главе мы рассмотрим,как формируются запирающие контакты и как поддерживается структурная поляризация эпителия. Эти два аспекта строения эпителия тесно связаны друг с другом:контакты играют ключевую роль в возникновении и поддержании поляризованногосостояния клеток в эпителиальном пласте.19.2.1. Плотные контакты образуют затвор между клеткамии ограждение между областями мембраныЗапирающие соединения, обнаруженные в эпителии позвоночных, получилиназвание плотных контактов. Их структура и функция показаны на примере эпителия тонкого кишечника (см.
рис. 19.3). Этот эпителий называется однослойнымпризматическим эпителием и состоит из одного слоя высоких клеток (призматической формы). В нем есть клетки нескольких дифференцированных типов, однакосреди них преобладают абсорбирующие клетки, специализированные для захватапитательных веществ из внутренней полости, или просвета, кишечника.Абсорбирующим клеткам необходимо избирательно перекачивать питательные вещества сквозь эпителий из полости кишечника в межклеточную жидкость,пропитывающую соединительную ткань на другой стороне эпителиального пласта.Отсюда эти питательные вещества диффундируют в кровеносные сосуды, которые1768Часть 5.
Клетки в контексте их совокупностиобеспечивают ими организм. В таком трансэпителиальном переносе участвуют двегруппы транспортных белков в плазматической мембране абсорбирующей клетки.Одна группа расположена на апикальной поверхности (обращенной в просвет кишечника) и активно переносит избранные молекулы из просвета в эпителиальныеклетки; другая группа расположена на базолатеральных (базальных и латеральных)поверхностях клеток и позволяет тем же молекулам выходить из клеток, облегчаядиффузию во внеклеточную жидкость по другую сторону эпителия. Для поддержания такого направленного транспорта щели между эпителиальными клеткамидолжны быть закупорены так, чтобы транспортируемые молекулы не могли по этимщелям диффундировать обратно в полость кишечника (рис.
19.23). Помимо того,Рис. 19.23. Роль плотных контактов в трансэпителиальном переносе веществ. В клетках эпителия тонкогокишечника белки могут перемещаться лишь в пределах своей ограниченной области плазматическоймембраны. Подобное разделение способствует направленному транспорту питательных веществ черезэпителий из полости кишки в кровь. На рисунке приведен пример, в котором глюкоза активно закачивается в клетку при помощи Na+-зависимых симпортеров, находящихся на апикальной поверхности.Затем глюкоза выходит из клетки по механизму облегченной диффузии, опосредованной переносчикамиглюкозы на базолатеральной стороне клетки. Считают, что плотные контакты ограничивают миграциютранспортных белков, действуя как диффузионный барьер, и подобны «изгороди», стоящей посредилипидного бислоя плазматической мембраны; кроме того, эти контакты препятствуют обратному потокуглюкозы с базальной стороны эпителия в просвет кишечника.19.2.
Плотные контакты и организация эпителия 1769белки-насосы и белки-каналы должны быть надлежащим образом распределеныв мембране: необходимо, чтобы апикальные активные транспортные белки отправлялись в область апекса (см. главу 13) и не могли переходить на базолатеральнуюповерхность, а белки-каналы базолатеральной группы располагались на базолатеральной поверхности и не имели возможности диффундировать на апикальнуюповерхность.
Плотные контакты между эпителиальными клетками, помимо того чтогерметизируют пространство между клетками, служат «изгородью», разделяющейобласти на плазматической мембране каждой клетки, предотвращая диффузию апикальных белков (и липидов) в базальную область, и наоборот (см. рис. 19.23).Запирающую функцию плотных контактов легко показать экспериментально:меченое низкомолекулярное соединение, введенное по одну сторону эпителия, какправило, не проходит через плотное соединение (рис. 19.24). Однако это препятствиене абсолютно.
Несмотря на то что все плотные контакты непроницаемы для макромолекул, их проницаемость для малых молекул сильно различается у разных эпителиев.Например, в эпителии, выстилающем тонкий кишечник, плотные контакты в 10 000 разболее проницаемы для неорганических ионов, таких как Na+, чем в эпителии мочевогопузыря. Эти различия отражают различия в белках, формирующих соединения.Эпителиальные клетки могут также временно изменять свойства своих плотныхконтактов, обеспечивая усиленный ток растворимых веществ и воды сквозь брешив барьере. Подобный параллельный транспорт особенно важен при поглощенииаминокислот и моносахаридов из полости кишечника, где концентрация этих веществпосле приема пищи может увеличиться настолько, чтобы пассивный транспорт шелв нужном направлении.По данным электронной микроскопии с применением метода замораживанияскалывания, плотные контакты представляют собой сеть из ветвящихся гермети-Рис.
19.24. Свойства плотных соединений, благодаря которым эпителий служит диффузионным барьером для водорастворимых веществ. а) Показано, что малая растворимая меченая молекула, введеннаяпо одну сторону эпителиального слоя, не может пройти через плотные соединения, скрепляющиесоседние клетки. б) Электронная микрофотография клеток эпителия при введении малой молекулы,меченной электронно-плотным красителем, с апикальной стороны (слева) и со стороны базолатеральнойповерхности (справа).
В обоих случаях плотное соединение блокирует перенос метки с одной сторонына другую. (Микрофотографии любезно предоставлены Daniel Friend.)1770Часть 5. Клетки в контексте их совокупностизирующих цепочек, которая оплетает апикальный конец каждой клетки по всейего окружности (рис. 19.25, а и б). На обычных электронных микрофотографияхвнешние листки двух взаимодействующих плазматических мембран выглядятсомкнутыми в тех местах, где проходят герметизирующие цепочки (рис. 19.25, в).Каждая цепочка состоит из серии трансмембранных белков адгезии, находящихсяв каждой из взаимодействующих плазматических мембран. Внеклеточные доменыэтих белков напрямую сцепляются друг с другом, перегораживая межклеточноепространство (рис. 19.26).Рис.
19.25. Структура плотного соединения между эпителиальными клетками тонкой кишки. а) Схема.б) Электронная микрофотография препарата, полученного методом замораживания-скалывания. в) Обычная электронная микрофотография. На фото (б) плоскость микрофотографии параллельна плоскости мембраны; видно, что плотное соединение образовано сетью из герметизирующих цепочек, опоясывающейкаждую клетку в пласте. Эти герметизирующие цепочки видны как гребни из внутримембранных частицна внутренней (цитоплазматической) поверхности скола (поверхность P) или как комплементарные имбороздки на наружной поверхности мембраны (поверхность E). На обычном препарате (в) соединениевыглядит как серия фокальных контактов между наружными липидными слоями двух смежных мембран;каждый такой контакт соответствует герметизирующей цепочке в поперечном разрезе.
(б и в из N. В. Gilula,в книге: Cell Communication [R. P., Cox, ed.], pp. 1–29. New York: Wiley, 1974.)Основными трансмембранными белками, формирующими эти волокна, являются клаудины, необходимые для образования и функционирования плотныхсоединений. Например, у мышей, у которых отсутствует ген клаудин-1, не образуются плотные контакты между клетками в эпидермальном слое кожи; в результате этого новорожденные мыши быстро теряют воду, испаряющуюся через кожу,и погибают в течение суток.
И наоборот, если неэпителиальные клетки, такие какфибробласты, заставить вырабатывать клаудин, они будут формировать плотныесоединения друг с другом. В норме в плотном соединении участвует еще одинтрансмембранный белок, окклюдин, однако функция этого белка еще не ясна, и,19.2. Плотные контакты и организация эпителия 1771Рис.
19.26. Современная модель строения плотного контакта. а) Предположительно, смежные плазматические мембраны скреплены непрерывными цепочками из особых трансмембранных белков,осуществляющих контакт через межклеточное пространство и образующих герметичное соединение.б) Молекулярный состав герметизирующей цепочки. Главными функциональными компонентами являются клаудины; роль окклюдинов не ясна.судя по всему, он не столь важен, как клаудины. Третий трансмембранный белок,трицеллюлин (родственный окклюдину), необходим для сшивания мембран клетоки предотвращения утечки через эпителий.В семействе клаудинов много разных белков (у человека их 24), и они вырабатываются в различных комбинациях в разных эпителиях, поэтому каждыйэпителиальный пласт имеет особые свойства проницаемости.
Предполагают, чтоони образуют межклеточные поры — селективные каналы, позволяющие определенным ионам пересекать барьер, сформированный плотным соединением, с однойстороны на другую. Например, особый клаудин, обнаруженный в эпителии почек,необходим для того, чтобы Mg2+ мог проходить между клетками эпителиальногопласта и попадать из мочи обратно в кровь при реабсорбции. Мутация в гене, кодирующем этот клаудин, приводит к большим потерям Mg2+ с мочой.19.2.2. Белки скэффолда в соединительных комплексах играютключевую роль в управлении пролиферацией клетокОбразуя сеть герметизирующих цепочек, клаудины и окклюдины занимаютопределенное место в клетке. Эта сеть обычно находится чуть апикальнее адгезионных контактов и десмосом, механически связывающих клетки, и вся совокупностьэтих контактов называется соединительным комплексом (рис.
19.27). Компоненты1772Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 19.27. Контакты между двумяэпителиальными клетками выстилкитонкой кишки. Ближе всего к апикальной поверхности находятся плотныеконтакты; под ними располагаютсяадгезионные соединения, еще ниже —десмосомы. Такой порядок характерендля позвоночных; у насекомых контакты располагаются по-другому. (Микрофотография любезно предоставленаDaniel S. Friend.)этого комплекса формируютсясогласованно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
