Том 3 (1129748), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Так, например,антитела к кадгерину, подавляющие образование адгезионныхконтактов, также блокируютформирование плотных соединений. Считают, что в размещении плотных соединенийотносительно других структуручаствуют внутриклеточные белки скэффолда, принадлежащиесемейству Tjp (Tight junctionprotein, белок плотного соединения), также называемые ZO-белки (от лат. zonula occludens — замыкающаяпластинка; так иначе называется плотное соединение).
Tjp-белки позвоночных принадлежат к тому же семейству, что и белки Discs-large, упоминавшиеся нами раньшев связи с их участием в формировании синапса, и прикрепляют герметизирующиецепочки к другим компонентам, включая актиновый цитоскелет.У беспозвоночных, например насекомых или моллюсков, запирающие контактывыглядят по-другому и носят название септированных контактов. Подобно плотнымсоединениям, эти контакты образуют непрерывную полосу вокруг каждой эпителиальной клетки, но отличаются более регулярной структурой, а взаимодействующиеплазматические мембраны соединяются с помощью белков, расположенных параллельными рядами с постоянным интервалом (рис. 19.28).
Тем не менее основные белкисептированных соединений гомологичны клаудинам позвоночных и взаимодействуютс белками скэффолда подобным же образом. Среди них, в частности, тот самый белокDiscs-large, участвующий в образовании синапса. Мутантные плодовые мушки, недостаточно вырабатывающие Discs-large, образуют дефектные септированные соединения.Что удивительно, у этих мутантов, кроме того, в эпителии образуются опухоли: у них сильно разрастаются имагинальные диски — личиночная структура,из которой потом развивается большая часть тела зрелой мушки (см. главу 22).Ген получил свое название именно по этому замечательному эффекту. Причина жеего состоит в том, что на белке Discs-large имеются сайты связывания регуляторовроста.
Но зачем нужна подобная связь аппарата клеточной адгезии с механизмамиуправления пролиферации клеток? Похоже, это имеет фундаментальное значение:у позвоночных белки, гомологичные Discs-large, также выполняют эти две функции.19.2. Плотные контакты и организация эпителия 1773Рис.
19.28. Септированный контакт. Электронная микрофотография септированного соединения междудвумя эпителиальными клетками моллюска. Смежные плазматические мембраны (ориентированныеперпендикулярно плоскости среза) скреплены параллельными рядами соединительных белков. Этиряды, расстояние между которыми постоянно, видны как электронно-плотные полоски и формируютсепту. (Из N. В.
Gilula, в книге: Cell Communication [R.P., Cox, ed.], pp. 1–29. New York: Wiley, 1974.)Возможно, что подобные белки являются частью основного механизма репарациии поддержания эпителия. Если эпителиальная клетка теряет контакты со своимисоседями, запускается ее программа роста и деления, и тем самым возникают новыеклетки, способные восстановить непрерывность многоклеточного пласта.
На самомделе, очень многое указывает на то, что соединительные комплексы очень важныдля передачи сигнала от клетки к клетке, и не только через Discs-large, но и черездругие компоненты этих структур, в том числе, как мы знаем, и кадгерины.19.2.3. Межклеточные контакты и базальная мембрана управляютапикально-базальной полярностью клетокБольшинство клеток животных тканей имеют выраженную поляризацию: либоих передний край отличается от заднего, либо верхняя часть — от нижней.
В качествепримера можно привести, как мы говорили, почти любую эпителиальную клетку,нейроны с их дендритами и аксонами, мигрирующие фибробласты и лейкоциты, у которых есть локомоторная передняя часть и тянущийся за ней задний край, и многиезародышевые клетки в момент подготовки к несимметричному делению, в результатекоторого дочерние клетки будут отличаться друг от друга. Существует основной набор компонентов, необходимых для возникновения полярности клеток во всех этихслучаях, и он един для всего животного царства, от червей до млекопитающих.В случае эпителиальных клеток эти фундаментальные «генераторы полярности»должны сформировать отличающиеся друг от друга апикальный и базальный полюса, причем сделать это в правильной ориентации, в соответствии с окружениемклетки.
Основные события, происходящие при этом, хорошо описывают эксперименты с культурой клеток MDCK (рис. 19.29, а). Эти клетки можно отделить другот друга и культивировать в суспензии в коллагеновом геле. Одиночная изолированная клетка в таких условиях не обладает какой-либо полярностью, однако еслипозволить этой клетке делиться, то она вскоре сформирует колонию клеток в видеполого эпителиального пузырька, и полярность каждой клетки в нем станет хорошозаметной. Пузырек окружается базальной мембраной, и все клетки ориентируютсяодинаково, причем их апикальные молекулы-маркеры обращены внутрь. Очевидно,что клетки MDCK имеют внутреннюю тенденцию поляризоваться, однако механизмкооперативен, и результат зависит от контактов с соседними клетками.1774Часть 5.
Клетки в контексте их совокупностиРис. 19.29. Согласованная поляризация группы эпителиальных клеток в культуре и участие Rac и ламинина в этом процессе. Клетки линии MDCK в суспензии, полученные из почечного эпителия собаки,помещены в коллагеновый матрикс, в котором могли пролиферировать, образуя небольшие изолированные колонии. Эти колонии схематично показаны здесь в разрезе. а) Клетки такой колонии в нормеспонтанно образуют эпителиальный пузырек с полостью внутри. С помощью окрашивания на актин (приэтом окрашиваются апикальные микроворсинки), на белок ZO1 (белок плотного соединения), на аппаратГольджи и на ламинин (компонент базальной мембраны) можно показать, что все клетки приобрелиполярность, причем их апикальная поверхность обращена в полость, а базальные части соприкасаютсяс окружающим пузырек коллагеновым гелем. б) Функционирование Rac невозможно, если экспрессируется доминантно-негативная форма белка.
Это приводит к тому, что клетки приобретают обратнуюполярность, не способны образовывать полый пузырек и почти не откладывают ламинин на периферииколонии, как это делают нормальные клетки. в) Если пузырек помещен в матрикс с большим содержанием экзогенного ламинина, то клетки приобретают практически нормальную полярность даже в томслучае, когда Rac не функционирует.
(По L. E. O`Brien et al., Nat. Cell Biol. 3: 831–838, 2001. С разрешенияиздательства Macmillan Publishers Ltd.)Чтобы выяснить, как работает молекулярный механизм, лежащий в основепроцесса, нужно прежде всего идентифицировать его компоненты. Больше всегосведений дали исследования, выполненные на черве C. elegans и дрозофиле. В случае червя скрининг мутаций, нарушающих процессы пространственной организацииклеток зародыша, выявил ряд генов, ответственных за нормальную полярностьклеток и асимметричное деление (см.
главу 22). Среди них имеется как минимум шесть так называемых Par (partitioning defective) генов. У исследованныхвидов животных эти гены и их гомологи (наряду с другими генами, открытымив исследованиях на дрозофиле и позвоночных) играют фундаментальную рольне только в асимметричном делении клеток зародыша на ранних стадиях развития,но во многих других процессах, связанных с поляризацией клеток, включая поляризацию эпителиальных клеток. Например, ген Par4 у C. elegans гомологиченгену Lkb1 млекопитающих и дрозофиле и кодирует серин-треониновую киназу.В случае плодовой мушки мутации в этом гене нарушают полярность яйцеклеткии клеток эпителия.
У человека такие мутации приводят к наследственному полипозу кишечника (синдрому Пейтца – Егерса), при котором клетки кишечногоэпителия растут беспорядочно и имеется предрасположенность к некоторым редким19.2. Плотные контакты и организация эпителия 1775видам рака. Если не давать человеческим клеткам эпителия толстого кишечникав культуре вырабатывать LKB1, они не приобретут нормальной полярности.С другой стороны, если такие клетки в культуре заставить вырабатывать слишкоммного LKB1, они становятся полярными даже будучи изолированы от другихклеток и со всех сторон окружены однородной средой (рис.
19.30). Это говорито том, что за нормальную полярность отвечают два взаимосвязанных механизма:благодаря одному из них клетка сама по себе стремится стать полярной, а второймеханизм направляет ее ось полярности в соответствии с расположением соседнихклеток и базальной мембраны. Второй механизм, вероятно, характерен именно дляэпителия, а первый, возможно, более распространен и действует также и в другихклетках, обладающих полярностью.Молекулы, которые, как известно, необходимы для установления полярностиэпителиальных клеток, можно классифицировать согласно этим двум механизмам.Как правило, основными в этом процессе являются три связанных с мембранойбелка: Par3, Par6 и атипичная протеинкиназа C (aPKC).
Par3 и Par6 представляютсобой белки скэффолда, содержащие PDZ-домены, и они связываются друг с другоми с aPKC. Комплекс из этих трех компонентов также имеет сайты связывания различных молекул, включая малые GTPазы Rac и Cdc42. Последние имеют большоезначение. Так, например, если в группе клеток MDCK блокирована активность Rac,то клетки развиваются с обратной полярностью (см. рис. 19.29, б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
