Том 3 (1129748), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Эти белки скэффолда имеют как минимумеще две важные функции. Они играют роль в управлении пролиферацией эпителиальных клеток, а также, совместно с другими регуляторными молекулами,например Rac и Cdc42, управляют полярностью клеток. Эпителиальные клеткиимеют внутреннюю тенденцию становиться полярными в апикально-базальномнаправлении. В определении ориентации оси полярности по отношению к клеткамсоседям в эпителиальном пласте участвуют белковые комплексы, включающиебелки скэффолда, собирающиеся в области межклеточных контактов. Крометого, на ориентацию оси оказывает влияние поляризация цитоскелета, управляемая парой Rac/Cdc42, а также базальная мембрана.Клетки некоторых эпителиальных тканей дополнительно поляризованыв плоскости эпителия, в направлении перпендикулярном апикально-базальнойоси.
Отдельная группа консервативных белков, действующих сходным образому позвоночных и у насекомых, управляет возникновением этого вида полярностипо плохо изученному сигнальному механизму, который также связан с межклеточными контактами.19.3. Пути перехода веществ из клетки в клетку 177919.3. Пути перехода веществ из клетки в клетку:щелевые контакты и плазмодесмыПлотные контакты не дают веществам проходить между клетками эпителия,предотвращая проникновение внеклеточных молекул с одной стороны на другую.Другой тип соединительных структур несет противоположную функцию: это своеобразные «мостики» через межклеточные пространства, по которым вещества могутпереходить из клетки в клетку. Эти мостики у животных (щелевые контакты)и у растений (плазмодесмы) устроены совершенно по-разному.
Однако в обоихслучаях функции схожи: такие контакты позволяют соседним клеткам обмениваться небольшими молекулами, но не макромолекулами (в случае плазмодесм естьнесколько исключений). Значение такого сопряжения клеток, по большому счету,только начинает проясняться.19.3.1. Щелевые контакты обеспечивают электрическоеи метаболическое сопряжение клетокЩелевые контакты присутствуют в большинстве тканей животных, включая,наряду с эпителиями, соединительные ткани, и позволяют клеткам сообщаться другс другом. На микрофотографиях щелевого контакта можно различить две мембраны,разделенные зазором постоянной ширины в 2–4 нм.
Этот зазор пронизывают каналообразующие белки, принадлежащие к двум разным семействам, а именно коннексиныи иннексины. Несмотря на различие аминокислотных последовательностей, белки этихсемейств имеют сходную форму и выполняют одинаковую функцию. У позвоночныхизвестны белки обоих семейств, однако семейство коннексинов обширнее и у человека включает 21 белок. У дрозофилы и C. elegans присутствуют только иннексины,у плодовой мушки это семейство объединяет 15 белков, а в случае червя — 25.Каналы, сформированные белками щелевого контакта, позволяют неорганическим ионам и другим водорастворимым молекулам проходить из цитоплазмыодной клетки в цитоплазму другой, тем самым обеспечивая как электрическое, таки метаболическое сопряжение клетки. Так, если ввести в одну клетку подходящийкраситель, он беспрепятственно переходит в соседнюю клетку, не выходя в межклеточное пространство.
Аналогично, электрический ток, приложенный к однойклетке, незамедлительно вызывает электрическое возмущение в соседней клеткеблагодаря току заряженных частиц — ионов — через щелевые контакты. Есливвести микроэлектроды в обе клетки, можно без труда наблюдать этот эффекти даже измерить некоторые свойства щелевых контактов, например, электрическоесопротивление, а также зависимость величины сопряжения от различных факторов.Одними из первых существование щелевых контактов показали электрофизиологи,продемонстрировав быстрое и прямое электрическое сопряжение между нейронаминекоторых типов. Аналогичным образом было установлено, что щелевые коммуникации опосредуются коннексинами: если мРНК коннексинов ввести в яйцеклеткулягушки либо в культуру клеток, лишенных щелевых контактов, то между такимиклетками, соединенными попарно, образуются каналы с ожидаемыми для щелевогоконтакта свойствами, что можно продемонстрировать электрофизиологически.По данным экспериментов с введением молекул красителя разных размеров,диаметр поры такого канала не превышает 1,5 нм.
Таким образом, сопряженныеклетки могут обмениваться своими низкомолекулярными веществами (такими как1780Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 19.33. Определение диаметра межклеточного канала щелевого соединения. Если в одну из двух клеток,соединенных щелевым контактом, ввести флуоресцирующие молекулы разной величины, то в другую клетку будутпереходить лишь те из них, у которых молекулярная массане превышает примерно 1 000 дальтон, а более крупныепроходить не будут.
MW — молекулярная масса.неорганические ионы, сахара, аминокислоты,нуклеотиды, витамины и внутриклеточные медиаторы: сAMP и инозитолтрифосфат), но не макромолекулами (то есть белками,нуклеиновыми кислотами и полисахаридами) (рис. 19.33).19.3.2. Коннексон щелевого контакта состоит из шеститрансмембранных субъединицКоннексины — трансмембранные белки с четырьмя трансмембранными доменами. Шесть таких белков, собираясь вместе, формируют полуканал, или коннексон.Если коннексоны в плазматических мембранах двух граничащих друг с другом клетококазываются соосными, они образуют непрерывный водный канал, соединяющийвнутреннее содержимое этих двух клеток (рис. 19.34, а и рис. 19.35).
Щелевой контакт состоит из многих таких параллельных пар коннексонов и представляет собойчто-то вроде молекуляторного сита. Коннексоны удерживают взаимодействующиеплазматические мембраны на фиксированном расстоянии друг от друга — отсюдаи название «щелевой контакт».Щелевые контакты в различных тканях могут иметь разные свойства, посколькуони образованы коннексинами в разнообразных комбинациях, создающих каналыс разной проницаемостью.
Большинство клеток вырабатывает несколько типовконнексинов, а два разных коннексина могут образовать гетеромерный коннексонсо своими особыми свойствами. Кроме того, соседние клетки, экспрессирующиеразличные коннексины, могут формировать межклеточные каналы, в которых двасоосных полуканала различаются (рис. 19.34, б).Каждое скопление коннексонов представляет собой динамическую структуру,которая постоянно собирается, разбирается, перестраивается и может включать в себяот нескольких единиц до многих тысяч коннексонов (см. рис. 19.35, б). Экспериментына живых клетках с флуоресцентно мечеными коннексинами показывают, что новыеконнексоны постоянно возникают на границе существующего скопления, а старыеконнексоны удаляются из ее центра и разрушаются (рис. 19.36). Этот оборот осуществляется быстро: время жизни молекулы коннексина составляет несколько часов.Механизм удаления старых коннексонов из центра скопления неизвестен,однако путь, по которому новые коннексоны достигают ее границы, выяснен: онивстраиваются в плазматическую мембрану путем экзоцитоза, подобно другим интегральным мембранным белкам, и затем диффундируют в плоскости мембраныдо тех пор, пока не наткнутся на скопление и не присоединятся к нему.
Следовательно, плазматическая мембрана вдали от щелевого контакта должна содержатьконнексоны (полуканалы), не спаренные с полуканалами другой клетки. Считается, что такие неспаренные каналы в норме имеют закрытую конформацию, чтопредотвращает утечку через них низкомолекулярных соединений. Однако показано,19.3. Пути перехода веществ из клетки в клетку 1781Рис. 19.34. Щелевые контакты. а) Показанысоединенные таким контактом плазматические мембраны двух соседних клеток. Черезоба липидных бислоя (показаны красным)проходят белковые структуры, называемыеконнексонами; как полагают, каждый коннексон состоит из шести идентичных белковых субъединиц — коннексинов (показанызеленым), пересекающих липидный бислой.В результате соединения двух коннексоновобразуется непрерывный водный канал, соединяющий одну клетку с другой.
б) Сборкаконнексонов и межклеточных каналов. Коннексоны могут состоять как из одинаковыхмономеров, так и из разных, а межклеточныеканалы могут быть гомотипическими и гетеротипическими.что в некоторых физиологических условиях они могут открываться и действоватькак каналы, пропускающие во внеклеточную жидкость небольшие молекулы, например нейромедиатор глутамат, или впускающие низкомолекулярные веществавнутрь клетки.19.3.3. Щелевые контакты выполняют разнообразные функцииВ тканях, содержащих электрически возбудимые клетки, цель сопряженияклеток посредством щелевых контактов очевидна.
Например, некоторые нервныеклетки электрически сопряжены, что позволяет потенциалам покоя быстро распространяться от клетки к клетке, не задерживаясь на химических синапсах. Этодает преимущество в тех случаях, когда очень важны скорость и надежность передачи сигнала, например, в случае сигнала к бегству у рыб и насекомых, или когданесколько нейронов должны сработать синхронно.
Аналогично у позвоночныхэлектрическое сопряжение через щелевые контакты синхронизирует сокращениясердечно-мышечных клеток, а также клеток гладкой мускулатуры, ответственныхза перистальтику кишечника.Щелевые контакты также есть во многих невозбудимых тканях. В принципе,обмен малыми метаболитами и ионами помогает координировать деятельность от-1782Часть 5.
Клетки в контексте их совокупностиРис. 19.35. Электронные микрофотографии щелевых контактов между фибробластами в культуре.а) тонкий срез, б) препарат, полученный методом замораживания-скалывания. Можно различить большой и маленький щелевые контакты. На сколе каждый щелевой контакт выглядит как скопление однородных внутримембранных частиц. Каждая мембранная частица соответствует коннексону.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
