Том 3 (1129748), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Таким образом, они принимают участие как в сборке, таки в расщеплении других компонентов внеклеточного матрикса, включая коллаген.19.6. Внеклеточный матрикс соединительных тканей животных 181519.6.6. Протеогликаны на поверхности клетки действуюткак корецепторыНе все протеогликаны выделяются во внеклеточное пространство. Некоторыеиз них являются интегральными компонентами плазматической мембраны, причем их белок либо встроен в мембранный бислой, либо прикреплен к мембранес помощью гликозилфосфатидилинозитольного (GPI) якоря. Некоторые из этихмембранных протеогликанов работают как корецепторы, действуя совместнос обычными рецепторными белками на поверхности клетки.
Кроме того, некоторыеобычные рецепторы имеют одну или несколько гликозаминогликановых цепей и,стало быть, сами являются протеогликанами.Одними из наиболее изученных мембранных протеогликанов являются синдеканы, у которых кóровый белок пронизывает мембрану, а его внутриклеточныйдомен взаимодействует, как считается, с актиновым цитоскелетом и сигнальнымимолекулами в примембранном слое. Синдеканы расположены на поверхности различных клеток, в том числе фибробластов и эпителиальных клеток.
Синдеканыпринимают участие во взаимодействии фибробластов с матриксом — они изменяютпараметры взаимодействия интегринов с фибронектином на клеточной поверхности,а также с сигнальными белками и белками цитоскелета внутри клетки. Кроме того,синдеканы связываются с FGF и доставляют их к FGF-рецепторам той же клетки.Аналогично этому другой мембранный протеогликан, под названием бетагликан,связывает TGFβ и доставляет их к TGFβ-рецепторам.Значение протеогликанов как корецепторов и регуляторов распределенияи активности сигнальных молекул подтверждает тот факт, что генетическая инактивация протеогликанов влечет за собой тяжелые нарушения развития.
Например,у дрозофилы продукты генов Dally и Dally-like, кодирующих протеогликаныиз семейства глипиканов, с гепарансульфатными боковыми цепями, необходимыдля выполнения сигнальной функции по меньшей мере четырем основным сигнальными белкам, управляющим образованием зародышевых структур (а именно:Wingless, Hedgehog, FGF и Decapentaplegic (Dpp), см. главу 22).
В ряде случаевмутации в генах Dally и Dally-like приводят к тому же фенотипу, что и мутациигенов, кодирующих сами сигнальные белки.Данные о структуре, функциях и локализации некоторых протеогликанов,обсуждаемых в данной главе, суммированы в таблице 19.6.19.6.7. Коллагены — основные белки внеклеточного матриксаФибриллярные белки — не менее важные компоненты внеклеточного матрикса,чем протеогликаны. Среди них в первую очередь выделяются коллагены — семейство фибриллярных белков, представители которого обнаружены у всех многоклеточных животных. Коллагены секретируются в больших количествах клеткамисоединительных тканей, а также, не столь интенсивно, многими другими клетками.Поскольку они являются основным компонентом кожи и костей, у млекопитающихэтих белков больше всего: они составляют 25 % массы всех белков.Молекулы коллагена характеризуются вытянутой, жесткой структурой, образованной тремя коллагеновыми полипептидными цепочками (так называемымиα-цепями), закрученными друг вокруг друга в тройную суперспираль наподобиеканата (рис.
19.62). Коллагены очень богаты пролином и глицином: оба этих остаткапринципиально важны для образования тройной спирали. Пролин, за счет своей1816Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиТаблица 19.6. Некоторые распространенные протеогликаныПРОТЕОГЛИКАНПРИБЛИЗИТЕЛЬНАЯМОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССАБЕЛКАТИП ГЛИКОЗАМИНОГЛИКАНОВОЙЦЕПИЧИСЛОЛОКАЛИЗАГЛИКОЗЦИЯАМИНОГЛИКАНОВЫХЦЕПЕЙ~130хрящАггрекан210 000Бетагликан36 000Декорин40 000хондроитинсульфат ++ кератансульфат (в отдельныхцепях)хондроитинсульфат/дерматансульфатхондроитинсульфат/дерматансульфатПерлекан600 000гепарансульфат2–15Синдекан-132 0001–3поверхностьклеткиDally(у дрозофилы)60 000хондроитинсульфат ++ гепарансульфат (в отдельныхцепях)гепарансульфат1–3поверхностьклетки11поверхностьклетки и матриксчасто встречается в соединительныхтканяхбазальнаямембранаФУНКЦИЯмеханическая поддержка; образуетбольшие комплексыс гиалуроновойкислотойсвязывается с TGFβсвязывается с фибриллами коллагенаI типа и TGFβструктурная и селективная функция базальной мембраныклеточные контакты;связывается с FGFи другими факторами ростакорецептор сигнальных белков Winglessи Decapentaplegicкольцевой структуры, стабилизирует спиральную конформацию каждой α-цепи,а глицин, простейшая аминокислота (боковая цепь состоит всего лишь из одногоатома водорода), является каждым третьим остатком в центральном участке α-цепи,что позволяет трем спирализованным α-цепям плотно прилегать друг к другу с образованием законченной коллагеновой суперспирали.Геном человека содержит 42 различных гена, кодирующих различные коллагеновые α-цепи.
Эти гены, в зависимости от ткани, экспрессируются в различныхкомбинациях. Хотя из 42 α-цепей можно, в принципе, построить тысячи различныхтрехцепочечных коллагенов, в действительности разрешено лишь ограниченноеколичество комбинаций, и на данный момент известно менее 40 типов коллагена.Коллаген I типа особенно широко распространен и является основным коллагеномкожи и костной ткани. Он принадлежит к классу фибриллярных, или фибриллоо‑бразующих, коллагенов, имеющих длинную структуру, напоминающую канат, непрерывную либо прерывающуюся в нескольких местах. Во внеклеточном пространствеэти молекулы коллагена формируют полимеры высшего порядка — коллагеновыефибриллы, представляющие собой тонкие структуры (10–300 нм в диаметре), длинакоторых в зрелых тканях достигает многих сотен микрометров.
Эти структуры хорошо видны на электронных микрофотографиях (рис. 19.63; см. также рис. 19.61).19.6. Внеклеточный матрикс соединительных тканей животных 1817Рис. 19.62. Схема строения типичной молекулы коллагена.а) Модель фрагмента отдельной α-цепи коллагена, в которойкаждый аминокислотный остаток представлен сферой. Цепьвключает в себя около 1 000 аминокислотных звеньев. Поструктуре она представляет собой левую спираль, у которойна один виток приходится три остатка, причем каждый третийостаток — глицин. Стало быть, α-цепь состоит из повторяющихся троек Гли-X-Y, где на месте X и Y может стоять любойаминокислотный остаток (очень часто на месте X находитсяпролин, а на месте Y — гидроксипролин). б) Модель фрагмента молекулы коллагена, в которой три α-цепи, показанныеразными цветами, закручиваются друг вокруг друга, образуятройную спираль.
Единственной аминокислотой, достаточномаленькой, чтобы поместиться в тесном пространстве внутрисверхспирали, является глицин. Вся молекула представляетсобой стержень длиной 300 нм. (По модели B. L. Trus.)Коллагеновые фибриллы часто агрегируют с образованием еще бóльших пучков, похожих на трос,диаметром несколько микрометров, видимых в световой микроскоп как коллагеновые волокна.Коллагены IX и XII типов называются коллагенами, ассоциированными с фибриллами, поскольку находятся на поверхности коллагеновыхфибрилл. Считается, что они связывают фибриллыдруг с другом и с другими компонентами внеклеточного матрикса. Коллаген IV типа, как мы знаем, способен к образованию сетейи формирует основную часть базальных мембран, а молекулы коллагена VII типаобразуют димеры, которые, собираясь вместе, составляют специализированныеРис.
19.63. Фибробласт, окруженный коллагеновыми фибриллами на срезе соединительной тканикожи куриного зародыша. На этой электронной микрофотографии фибриллы образуют примерно перпендикулярные друг другу пучки. Поэтому некоторые из них ориентированы в плоскости среза, а другиепоказаны в разрезе. Коллагеновые фибриллы формируются фибробластами, у которых есть хорошовыраженный эндоплазматический ретикулум, где и синтезируется коллаген. (Из C. Ploetz, E. I. Zycbandans D. E. Birk, J. Struct. Biol.
106: 73–81, 1991. С разрешения издательства Elsevier.)1818Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиструктуры — якорные фибриллы. Якорные фибриллы прикрепляют базальнуюмембрану многослойного эпителия к лежащей под ним соединительной ткании поэтому часто встречаются в коже.Кроме того, известно несколько коллагеноподобных белков, в том числеколлаген XVII типа, имеющий трансмембранный домен и обнаруженный в полудесмосомах, и коллаген XVIII типа, который, как мы уже упоминали, являетсякóровым белком протеогликанов в базальных мембранах.Похоже, что гены многих белков возникли в процессе эволюции в результатенеоднократной дупликации начального фрагмента ДНК, поэтому в таких белкахвстречаются повторяющиеся последовательности аминокислот.
Гены, кодирующиеα-цепи большинства фибриллярных коллагенов, — хороший пример: они оченьдлинные (до 44 тысяч п. н.) и содержат около 50 экзонов. Большинство экзоновсодержит либо 54, либо кратное 54 число нуклеотидов, свидетельствуя о том, чтоэти коллагены возникли в результате многократных удвоений начального гена,содержащего 54 нуклеотида и кодирующего ровно шесть повторов последовательности Gly-X-Y (см. рис.
19.62).В таблице 19.7 дана дополнительная информация о некоторых коллагенах,упоминаемых в этой главе.Таблица 19.7. Некоторые типы коллагена и их свойстваIПОЛИМЕРНАЯФОРМАфибриллаIIфибриллаIIIфибриллаVфибрилла(в комплексе с I)ТИПФибриллообразующиеXIфибрилла(в комплексе с II)Связанные с фиIX связь с поверхбрилламиностью фибриллколлагена II типаОбразующие сетьIV сеть наподобиетканой материиVII якорные фибриллыТрансмембранныеXVII нефибриллярныеК�ровые белки про- XVIII нефибриллярныетеогликановТКАНЬкость, кожа, сухожилия, связки, роговица,внутренние органы(составляет 90 %всего коллагенав организме)хрящ, диски беспозвоночных, хорда, стекловидное тело глазакожа, кровеносныесосуды, внутренниеорганытак же, как IФЕНОТИП МУТАНТОВтяжелые нарушениякостей, ломкостьнедостаток хряща, карликовостьтак же, как IIхрупкая кожа, болтающиеся суставы, частыеразрывы сосудовхрупкая кожа, болтающиеся суставы, частыеразрывы сосудовблизорукость, слепотахрящостеоартритбазальная мембранаболезнь почек (гломерулонефрит), глухотаволдыри на кожеподстилка многослойного плоского эпителияполудесмосомыволдыри на кожебазальная мембранаблизорукость, отслойкасетчатки, гидроцефалия19.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
