Том 3 (1129748), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Так, например, мутантные мыши, неспособные к выработке фибронектина, погибают на ранних стадиях эмбриогенеза, поскольку их эндотелиальныеклетки не могут сформировать нормальные кровеносные сосуды. Считается, что этотдефект вызван нарушением взаимодействия эндотелиальных клеток с окружающимих внеклеточным матриксом, который в норме содержит фибронектин.Фибронектин представляет собой димер, состоящий из двух очень большихсубъединиц, соединенных с одного конца дисульфидными связями. Каждая субъединица образует ряд функционально разных доменов, отделенных друг от друга гибкойполипептидной цепочкой (рис. 19.72).
Домены, в свою очередь, состоят из меньшихмодулей, каждый из которых периодически повторяется и обычно кодируется отдельным экзоном. Это говорит о том, что, возможно, ген фибронектина, так же как геныколлагенов, возник в результате удвоения экзонов. В геноме человека есть один генфибронектина, содержащий около 50 экзонов сходного размера, однако сплайсингтранскриптов может происходить по-разному, приводя к образованию различныхизоформ фибронектина.
В основном модуле, который называется фибронектиновымдоменом III типа, находятся сайты связывания с интегринами и, следовательно, с поверхностью клеток. Этот домен длиной около 90 аминокислот повторяется в каждойсубъединице по меньшей мере 15 раз. Фибронектиновый домен III типа — одиниз наиболее распространенных белковых доменов у позвоночных.19.6.14. Натяжение, создаваемое клетками, регулирует сборкуфибрилл фибронектинаФибронектин может существовать как в растворимой форме, циркулируяв крови и других жидкостях тела, так и в виде нерастворимых фибрилл фибронектина, в которых фибронектиновые димеры сшиты друг с другом с помощьюдополнительных дисульфидных связей и входят в состав внеклеточного матрикса.Однако, в отличие от молекул фибриллярного коллагена, которые могут собиратьсяв фибриллы в пробирке, молекулы фибронектина образуют фибриллы исключительно на поверхности клеток и только там, где есть соответствующие фибронектинсвязывающие белки, в частности интегрины.
Интегрины связывают фибронектин,находящийся во внеклеточном пространстве, с внутренним актиновым цитоскелетомклетки. Такая связь передает натяжение молекулам фибронектина (предполагается, что эти молекулы прикреплены к какой-то другой структуре) и растягиваетих, в результате чего экспонируются наружу их маскированные (скрытые) сайтысвязывания (рис. 19.73). Это позволяет им связываться друг с другом напрямую19.6. Внеклеточный матрикс соединительных тканей животных 1827Рис. 19.72. Структура димера фибронектина.
а) Электронные микрофотографииотдельных димеров фибронектина при напылении платиной; красными стрелкамиотмечены C-концы. б) Две полипептидные цепочки сходны друг с другом, но, какправило, не идентичны (их кодирует один и тот же ген, однако сплайсинг мРНКпроходит по-разному). Они связаны двумя дисульфидными мостиками вблизиC-конца. Каждая цепь состоит почти из 2 500 аминокислотных остатков и образует пять или шесть свернутых доменов, соединенных гибкими полипептиднымисегментами. Домены содержат сайты связывания определенных молекул иликлеток, что приведено на рисунке для пяти доменов. Для простоты показаныне все известные сайты связывания (например, имеются и другие сайты связывания клеток).
в) Трехмерная структура двух разных фибронектиновых повторовIII типа, определенная кристаллографическим методом. Повтор III типа являетсяосновной повторяющейся единицей в фибронектине. RGD-последовательность(Arg-Gly-Asp) и еще одна интегрин-связывающая последовательность, выделенныекрасным, входят в состав основного сайта связывания клеток и очень важны приустановлении связи с клеткой.
(а — из J. Engel et al., J. Mol. Biol. 150: 97–120, 1981.С разрешения издательства Academic Press; в — из Daniel J. Leahy, Annu. Rev. CellDev. Biol. 13: 363–393, 1997. С разрешения Annual Reviews.)и с другими молекулами фибронектина, формируя фибриллу (рис. 19.74). Эта зависимость от натяжения и необходимость взаимодействия с поверхностью клетокпозволяет фибриллам образоваться именно там, где они нужны, и не допускает ихсборку в неподходящих местах, например в кровеносном русле.Множественные повторы, подобные домену фибронектина III, встречаютсяво многих других белках внеклеточного матрикса, и возможно, что натяжение, приложенное к этим белкам, также выводит наружу маскированные сайты связыванияи тем самым влияет на их полимеризацию.19.6.15. Фибронектины связываются с интегринами с помощьюRGD-последовательностиОдин из способов анализа сложного многофункционального белка, каковымявляется фибронектин, заключается в его расщеплении на фрагменты и определениифункции каждого такого домена по отдельности.
Если воздействовать на фибро-1828Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 19.73. Разворачивание фибронектинового домена типа III при растяжении. В результате растягивания молекулы фибронектина становятся доступными скрытые сайты связывания. Это позволяетвытянутым молекулам образовывать филаменты, см. рис. 19.74. (Из V. Vogel and M. Sheetz, Nat.
Rev. Mol.Cell Biol. 7: 265–275, 2006. С разрешения издательства Macmillan Publishers Ltd.)нектин протеолитическими ферментами в низкой концентрации, то полипептиднаяцепь разрезается по линкерным участкам между доменами, оставляя сами доменынетронутыми. После этого можно показать, что один из доменов связывается с коллагеном, другой с гепарином, третий — со специальными рецепторами на поверхности клетки, и так далее (см. рис. 19.72, б). С помощью синтетических пептидов,соответствующих различным сегментам доменов связывания с клеткой, идентифицировали специфическую последовательность из трех аминокислот (Arg-Gly-Asp,или RGD), которая встречается в одном из доменов III (см. рис. 19.72, в).
Этапоследовательность — важнейший компонент сайта связывания с клеткой. Дажеочень короткие пептиды, в состав которых входит эта RGD-последовательность,способны конкурировать с фибронектином за сайты связывания на поверхностиклеток, ингибируя тем самым прикрепление клеток к фибронектиновому матриксу.Закрепленные на твердой подложке пептиды могут фиксировать на ней клетки.Помимо фибронектина, RGD-последовательность содержат еще нескольковнеклеточных белков, участвующих в связывании клеток с субстратом. Некоторые из них принимают участие в свертывании крови; пептиды, содержащиеRGD‑последовательность, пригодились при создании веществ, препятствующихРис. 19.74. Образование фибронектиновых фибриллна поверхности клетки.
На рисунке представлен передний край мигрирующего фибробласта мыши. Внеклеточный белок адгезии фибронектин окрашен зеленым,а внутриклеточные актиновые филаменты — красным.Сначала фибронектин представлен в виде небольшихточечных гранул вблизи переднего конца клеток. Затемон скапливается в области фокальных контактов (точекприкрепления актиновых филаментов) и образует фибриллы, параллельные актиновым филаментам.
Фибронектин связан с актиновыми филаментами с помощьюинтегринов, пронизывающих клеточную мембрану. Считают, что благодаря этой связи молекулы фибронектинаиспытывают натяжение и разворачиваются. В результатеэтого открываются скрытые сайты связывания, что способствует образованию фибрилл. (С любезного разрешения Roumen Pankov and Kenneth Yamada.)19.6. Внеклеточный матрикс соединительных тканей животных 1829свертыванию крови.
Аналогичным приемом пользуются некоторые змеи: в состав ихяда входят RGD-содержащие белки дезинтегрины, препятствующие свертываниюкрови и остановке кровотечения у жертвы.Рецепторы RGD-содержащих белков на поверхности клетки принадлежатк семейству интегринов. Однако каждый интегрин специфически распознаетсвой небольшой набор молекул матрикса. Это говорит о том, что для прочного связывания недостаточно одной лишь RGD-последовательности. Кроме того,RGD‑последовательность — не единственная последовательность, которую могутраспознавать и связывать интегрины.19.6.16. Клеткам приходится не только вырабатывать матрикс,но и разрушать егоСпособность клеток разрушать внеклеточный матрикс столь же важна, скольи умение его синтезировать и связываться с ним. Например, при регенерации тканинеобходимо быстро демонтировать матрикс; макромолекулы внеклеточного матриксау взрослых животных на вид не претерпевающего никаких изменений, постоянно расщепляются и синтезируются вновь.
Благодаря этому кость, к примеру, может перестроиться так, чтобы эффективнее сопротивляться прилагаемой нагрузке (см. главу 23).Если рассматривать отдельно взятую клетку, то способность разрушать матриксвокруг себя важна для нее по двум причинам: это дает ей возможность делиться,будучи окруженной матриксом, и позволяет ей перемещаться. Как мы уже упоминали,клетки соединительной ткани, чтобы делиться, должны уметь растягиваться. Еслив клетке отсутствуют ферменты, разрушающие окружающий матрикс, либо еслиматрикс оказывается устойчив к их воздействию, она остается запертой и не способнапринять вытянутую форму, так как окружающий ее матрикс непроницаем; в результате клетка вряд ли сможет поделиться, а ее перемещение крайне затруднено.Локализованное расщепление компонентов матрикса также необходимо припересечении базальной мембраны.
Это происходит в норме при ветвлении эпителиальных структур, например желез, и позволяет разрастаться популяции эпителиальных клеток. Сюда же относится миграция лейкоцитов через базальную мембранукровеносного сосуда в ткань при заражении или травме. Есть и не такие безобидныепримеры: деградация матрикса также играет большую роль в распространениираковых клеток по организму и в способности раковых клеток к пролиферациив тканях, в которые они внедрились (см. главу 20).19.6.17. Деградация матрикса происходит вблизи клетокКак правило, компоненты матрикса расщепляются внеклеточными протеолитическими ферментами (протеазами), которые действуют вблизи вырабатывающихих клеток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
