Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 328
Текст из файла (страница 328)
В обоих случаях белковые молекулярные моторы способствуют усилению тока цитоскелетных филаментов и круговороту более крупномасштабных структур. 16.4.8. Ддгезия и натяжение клеток повволяизт им продвигаться вперед Ламеллоподии всех типов клеток разделяют базовую, простую динамическую организацию: сборка актиновых филаментов происходит преимущественно на ве душем конце, а разборка — в отстанзшей части. Однако взаимодействия между клеткой и ее нормальным физическим окружением обычно делают ситуацию более сложной, чем в случае ползания кератоцитов по культуральной чашке.
Особенно важным аспектом локомоции являются тонкие взаимодействия между цитоскелетом 1бд.Цитоскйпетй функционированивияетки 1595 яг '" ' " тввт кэпирующии бвпак диффузия вхтиновых жт мономеров Рис. 16.90. Модель выпячивания антиповой сети на ведущем конце. Показаны двэ момента времени при продвижении лзмеллоподии. Новообразованные структуры во второй момент времени показаны более светлым цветом. Нуклеация опосредуется впереди комплексом Айр. Образующиеся антиповые фила менты зарождаются нв уже существующих и находятся к ним под углом в 70 .
Поскольку фила менты за я корены в уже сущеспгующей структуре, при своем удлинении они толкают ил азмэтическую мембрану вперед. Плюс-концы актиновых филаментов кзпируются с постоянной скоростью. После того как ново- синтезированные филаменты в решетке гидролизуют связанный АТР, они становятся чувствительными к деполимеризации кофилином.
Такой цикл приводит к пространственному разделению суммарной полимеризации филэментов спереди и их суммарной деполимеризации сзади, что позволяет антиповой сети кзк целому продвигаться вперед, несмотря на то что отдельные филэменты по отношению к субстрату остаются неподвижными. и адгезионным аппаратом клетки. Несмотря на то что некоторая степень адгезии к субстрату необходима для любого вида клеточного ползания, прикрепление и ско рость локомоции обычно обратно пропорциональны друг другу, т.е. высокоадгезивные клетки движутся медленнее, чем клетки, слабее прикрепляющиеся к субстрату. Кератоциты так слабо прикрепляются к субстрату, что сила нолимеризацни актина способна проталкивать ведущий конец вперед очень быстро.
С другой стороны, ней роны морского моллюска Ар1ухта, культивируемые на твердом субстрате, образуют болыпие ламеллоподии, прикрепляющиеся к чашке и не способные продвигаться вперед. В таких ламеллоподиях продолжает работать цикл локальной нуклеации актиновых филаментов, деполимеризации старых филзментов и миозин-зависимого сокращения. Но поскольку ведущий конец физически не способен продвигаться вперед, вся актиновая сеть утягивается миозинами назад в сторону тела клетки (рис.
16.92). Лдгезия большинства клеток лежит где-то посередине между этими 1596. Чааь |К Внутренняя организация т(латки вктин - миозин а) Рис. 16 91. Вклад миозина г! в поляризованную подвижность клеток. а) Бил олярные фила менты миозина !! связывают антиповые филаменты в разветвленной сети ламеллоподий и вызывают ее сокращение. Зависимая от миозина переориентация антиповых филаментов в сети приводит к образованию антипового пучка, рекрутирующего еще больше миозина )! и вносящего вклад в создание сократительных сил, необходимых для подтягивания отстающего конца клетки. б) От основного тела клетки посредством микропипетки или обработки определенным соединением можно отделить фрагмент ламеллоподии.
Многие такие фрагменты продолжают быстро передвигаться, сохраняя свойственную интактным нератоцитам организацию цитоскелета. Актин (голубой) образует сеть на переднем конце фрагмента. миозин в (розовый) образует полосу в заднем конце. (Из А, Чеггочзгху ет а!., Сигг. Вюl. 9: 11-20, 1999. С любезного разрешения издательства Евеч)ег) двумя крайностями, и в большинстве ламеллоподий одновременно происходит выпячивание актиновых филаментов вперед (как в кератоцитах) и обратный ток актипа (как в нейронах А)г1узгп). Когда ламеллоподия, филоподия или псевдоподия выпячивается вперед, она способна образовать на переднем конце новьге связи с субстратом, остающиеся не.
подвижными по мере того, как клетка проходит через них. Когда отдельная ламеллоподия оказываегся не способной прикрепиться к субстрату, она обычно поднимается наверх и быстро переносится назад в форме раффла (волны) (рис. 16.93). Сайты прикрепления ведущего конца служат точками заякоривания, по зволяющими клетке сгыдавать на субстрате силы натяжения и проталкивать свое тело вперед. По видимому, натяжение создается моторными белками миозинами, особенно миозином П. Во многих подвижных клетках миозин П концентрируется в задней части клетки, где он может способствовать проталкиванию тела клетки вперед, напоминакицему выдавливание зубной пасты из ткгбика (рис. 16.94; смо три также рис. 16.91).
Амебы 1)гсгуозге(гипг, лишенные миозина П, с нормальной скоростью выпячивают псевдоподии, но перемеп1ение тела клетки у них протекает значительно медленнее. чем у амеб дикого типа. что указывает на важную роль со крашения миозина П в цикле локомоции клетки. Помимо проталкивания тела клетки вперед, сокращение обогащенного актином кортекса на заднем конце клетки может селективцо ослаблять более старые адгезнонные взаимодействия, удерживающие клетку на месте. Миозин П также, вероятно, транспортирует вперед компоненты тела клетки через полярные структуры актиновых филаментов.
16.ф; Ц(втр)агвлет и функ)(иоиирование)сяеуизч . ) 597 ведущий край югвтхи сн,. Н,С СН, НзС вЂ” СН СНОН ( н,с сн нс оо нн НгС СНт г) цитохапазнн Б Рис. 1Б92. Движение антиповой сети назад в ламеллоподии юнуса роста, а) Изображения дифференциальной интерференционной контрастной микроскопии конуса роста нейрона морского моллюска Яр)узга, выращенного на высокоадгезивном субстрате. Микротрубочки и мембранные органеллы располагаются в яркой задней части конуса роста (слева), а сеть актиновых филаментов заполняет ламеллоподию (справа). б) После краткой обработки веществом цитохалазином, кэпирующим плюс-концы антиповых филям енто в (см. таблицу 1б. 2, стр.
1515), акти новая сеть оторвалась от переднего конца и отошла назад. е) В момент времени, показанный на (б), клетки фиксировали и окрасили флуоресцентным фаллоиди ном для того, чтобы исследовать распределение антиповых филаментов. Часть филаментов осталась в ведущем конце, но область за ним полностью лишена филаментов. Обратите внимание на четкую границу движущейся назад антиповой сети. г) Сложная циклическая структура цитохалэзина Б. (о-е, с любезного разрешения Ран) Гогзспег) Силы натяжения, создаваемые движущимися клетками, довольно сильно воздействуют на субстрат (рис. ) 6.95). В животньгх большинство ползакгщих клеток движется по состоящему из внеклеточного матрикса полужесткому субстрату, который может в результате деформироваться и перестраиваться. В культуре движение фибробластов в геле, образованном коллагеновыми фибриллами„приводит к структурированию коллагена и формированикт организованного внеклеточного матрикса, который, в свою очередь, начинает влиять на форму и направление локомоции фибробластов (рис.
(6.96). Аналогично внешнее механическое на- 36.4. Цитоскелет и функционирование клетки 1599 100 мкм Рис. 16.95. Адгезивные клетки налагают на субстрат силы натяжения. Данные фибробласты культивнровались в очень тонком слое силиконового каучука.
Прикрепление клеток и последующее сокращение их цитоск елета привели к образованию складок на субстрате. (Из А. К. Нагие, Р уй)о а об О. 5тора Ы, 5оелсе 208: 177-179, 1980. С любезного разрешения издательства ААА5.) 1б.4З. Представители семейства белков Й)эо вызывают значительные перестройки аитинОВОГО цитоскелета Миграпия клеток требует лальнодействующих взаимодействий и координации между противополож ными концами клетки. При направленной миграции важно, чтобы передний конец ггставатся структурно и функционально отличным от заднего.
Помимо участия в таких локальных механических процессах, как выпячивание спереди и сокращение сзади, цито скелет отвечаег за регуляцию формы, организации и механических свойств на протяжении всей клетки. Рис. 16.96. Структурирование внеклеточного матринса за счет растягивания.
На данной микрофотографии показана область между двумя кусочками сердца зародыша цыпленка (тканевыми эксплантантами, обогащенными фибробластами и сердечными мышечными клетками), выращиваемыми в культуре на коллагеновом геле в течение 4 дней.
Между зксплантантами за счет налагаемых фибробластами сил натяжения образовалась плотная полоса структурированного коллагена. (Из О. 5тора)ганг) А. К. Нагла, Оек Вюс 90: 383-398, 1982. С любезного разрешения издательства Асадегп(с Ргеи.) 1 мм 1600 Часть!Ч. Внутренняя организация клетки т.е. на расстоянии, составляющем для типичной животной клетки десятки микрометров. В большинстве случаев, включая клеточную миграцию, крупномасштабная координация цитоскелета представляет собой формирование полярности клетки, при которой клетка строит различные структуры из различных молекулярных компонентов спереди и сзади или сверху и снизу. Для локомоции в определенном направлении необходима исходная полярность клетки.
Точно регулируемые процессы поляризации клетки также необходимы для ориентированного клеточного деления в тканях и для образования связной, организованной многоклеточной структуры. Наше понимание молекулярных механизмов клеточной полярности основано на генетических исследованиях дрожжей, мушек и червей. Пропессы, приводящие к установлению полярности клеток у позвоночных, только сейчас начали изучаться. Однако во всех известных случаях цитоскелет играет центральную роль, и многие молекулярные компоненты процесса мало изменились в течение эволюции. Глобальная перестройка актинового цитоскелета в ответ на внеклеточные сигналы инициируется различными поверхностными рецепторами. Но внутри клетки все эти сигналы сходятся на группе близкородственных мономерных ОТРаз белкового семейства КЬо: Сс(с42, Вас и тсйо.
Эти же белки участвуют в формировании различных типов клеточной полярности. Аналогично другим представителям суперсемейства Каз, белки КЬо служат молекулярными переключателями, переходя из активного, связанного с ОТР состояния в неактивное состояние, связанное с О1)Р (см. Рис. 3.71). Активация Сг1с42 на плазматической мембране приводит к полимеризации актина и формированию им пучков с образованием филоподий или более коротких выпячиваний клетки— микрошипиков. Активация Кас способствует полимеризации актина на периферии клетки, что приводит к формированию плоских ламеллоподий и мембранных раффлов, обогащенных активом выступов на верхней поверхности клетки (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
