Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 330
Текст из файла (страница 330)
16.100. Сигнальный путь в дрожжевом ответе на фактор спаривания. Внеклеточный фактор спаривания связывается с сопряженным с 6-белком рецептором плазматической мембраны. Активация рецептора инициирует диссоциацию от гетеротримерного 6-белка 6ТР-связанной субъединицы 6п [см. главу 15), что, в свою очередь, активирует 6ТР-связывающий белок семейства Ню — Сбс42. Как и в клетках млекопитающих, Сдс42 активирует белок семейства УУА5р, стимулирующий комплекс АЯР, что приводит к локальной нуклеации витина в сайте связывания фактора спаривания. Локальные нуклеация актина и рост филаментов создают петлю положительной обратной связи, усиливающую активность Сг(с42. Это приводит к сильной активации апо и формина и образованию актинового тяжа, полярному росгу и принятию грушевидной формы.
Более того, активация рецепторов запускает через МАР-киназный каскад другие ответы (см. главу 15), подготавлиеающие гаплоидную клетку к слиянию (не показано). 1бтф. ЦИП)СКЕЯЕХИ()ГУНИЦИОНИРОВаиИЕКЯЕП(И 16О9 Гаплоидные клетки почкующихся дрожжей используют аппарат поляризации и во время вегетативного роста. Для формирования почки, которая впоследствии станет дочерней клеткой, дрожжи должны направить вещества новой плазмати ческой мембраны и клеточной стенки в один конкретный участок. Как и в случае формирования грушевидной клетки.
для этого необходима полярность цитоскелега: большинство актиновых заплат и пучков в растущей почке должны быть ориенти рованы вдоль ее продольной оси. В гаплоидных клетках сайт новой почки всегда собирается рядом с сайтом предыдущей. В данном случае пространственные сигналы, определяющие полярность клетки, исходно присуши клетке, поскольку они остались от предыдущих клеточных делений. Сс)с42 вновь участвует в передаче сигнала от сайта будущей почки к цитоскелету. Большинство белков, участвующих в этом пути у дрожжей, идентифицировали в генетических экспериментах, после чего их гомологи обнаружили в других организмах. где они также часто участвуют в формировании полярности клетки.
16.4.11. Внешние сигналы могут определять направление миграции клеток Хемотгтксис — это движение клеток в направлении, определяемом градиентом диффундирующего вещества. Это особенно интересный случай того, как внешние сигналы активируют белки семейства Иго и формируют клеточную полярность, влияя на организацию описанного выше аппарата клеточной подвижности. Одним из наиболее изученных примеров является хемотаксическое движение одного из классов белых клеток крови, нейтрофилов, в направлении источника бактери альной инфекции.
Рсцепторные белки на поверхности нейтрофилов позволяют им регистрировать очень низкие концентрации ттг формилированных пептидов, об. разующихся из бактериальных белков (только прокариоты начинают синтез белка с гтг формилметионина). При помощи этих рецепторов нсйтрофилы направляются к бактериальным мишеням, улавливая различия в 1'. между концентрацией этих диффундируюших пептидов на противоположных сторонах клетки (рис.
(б. (ОО. Рис. 16.101, Поляризация и хемотаисис нейтрофилов. Из расположенного справа кончика пипетки вытекает небольшое количество пептида формил-МеЬГ.ец-РЬе. Только бактериальные белки несут формилированные остатки метионина, поэтому человеческие нейтрофилы узнают такой пептид как продукт чужеродного организма (см. главу 24). Нейтрофил быстро выпячивает в направлении источника пептидного хемоатграктанта новую ламеллоподию (вверху).
Затем он увеличивает ламеллоподию и поляризует свой цитоскелет таким образом, что сократительный миозин и располагается в основном в заднем, противоположномотламеллоподии конце клетки(вцентрее). Наконец, клетка ползет в направлении источника пептида (внизу). Если бы источником хемоаттрактанта была настоящая бактерия, а не пипетка ученого, нейтрофил бы поглотил и уничтожил ее (см, также рис. 1б.4).
(Из О. О. УУе!пег ет а!., Лгог СеУ Вюс 1: 75-81, 1999. С любезного разрешения издательства Маспхйап Роыввеж | тг(.) б мкм 1бОб Чфсгб 1У; Внутренняяаргаи1вЗВЦия Кдбтин В данном случае и в очень похожем случае хемотаксиса амебы 1)гсгуозсе!гггт в направлении циклического АМР локальная полимеризация акт>ина вблизи рецепторов стимулируется связыванием рецептора со своим лигандом.
Такой ответ в форме полимеризации актина зависит от описанных выше мономерных ОТРаз семейства К)>о. Как и в грушевидных дрожжах (см. рис. 1б.99), клетка образует выпячивание, направленное в сторону сигнала. В хемотаксическнх клетках связывание хемоаэзрактанта с сопряженным с О.Г>елком рецептором активирует фосфоинозитид 3' киназы ( Р13К), катализирующие образование липидной сигналь ной молекулы (РН3,4,5)рз), которая, в свою очередь, акт>твирует СТРазу Кас. Затем Кас активирует комплекс АКР и образуется ламеллоподия (см. рис.
1б.98). По неизвестному механизму полярная актиновая сеть на ведущем конце приводит к дальнейшему локальному увеличению активности Р13К в петле положительной обратной связи, что усиливает инициацию выпячивания. Р1(3,4,5)рз, активирук> щий Кас, не способен диффундировать далеко от своего сайта синтеза, поскольку он Г>ыстро превращается обратно в Р1Р2 конститутивно активной линидфосфата зой. Одновременно связывание хемоаттрактанта с рецептором активирует дру гой сигнальный путь, направленный на К)>г> и усиливающий миозин зависимую сократительную способность.
Эти процессы напрямую ингибируют друг друга, и в результате активация Кас начинает преобладать в переднем конце клетки, а активация К)>о — в заднем конце (рис. 16.102). Это позволяет клетке поддержи е хвмовттрвктвнт А в цвптор Г' в бактерия в в в ~ий конец Рис. 1Б.102. Сигнализация во время поляризации нейтрофилов. Бактерии, проникшие в тело человеке, секретируют молекулы, узнаваемые клетками иммунной системы, в том числе нейтрофилэми, как чужеродные. Связывание бэктериэльных молекул с сопряженными с 6-белками рецепторэми нейтрофилов стимулирует направленную подвижность.
Эти рецепторы располагаются не всей поверхности клетки, но, вероятнее всего, свяжутся с бэктериэльным лигэндом спереди. В поляризэцию клеток вносят вклад две рэзличных сигнальных пути. В переднем конце клетки вблизи бэктериэльного сигнала стимуляция пути Вес приводит посредством тримерного 6-белкэ 6, к росту экти новой сети. Вторичные посредники в этом пути короткоживущи, поэтому выпячивание агрэничивэется областью, наиболее близкой к источнику стимула. Тот же самый рецептор также стимулирует второй сигнэльный путь посредством тримерных 6-белков 612 и 613 (обознэчэемых 612/131, запускающих активацию Вьо.
Зги две пути взаимна исключат друг друга. Поскольку Вэс-зэвисимое вы пячи кение активно нэ переднем конце клетки, Вио активируется только не заднем конце, стимулируя сакрэщенне клетки и способствуя направленному движению. Живай пример эффективности данной сигнальной системы приведен нэ рис. 16.Я. 16.4. Цитоскелет и функционирование клетки 1607 вать функциональную полярность; спереди располагается ламеллоподия, а сзади происходят сокращения. Недиффундирующие химические сигналы, связанные с внеклеточным матриксом или поверхностью клеток, также способны влиять на направление клеточной миграции. При активации рецепторов этими сигналами может увеличиться адгезия клеток и усилиться полимеризация актина. Большинство случаев миграции клеток в животных на большие расстояния, включая движение аксонального конуса роста и миграцию клеток нервного гребня, зависит от сочетания диффундирующих и неподвижных сигналов, направляющих клетки или конусы роста в соответствующие части организма (см.
рис. 15.б2). 16.4.12. Взаимодействие между микротрубочковым и актиновым цитоскелетами координирует поляризацию и локомоцию целой клетки Чтобы организовать постоянное движение в определенном направлении клетки, помимо актиновых филаментов, также используют микротрубочки. Во многих движущихся клетках полимеризация актина в ведущем конце приводит к смешению центросомы на переднюю сторону ядра.
Механизм переориентации центросомы малопонятен, но показано, что в нем участвует белок семейства КЬо Сдс42. Нредполагают, что активация рецепторов на одном конце клетки не только стимулирует полимеризацию актина в этом месте (и, следовательно, локальное выпячивание), но и локально активирует динеин-подобные моторные белки, смещающие центросому за счет взаимодействия с ее микротрубочками.
Несколько эффекторных белков в путях Кпо н Кас напрямую влияют на динамику микротрубочек. Например, активируемая Кас протеинкиназа может фосфорилировать (и, следовательно, ингибировать) связывающий тубулин белок статмин (см. приложение 16.3, стр. 1524 — 1525), дестабилизируя микротрубочки. Активация К1ю, по-видимому, наоборот, стабилизирует микротрубочки. В свою очередь, динамика микротрубочек влияет на перестройку актина. Центросома нуклеирует большое число динамических микротрубочек, и ее перемещение означает, что плюс-концы многих микротрубочек оказываются в выпячивании клетки.
Динамические плюс-концы могут косвенно изменять локальную адгезию и активировать СТРазу Кас, еще сильнее стимулируя полимеризацию актина в ведущем конце путем доставки Кас-ОЕГ, связывающих +Т!Р растущих концов микротрубочек. Таким образом, увеличение концентрации микротрубочек будет способствовать выпячиванию, создавая петлю положительной обратной связи, позволяющую клетке продолжительное время двигаться в одном направлении. Вне зависимости от точного механизма ориентация центросомы увеличивает количество информации о полярности, получаемой актиновым цитоскелетом от внешнего мира. Это обеспечивает чувствительный ответ на слабые сигналы. Сходная кооперативная петля обратной связи действует во многих других случаях поляризации. Особенно интересным примером является убийство определенных клеток-мишеней Т-лимфоцитами. Эти клетки служат важнейшим компонентом адаптивного иммунного ответа позвоночных на инфицирование вирусами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
