Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 370
Текст из файла (страница 370)
Одними из первых существование щелевых контактов показали электрофизиологи, продемонстрировав быстрое и прямое электрическое сопряжение между нейронами некоторых типов. Аналогичным образом было установлено, что шелевые коммуникации опосредуются коннексинами: если мРНК коннексинов ввести в яйцеклетку лягушки либо в культуру клеток, лишенных щелевых контактов, то между такими клетками, соединенными попарно, образуются каналы с ожидаемыми для щелевого контакта 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, сопряженные клетки могут обмениваться своими низкомолекулярными веществами (такими как 1гвог )3аствг%. клетками кпатексте йх явок)сгрести " Рис. 19.33. Определение диаметра межклеточного кенала щелевого соединения. если в одну из двух клеток, соединенных щелевым контактам, ввести флуоресцирующие молекулы разной величины, то в другую клетку будут переходить лишь те из них, у которых молекулярная масса не превышает примерно 1000 дальтон, а более крупные проходить не будут. МУУ вЂ” молекулярная масса. неорганические ионы, сахара, аминокислоты, нуклеотиды, витамины и внутриклеточные ме диаторы: сАМР и инозитолтрифосфат), но не макромолекулами (то есть белками, нуклеиновыми кислотами и полисахаридами) (рпс.
19.33) 19.3.2. Коннексон ц4елевого контакта состоит ив цзести трансмембранных субъединиц Коннексины -- трансмембранные белки с четыры гя трансмембранными домена ми. Шесть таких белков, собираясь вместе, формируют полукапал, или коннексон. Если коннексоны в плвзматических мембранах двух граничащих друг с другом клетсж оказываются соосными, они образуют непрерывный водный канал, соединяющий внутреннее содержимое этих двух клеток (рис. 19.34, а и рнс. 19.35), Щелевой кон такт состоит из многих таких параллельных пар коннексонов и представляет собой что то вроде молекуляторного сита. Коннексоны удерживают взаимодействующие плвзматическне мембраны на фиксированном расстоянии друг от друга — отсюда и название «щелевой контакт».
Щелевые контакты в различных тканях могут иметь разные свойства, поскольку они образованы коннексинами в разнообразных комбинациях, создающих каналы с разной проницаемостью. Большинство клеток вырабатывает несколько типов коннексинов, а два разных коннексина могут образовать гетеромерный коннексон со своими особыми свойствами. Кроме того, соседние клетки, экспресснрующие различные коннексины, могут формировать межклеточные каналы, в которых два соосных полуканала различаются (рис. 19.34, б). Каждое скопление коннексонов представляет со(юй динамическую структуру, которая постоянно собирается, разбирается, перестраивается и может включать в себя от нескольких единиц до многих тысяч коннексонов (см.
рис. 19.35, б). Эксперименты на живых клетках с флуоресцентно мечеными коннексинамн показывают, что новые коннексоны постоянно возникают на границе существующего скопления, а старые коннексоны удаляются из ее центра и разругпаются (рнс. 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: они встраиваются в плазматическую мембрану путем экзоцитоза, подобно другим ин тегральным мембранным белкам, и затем диффундируют в плоскости мембраны до тех пор, пока не наткнутся на скопление и не присоединятся к нему.
Следова тельно, плазматическая мембрана вдали от щелевого контакта должна содержать коннексоны (полуканалы), не спаренные с полуканалами другой клетки. Считается, что такие неспаренпые каналы в норме имеют закрытую конформацию, что предотвращает утечку через них низкомолекулярных соединений. Однако показано, 1зь3,(гутй йервкода веществ изклетММе''клетку таей'г.' Рис. 19З4. Щелевые контакты. а) Показаны соединенные таким контактом плазматические мембраны двух соседних клеток.
Через оба липидных бислоя (показаны красным) проходят белковые структуры, называемые коннексонами; как полагают, каждый коннексон состоит из шести идентичных белковых субъединиц — коннексинов (показаны зеленым), пересекающих липидный бислой.
В результате соединения двух коннексонов образуется непрерывный водный канал, соединяющий одну клетку с другой. б) Сборка коннексонов и межклеточных каналов. Кон- смежные плазматические мембраны канал диаметром т,б нм щель шириной 2-4 нм ексон оит из шести субъединиц два соосных коннексона формируют канал нексоны могут состоять как из одинаковых мономеров, так и из разных, а межклеточные каналы могут быть гомотипическими и гете- ротипическими, а) гомомер гетеромер гомотипический гетеротипический ,коннексины коннексоны ' межклеточные «анапы что в некоторых физиологических условиях они могут открываться и действовать как каналы, пропускаюшие во внеклеточную жидкость небольшие молекулы, на пример нейромедиатор глутамат, или впускаюшие низкомолекулярные вещества внутрь клетки.
19.3.3. Щелевые контакты выполняют разнообразные функции В тканях, содержащих электрически возбудимые клетки, цель сопряжения клеток посредством щелевых контактов очевидна. Например, некоторые нервные клетки электрически сопряжены, что позволяет потенциалам покоя быстро распространяться от клетки к клетке, не задерживаясь на химических синапсах. Это дает преимущество в тех случаях, когда очень важны скорость и надежность передачи сигнала, например, в случае сигнала к бегству у рыб и насекомых, или когда несколько нейронов должны сработать синхронно. Аналогично у позвоночных электрическое сопряжение через шелевые контакты синхронизирует сокращения сердечно мышечных клеток, а также клеток гладкой мускулатуры, ответственных за перистальтику кишечника.
Щелевые контакты также есть во многих невозбудимых тканях. В принципе, обмен малыми метаболитами и ионами помогает координировать деятельность Т784 ЧаСтЬ,Б. ФЕтКИГ 8 КОНтаКСта ИК СОВОК)ГННОСхтн,. ' большой щепевой контакт ембран маленьки щепевой контакт !00 нм ! ! 100 нм а) Рис. 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. (Н.
В. бг(ц)а. гп; Се)! Соптгпцпгсат(оп (В.Р. Сох, ег1), рр. 1-29. Неш Уог(г, УИгеу, 1974.) Рис. 19.36. Обновление коннексина, щего короткую концевую последоват Клетки содержали ген модифицированного коннексина, имеюельносгь, или тэг, с четырьмя цистеиновыми остатками: ...СузСуз-Х-Х-Суз-Суз (Х означает любой аминокислотный остаток). Тетрацистеи новый тэг способен прочно и необратимо связываться с низкомолекулярными флуоресцентными красителями, которые беспрепятственно проникают в клетку через мембрану из культуральной среды.
В экспериментах сначала ввели зеленый краситель, затем клетки отмыли и инкубировали втечение 4 или 8 часов. После этого в среду добавляли красный флуоресцентный краситель, затем отмывали, а препарат фиксировали. Молекулы коннексина, присутствовавшие в клетке к началу эксперимента, пометились зеленым (и совсем не связали красную метку, поскольку их цистеиновые тяги уже занял зеленый краситель), а молекулы коннексина, синтезированные во время инкубации, связались с красным красителем. На рисунках показаны оптические срезы через щепе вые контакты между двумя клетками, обработанными таким образом. Центральная часть каждого скопления окрашена в зеленый цвет, так как содержит старые молекулы коннекс и на, а по краям находится красная область, в которой находятся коннексины, синтезированные за последние 4 или 8 часов.
Чем больше время инкубации, тем меньше центральная зона старых молекул и тем больше периферическая область, в которой находятся пришедшие им на смену новые молекулы. (Из б. ба)етта ет а!., 5сгепсе 296: 503-507, 2002. С разрешения издательства ААА5.) ПОПЕРЕЧНЫЕ СРЕЗЫ инкубвция в течение 4 часов инкубация в течение 8 часов 1 мкм СЕЧЕНИЕ В ПЛОСКОСТИ КОНТАКТА инкубвция в течение 8 часов ! — -! 2 мкм 19.3. Пути перехода веществ из клетки в клетку 1783 отдельных клеток в таких тканях, а также сглаживает случайные флуктуации концентраций низкомолекулярных веществ в различных клетках. Щелевые контакты необходимы, например, в печени, чтобы скоординировать ответ клеток печени на сигналы от нервного окончания, контактирующего лишь с некоторыми клетками (см.
рис. 15.7). Нормальное развитие фолликулов в яичнике также невозможно без шелевых коммуникаций между яйцеклеткой и окружающими ее гранулезными клетками. Мутации в гене, кодируюшем коннексин, в норме опосредуюший контакт между этими клетками, приводят к бесплодию. Мутации в генах коннексинов, в частности коннексина-2б, характерны для всех случаев врожденной глухоты: они приводят к гибели клеток кортнева органа, возможно, из-за того, что они нарушают функционально важные пути тока ионов нз клетки в клетку в этом электричесют активном сенсорном эпителии. Помимо глухоты, мутации в генах коннексинов ответственны за многие другие нарушения, от катаракты хрусталика вплоть до одной из форм демиелинизируюшей болезни периферических нервов.
По-видимому, сопряжение клеток через шелевые контакты также играет роль в эмбриональном развитии. У ранних эмбрионов позвоночных (начиная с восьмиклеточной стадии) большинство клеток электрически сопряжено друг с другом. Когда обособленные группы клеток эмбриона приобретают свои уникальные черты н начинают дифференцироваться, они, как правило, теряют сопряжение с клетками окружающей ткани. Например, когда нервная пластинка сворачивается, замыкаясь, в нервную трубку (см. рис. 19.16), ее клетки теряют сопряжение с лежащей под ней эктодермой.
Однако клетки внутри каждой группы остаются сопряженными друг с другом и поэтому ведут себя как согласованный ансамбль, все участники которого следуют единому пути развития. 19.3.4. Клетки могут регулировать проницаемость щелевых контактов Подобно обычным ионным каналам (см.
главу 11), отдельные каналы шелевого контакта не остаются открытыми постоянно; они могут переходить из открытого состояния в закрытое, и наоборот. Более того, проницаемостыцелевых контактов можно быстро (за секунды) н обратимо снизить, понизив рН цитоплазмы или увеличив концентрацию свободного Саз' в цитоплазме до очень больших значений. Смысл такой зависимости проницаемости от рН неизвестен. Однако в одном случае смысл кальциевой регуляции выяснен. У поврежденной клетки мембрана дает течь. Ионы, концентрация которых в межклеточной жидкости высока, например Ха' или Са"', устремляются в клетку, а ценные метаболиты вытекают наружу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
