Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 379
Текст из файла (страница 379)
Оии ие агрегируют с образованием фибрилл во виеклеточиом пространстве, зато связываются через равные промежутки с поверхностью коллагеновых фибрилл. Молекулы коллагеиа 1Х типа связываются с фибриллами, содер. жащими коллагеи П типа в хрящах, а также в роговице и стекловидном теле глаза (рис. 1э.68), а молекулы коллагеиа ХП типа связываются с фибриллами, содержащими коллагеи 1 типа в сухожилиях и многих других тканях. Считается, что коллагеиы, ассоциированные с фибриллами, участвуют во взаи модействии коллагеиовых фибрилл друг с другом и с другими макромолекулами матрикса, помогая выбрать способ организации фибрилл в матриксе.
19.6.11. Клетки участвуют в организации секретируейлых ийяи коллагемовьзх фибрилл, изаземлл матлисемие йлатрикса Клетки взаимодействуют с матриксом как химически, так и механически, при чем, как свидетельствуют исследования иа культурах клеток, подобное механическое взаимодействие может играть огромную роль в устройстве соединительной ткани.
Так, если поместить фибробласты в чашку Петри с ячеистым гелем, образованным случайно ориентированными коллагеиовыми фибриллами, фибробласты натягивают эту сеть, заставляя гель сильно уменьшаться в объеме. Сходным образом группа : 196.,8НВВДЕтОЧгНЫй(З)атРИКССОВДИНИтфяЬНЫХткаИЕйж)490тэиих" 1ВД Рис. 19.68. Коллаген 1Х типа.
а) Молекулы коллагена 1Х типа, образующие периодическую структуру на поверхности фибрилл, содержащих коллаген 11 типа. б) Электронная микрофотография фибриллы, содержащей коллаген 11 типа, покрытой молекулами колл а гена 1Х типа. Использован метод кругового напыления. в) Отдельная молекула коллагена 1Х типа. (б и е— из 1.. Чаибьап ет а1., 2 Сел Вю(. 106: 991-997, 1988. С разрешения издательства тпе яос)г(ейег Нп)уегзйу Ргем.) зв~)з~~.ф;: 100 нм в) фибробластов окружает себя капсулой из плотно упакованных коллагеновых во локон, ориентированных тангенциально. Если два фрагмента эмбриональной ткани положить на коллагеновый гель на удалении друг от друга, то находящийся между ними коллаген преобразу ется в плотный поясок ориентированных волокон, соединяющий эксплантаты (рис.
(9.69). Затем фибробласты мигрируют из эксплантатов по коллагеновым волокнам. Таким обраюм, фибробласты влияют на ориентацию коллагеновых во локон, а волокна, в свою очередь, влияют на распределение фибробластов. Возможно, что подобную роль фибробласты играют и в организации внекле точного матрикса в организме. Сначата они синтезируют коллагеновые фибриллы и правильным образом их ориентируют, а затем поправляют сформированный ими матрикс, продвигаясь по нему и натягивая его. Это способствует образованию сухожилий, связок и плотных слоев соединительной ткани, подстилающих и соеди няюших друг с другом большинство органов.
Рис. 19.69. Механическое воздействие клеток на матрикс. На этой микрофотографии показан участок между двумя фрагментами сердца куриного зародыша (в этой ткани столь же много фибробластов, сколь и сердечно-мышечных клеток). Эти фрагменты культивировались в течение 4 дней на подложке из коллагенового геля. Между эксплантатами образовалась плотная полоска геля, вероятно, из-за того, что фибробласты натягивают коллаген. (Из Р. 5тора(г апд А. К. Нап 1з, Рек Вю(. 90: 383-398, 1982.
С разрешения издательства Асадегп)с Ргем.) 1 мм '(9,6.3 2. Эпвствтм п(звтдвят тквмявт уп(эугость Многие ткани позвоночных, например кожа, кровеносные сосуды и ткань легких, должны быть не только прочными, но и эластичными. Обширная сеть эластических волокон внеклеточного матрикса придает этим тканям необходимую им способность сжиматься после временного растяжения (рнс. (0.70). Эластические волокна могут растягиваться по крайней мере в пять раз сильнее, чем резиновая лента такого же поперечного сечения.
Вплетенные в сеть эластических волокон длинные нерастяжимые коллагеновые фибриллы ограничивают растяжимость всей сети и тем самым предотвращакп разрыв ттсани. Основным компонентом эластических волокон является эластин — весьма гидрофобный белок (длиной порядка 750 аминокислотных остатков), который, подобно коллагену, необычайно богат пролином и глицином, но, в отличие от коллагена, не гликозилирован, содержит небольшое количество гидроксипролина и со всем не содержит гидроксилизина. Растворимый тропоэластин (предшественник эластина в биосинтезе) секретируется во внеклеточное пространство и собирается в эластические волокна вблизи плазматической мембраны, в основном в складках клеточной поверхности. После секреции молекулы тропоэластина образуют мно жество поперечных сшивок друг с другом, создавая обширную сеть эластиновых волокон и слоев. Сшивки образуются между остатками лизина с помощью того же механизма, что и в коллагене.
Белковая последовательность эластина состоит в основном из чередугощихся коротких сегментов двух типов: гидрофобные сегменты, придающие молекуле упругость, и богатые аланином и лизином а спиральные сегменты, участвующие в образовании поперечных сшивок между соседними молекулами. Каждый сегмент кодируется своим отдельным экзоном.
До сих пор не совсем ясно, какую конфор мацию принимают молекулы эластина в эластическом волокне и как структура волокна соотносится с ее упругими свойствами. Предполагают, что часть полипеп тидной цепи эластина, подобно полимерной цепочке каучука, принимает свободную конформацию «случайггого клубка» и что именно это обстоятельство позволяет 1824 .ЧфвтЬб;1()ПВГКИ" ВКОНТЕКетВИКСОВОФПНОфги 100 мкм 3 б) 1 мм а) Рис. 19.20. Эластические волокна. Здесь представлены микрофотографии, полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа: (о) фрагмент аорты собаки при малом увеличении и (б) плотная сеть продольно ориентированных эластических волокон во внешнем слое того же кровеносного сосуда, различимая при большом увеличении. все остальные компоненты удалены воздейсеием ферментов и муравьиной кислоты. (Из К. 5. Нзаз ет а(., Апай. лес.
230: 86-96, 1991. С разрешения издательства ЧЛ)еу-цзз. ) 19.6; ййЕК1)ЕтОЧНЫй.а~втрИКССОЕЭИНВНЕЛЬНЫХтнгеНЕгй1йсцаатмтЫК- .182р, эластическое волокно ПРЕКРАЩЕНИЕ УСИЙИЯ ндтяжение отдельная молекуле эпвстинв Рис. 19.71. Модель, объясняющая упругие свойства эластического волокна. Молекулы связаны друг с другом ковэлентными связями 1паказэны красным), образуя перекрестносшитую сеть. В этой модели каждая молекула злвстинэ в сети может растягиваться в длину и сокращаться, принимэя конформвцию случайного клубка.
Поэтому вся сеть способна растягиваться и возвращаться в исходное состояние подобно резиновой ленте. молекулам, сшитым в единую эластическую сеть, растягиваться и возвращаться в исходное состояние подобно резиновой ленте (рис. 19.71). Эластин -- преобладающий элемент внеклеточного матрикса стенок артерий; он составляет 50'к сухой массы самой болыпой артерии — аорты. Мутации в гене эластина, вызывающие дефицит этого белка у мышей или человека, приводят к уменьшению просвета аорты и других артерий и избыточному делению гладких мышечных клеток артериальной стенки. По видимому, нормальная эластичность артерии необходима для сдерживания пролиферации этих клеток. Эластические волокна состоят не только из эластина.
Эластиновая сердцеви на окружена чехлом из микрофибрилл, каждая из которых имеет диаметр около 10 нм. В развивающейся ткани микрофибриллы возникают раньше и, судя по всему, служат остовом для нарашивания на нем эластина. Структуры из микрофибрилл сами по себе эластичны и в некоторых случаях функционируют без эластина, например, они помогают удерживать хрусталик на его месте внутри глаза. В состав микрофибрилл входят несколько различных гликопротеинов, включая фибрил лин, — большой и очень важный для подержания целостности эластического волокна гликопротеин, связывающийся с эластином. Мутации в гене фибриллина приводят к синдрому Марфина, довольно распространенному генетическому за болеванию человека. В самых тяжелых случаях есть риск разрыва аорты; другие часто встречающиеся симптомы включают в себя смешение хрусталика и нарушения скелета и суставов.
Больные этим заболеванием часто необычайно долговязы; не исключено, что от этой болезни страдал Авраам Линкольн. 1826 Часть 9. Клетки в контексте их совокупности 19.6.13. Фибронектин — внеклеточный белок, способствующий прикреплению клеток к матриксу В состав внеклеточного матрикса входят несколько белков-неколлагенов, имеющих, как правило, мультидоменную структуру, причем каждый домен содержит специфический сайт связывания с другими макромолекулами матрикса и с рецепторами на поверхности клеток. Следовательно, эти белки способствуют как организации матрикса, так и прикреплению к нему клеток.
Кроме того, подобно протеогликанам, они направляют движение клеток в развивающихся тканях, формируя пути, вдоль которых могут мигрировать клетки, либо, наоборот, служа преградой на пути клеток в запрещенные области. Первым из этого класса белков охарактеризован фибронектин, большой гликопротеин, свойственный всем позвоночным и играющий большую роль во взаимодействиях клетки и матрикса. Так, например, мутантные мыши, неспособные к выработке фибронектина, погибают на ранних стадиях эмбриогенеза, поскольку их эндотелиальные клетки не могут сформировать нормальные кровеносные сосуды. Считается, что этот дефект вызван нарушением взаимодействия эндотелиальных клеток с окружающим их внеклеточным матриксом, который в норме содержит фибронектин.
Фибронектин представляет собой димер, состоя1ций из двух очень больших субъединиц, соединенных с одного конца дисульфидными связями. Каждая субъединица образует ряд функционально разных доменов, отделенных друг от друга гибкой полипептндной цепочкой (рис.
19.72). Домены, в свою очередь, состоят из меньших модулей, каждый из которых периодически повторяется и обычно кодируется отдельным экзоном. Это говорит о том, что, возможно, ген фибронектина, так же как гены коллагенов, возник в результате удвоения экзонов. В геноме человека есть один ген фибронектина, содержащий около 50 экзонов сходного размера, однако сплайсинг транскриптов может происходить по-разному, приводя к образованию различных изоформ фибронектина.
В основном модуле, который называется фибронектииовым доменом 111 типа, находятся сайты связывания с интегринами и, следовательно, с поверхностью клеток. Этот домен длиной около 90 аминокислот повторяется в каждой субъединице по меньшей мере 15 раз. Фибронектиновый домен Ш типа — один из наиболее распространенных белковых доменов у позвоночных. 19.б 14. Натяжение, создаваемое клетками, регулирует сборку фибрилл фибронектина Фибронектин может существовать как в растворимой форме, циркулируя в крови и других жидкостях тела, так и в виде нерастворимых фибрилл фибронектина, в которых фибронектиновые димеры сшиты друг с другом с помощью дополнительных дисульфидных связей и входят в состав внеклеточного матрикса.
Однако, в отличие от молекул фибриллярного коллагена, которые могут собираться в 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 цитоскелегом клетки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
