Десмосома представляет собой адгезивный комплекс
Десмосомы представляют собой адгезивные комплексы, образованные с участием промежуточных филаментов .
Основные положения:
- Основная функция десмосом заключается в обеспечении структурной целостности слоев клеток эпителия за счет связывания их сетей промежуточных филаментов.
- Десмосомы являются компонентами контактного комплекса.
- В десмосомах находится, по меньшей мере, семь белков. Молекулярный состав десмосом различается в зависимости от типа клеток и тканей.
- Десмосомы функционируют как адгезивные структуры и как комплексы передачи сигнала .
- Мутации в белках, входящих в состав десмосом, снижают прочность эпителиальных структур. Эти мутации могут оказаться летальными, особенно если они затрагивают структуру кожи.
Десмосомы являются компонентом контактного комплекса эпителиальных клеток ( рис. 19.43 ). Они также присутствуют между клетками неэпителиального происхождения, например клетками миокарда , печени , селезенки и некоторыми клетками нервной системы . В электронном микроскопе можно наблюдать три характерных особенности десмосом ( рис. 19.54 ):
- Массивные скопления фибрилл, проходящие через щель (в середине десмосомы, около 30 нм в ширину) между плазматическими мембранами двух рядом расположенных клеток.
- Эти фибриллы прикреплены к толстой бляшке электронно-плотного материала, расположенной на цитозольной стороне плазматической мембраны.
- Бляшки, состоящие из электронно-плотного материала, прикреплены к филаментам цитозоля каждой клетки.
Плотный материал, присутствующий на плазматической мембране, состоит из двух структур, внутренней и наружной плотных бляшек. Каждая десмосома довольно мала (средний диаметр составляет около 0,2 мкм), и на участке контакта двух клеток можно видеть несколько десмосом.
Структура десмосомы напоминает подвесной мост: филаменты цитозоля двух соседних клеток связаны между собой посредством внеклеточных филаментов, прикрепленных к "якорным" структурам на плазматической мембране. Поэтому контакт был назван десмосомой, от двух греческих слов: desmos (связь, скрепление, цепь) и soma (тело). Очевидно, что назначение такой структуры состоит в связывании двух клеток друг с другом.
Какими клеточными функциями обладает такой контакт? Вспомним две основные функции контактного комплекса, представленного на рис. 19.43 : контроль межклеточного транспорта и обеспечение устойчивости к физическим нагрузкам, которые воздействуют на ткань эпителия. Поскольку десмосомы особенно характерны для клеток, подвергающихся физическим нагрузкам, например для клеток кожи и сердечной мышцы, биологи думали, что в основном им свойственна вторая из вышеуказанных функций. В соответствии с этим, цитоплазматические филаменты, прикрепленные к плотным бляшкам, были названы тонофиламентами , что должно было отражать приложенную к ним нагрузку (от греч. tonos). Позже оказалось, что эти филаменты являются промежуточными филаментами , т.е. представляют собой основной класс цитоскелетных структур, хотя иногда их все еще называют тонофиламентами.
Помимо фибрилл промежуточных филаментов, в десмосомах идентифицировано, по меньшей мере, еще семь других типов белков, которые организованы в три семейства. Три белка ( десмоглеин , десмоколин 1 и десмоколин 2 ) относятся к подсемейству кадгериновых рецепторов . Эти белки представляют собой основные трансмембранные белки десмосом и являются главными компонентами наружных плотных бляшек ( рис. 19.54 ). Они образуют "связующие филаменты", проходящие через межклеточное пространство, и служат сайтами связывания для цитоплазматических белков, представителей семейства armadillo ( плакоглобина , плакофилинов ) и семейства плакина ( десмоплакина ). Десмоплакин, в свою очередь, связывается с белками промежуточных филаментов во внутренней плотной бляшке. Тонкая структура десмосомы, а также число образующихся десмосом в разных типах клеток варьирует, что отражает разнообразие нагрузок, которые должны выдерживать клетки.
В общем, десмосому можно уподобить "точечной сварке" двух клеток. Наряду с такой структурной ролью, белки десмосомы также играют важную сигнальную роль на поверхности клеток. Например, плакоглобин представляет собой белок, родственный бета-катенину , который связывается с "классическими" кадгеринами адгезивного контакта . бета-Катенин является структурным белком адгезивного контакта, и также способен передавать сигналы в ядро клетки (подробнее о функциях адгезивных контактов см. Адгезивные контакты связывают соседние клетки ). Аналогичным образом, при активации сигнальных рецепторов на поверхности клеток, плакоглобин и плакофилины начинают поступать в ядро , а плакоглобин даже непосредственно связывается с рецепторами фактора роста . В результате этого десмосомы могут контролировать экспрессию многих генов и оказывать существенное влияние на функцию внутриклеточных белков, включая белки других контактов.
Наиболее показательным примером, иллюстрирующим значение функционирования десмосом, является нарушение их структуры. В этом случае слои эпителия становятся очень непрочными, что приводит к легкой травмируемости органов, который они покрывают. Особенно это проявляется в случае кожи, склонной к образованию волдырей. Под микроскопом видно, что, если между эпителиальными клетками отсутствуют десмосомы, то они плохо организованы, не имеют контактных комплексов и расположены небольшими группами, а не образуют единый непрерывный слой.
При разрушении или утрате десмосом развивается ряд заболеваний, которые по своей этиологии подразделяются на две группы. Такие генодерматозы , как, например, ладонно-подошвенная кератодерма или контактный буллезный эпидермолиз , развиваются вследствие мутаций в белках десмосом или полудесмосом соответственно. Аутоиммунные буллезные дерматозы , например вульгарная пузырчатка (pemphigus vulgaris) или буллезный пемфигоид (bullous pemphigoid) , возникают, когда у больных образуются аутоантитела к белкам своих десмосом или полудесмосом соответственно. При болезнях обеих групп наблюдаются глубокие нарушения структуры и функции межклеточных контактов, и заболевание может приводить к смертельному исходу.
Для диагностики и лечения этих заболеваний используют комбинацию методов молекулярной генетики и тканевой инженерии. Мутации в генах белков десмосом обнаруживаются при пренатальном скрининге. Это возможно по крайней мере при генодерматозных заболеваниях. При анализе образца плодной ткани методом ПЦР амплифицируется изучаемый ген (например, десмоколин-1 ). Затем с учетом полиморфизма длины фрагмента рестрикции и/или путем Саузерн-блоттинга анализируется ДНК.
На сегодняшний день методы лечения пациентов с этими заболеваниями в основном сводятся к проведению мероприятий по защите кожных покровов и к соблюдению условий, исключающих образование волдырей. Для больных характерен низкий уровень качества жизни. В настоящее время для лечения болезней, связанных с дисфункцией десмосомальных контактов, исследуется возможность применения искусственной кожи. При замещении поврежденных участков кожи лоскутом, представляющим собой слой здоровых клеток, интегрированных в искусственный внеклеточный матрикс, ученые надеются получить более стабильный и устойчивый к травме кожный покров, способный формировать нормальные десмосомы.
Смотрите также:
