Ламинины представляют собой адгезивный субстрат для клеток
Основные положения:
- Ламинины представляют собой семейство белков внеклеточного матрикса (ВКМ), которые находятся практически во всех тканях позвоночных и беспозвоночных.
- Основная функция ламининов заключается в создании адгезивного субстрата для клеток и в обеспечении устойчивости тканей к растяжению.
- Ламинины являются гетеротримерами, состоящими из трех различных субъединиц, которые закручены вокруг друг друга и находятся в суперспиральной конфигурации.
- Гетеротримеры ламинина не образуют фибрилл; они связываются с линкерными белками , которые дают им возможность образовывать во внеклеточном матриксе сложные переплетения.
- С ламининами связано много белков, включая более 20 различных поверхностных рецепторов .
Ламинины представляют собой обширное семейство больших (> 100 кДа) белков внеклеточного матрикса, находящихся в базальной ламине (отсюда их название) и в других местах локализации внеклеточного матрикса во многих тканях. Ламинины экспрессируются в клетках позвоночных и беспозвоночных, и степень гомологии между разными представителями семейства этих белков довольно низкая. Это позволяет предполагать, что ламинины представляют собой эволюционно древние белки, и предшественник современных генов ламининов близок по структуре к единственному гену ламинина беспозвоночного Hydra vulgaris .
Так же как и коллагены , ламинины состоят из трех полипептидных субъединиц, обернутых вокруг друг друга и образующих тройную суперспирализованную структуру. Последовательность, обеспечивающая формирование этой витой структуры у ламининов, составляет семь аминокислот, и в каждой из трех субъединиц находится в многочисленных повторах. Благодаря образованию витой структуры между субъединицами образуется максимальное количество нековалентных связей и обеспечивается устойчивость образующегося тримера. После формирования витой структуры происходит ковалентное связывание субъединиц посредством дисульфидных связей . В витую структуру организуется только часть каждой субъединицы; при этом каждая субъединица также формирует выступающие из спирали "отростки", с помощью которых, как показано на ( рис. 19.14 ) образуется переплетенная структура.
Ламинины представляют собой гетеротримеры: три субъединицы, содержащиеся в одном белке, являются продуктами различных генов и подразделяются на три группы: альфа, бета и гамма. Пока обнаружено пять альфа, три бета и три гамма субъединицы, и некоторые из них за счет дифференциального сплайсинга могут давать дополнительные варианты. Теоретически эти субъединицы могут объединяться, образуя более 100 различных гетеротримерных сочетаний, однако пока их идентифицировано только 16 (они называются изоформами). Тем не менее это количество изоформ позволяет образовываться в одном организме множеству сетеобразных структур, состоящих из различных ламининов. Согласно предложенной системе обозначения ламининов, простая нумерация (ламинин-1, ламинин-2 и т.д.) не используется, а применяется описательная система, включающая перечисление количества различных цепей, входящих в каждую изоформу (например, прежняя изоформа ламинин-5 теперь обозначается как ламинин-332, т.е. она состоит из альфа3-, бета3- и гамма2-цепей).
В отличие от основных классов гликопротеинов , присутствующих во внеклеточном матриксе, ламинины не образуют фибрилл. Они организованы в переплетенные сетеобразные структуры, которые способны противостоять силам растяжения, приложенным к тканям одновременно в нескольких направлениях. Короткие отростки гетеротримера ламинина, представляющие собой N-концевой участок каждой субъединицы, содержат домены, которые связываются с другими компонентами внеклеточного матрикса, образуя переплетенную паутинообразную структуру. На рис. 19.15 представлен показательный пример структуры, образованной ламинином-111 в базальной ламине, где он взаимодействует с такими компонентами ВКМ, как энтактин (также называмый нидоген) , перлекан и коллаген IV . У некоторых субъединиц ламинина эти домены отсутствуют, и механизм полимеризации таких ламининов остается неизвестным. Полученные данные позволяют предполагать, что некоторые из этих ламининов при связывании с матриксом проявляют кооперативный эффект (например, связывание продукта частичного протеолиза ламинина-332 способствует связыванию с матриксом ламинина- 551).
Структурно ламинины близки к коллагенам (для обоих белков характерна структура типа тройной спирали и наличие стержневого домена) и к фибронектинам ) обе группы имеют множественные сайты связывания с рецепторами клеточной поверхности и другими компонентами ВКМ). Черты сходства проявляются и в функциях этих белков. На основании ранних морфологических и биохимических исследований было установлено, что ламинин-1 в большом количестве присутствует в базальной ламине и поддерживает прикрепление и распространение по ней эпителиальных клеток многих типов, происходящее с участием интегриновых рецепторов. Распространение клеток по ламининовой структуре предполагает, что она должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять растяжениям, возникающим при реструктурировании цитоскелета. Многие связанные с ламинином-1 белки (особенно энтактин), играют критическую роль в сборке сетей из этого белка. Как показали иммуногистохимические исследования, экспрессия ламинина-1 происходит уже на стадии 8-клеточных мышиных эмбрионов, что свидетельствует о важной роли, которую этот белок играет в процессе развития.
В дальнейших исследованиях были идентифицированы участки молекулы ламинина, ответственные за адгезию и миграцию клеток , а также были выяснены роли ламининов в процессах развития. Так же как и в случае фибронектинов , частичное переваривание ламининов протеазами было использовано для расщепления интактной молекулы на небольшие функциональные единицы, которые использовались для изучения их связывания с другими белками. Пока в результате этих исследований удалось построить функциональную карту доменов ламинина, которая не выглядит столь подробной, как, например, для фибронектина. Затруднение изучения связано с тем, что ламинин образует непрерывную витую структуру, и отдельные участки разрушаются даже при ограниченном протеолизе.
Известно, что с различными областями молекулы ламининов связано большое количество функций и участков связывания с другими белками. Например, для ламинина-111 идентифицировано более 20 разных рецепторов. Кроме того, как показано на рис. 19.14 , такие множественные сайты, как глобулярные домены, расположенные на С-концевом участке альфа-цепи, играют важную роль в регуляции миграции клеток . Некоторые из этих доменов являются "скрытыми", т.е. они открываются только после предварительного расщепления молекулы. Фактически ограниченное расщепление ламининов представляет собой важнейший механизм контроля процессов миграции и адгезии клеток , происходящих при развитии организма, а также при опухолевом росте . Из основных рецепторов ламинина три относятся к интегринам , наряду с неинтегриновым рецептором с мол. массой 67 кДа и синдекановым семейством геперансульфатпротеогликанов . В свою очередь, эти рецепторы ассоциированы с различными элементами цитоскелета и связываются с различными сочетаниями сигнальных белков , так что каждый ламининовый рецептор по-разному влияет на поведение клеток. Механизмы регуляции клеточного ответа на связывание ламинина исследованы недостаточно.
В клетках организмов с нарушениями базальной мембраны и образования специфического адгезивного комплекса, называемого полудесмосома , обнаружены мутации в субъединицах ламинина-111 и ламинина-332. Эти мутации служат причиной развития многих наследственных кожных заболеваний . В экспериментах с использованием методов обратной генетики , когда в организмах экспрессировались мутантные рекомбинантные ламининовые гены, было показано, что мутации в субъединицах ламинина-211 приводят к нарушениям базальной ламины мышечных клеток , характерной для большинства тяжелых случаев наследственной формы мышечной дистрофии . Исследования на мышах с нокаутом ламининовых генов продемонстрировали роль этих белков в адресовании нейронов к их специфическим клеточным партнерам, а также в образовании базальной ламины в почках.
Смотрите также:
