Селективная проницаемость барьеров между клетками
Плотные контакты создают между клетками барьеры, обладающие селективной проницаемостью.
Основные положения:
- Плотные контакты представляют собой разновидность контактного комплекса, который образуется между соседними эпителиальными или эндотелиальными клетками .
- Плотные контакты регулируют транспорт частиц между эпителиальными клетками.
- Плотные контакты сохраняют полярность эпителиальных клеток, выполняя функцию "загородки", которая предотвращает миграцию белков плазматической мембраны между апикальной и базальной областью .
Межклеточные контакты играют критическую роль в образовании многоклеточных организмов и в обеспечении их жизнеспособности. Вдоль латеральных поверхностей примыкающих друг к другу клеток эпителия и эндотелия могут образоваться три различных типа контактных комплексов . У позвоночных это плотные контакты , адгезивные контакты и десмосомы . У беспозвоночных вместо плотного контакта часто возникает септированный контакт (см. У беспозвоночных септированные контакты аналогичны плотным контактам ). Взаимное положение контактов схематически представлено на рис. 19.43 . Они поддерживают существование обособленных специализированных областей у многоклеточных организмов и регулируют между ними транспорт молекул. Они также предохраняют клетки от химических и физических повреждений. Мы рассмотрим каждый тип межклеточных взаимодействий, начиная с плотного контакта (про адгезивные контакты см. Адгезивные контакты связывают соседние клетки ; о десмосомах см. Десмосомы представляют собой адгезивные комплексы , образованные с участием промежуточных филаментов).
Н на фотографии ультратонкого среза клеток в трансмиссионном электронном микроскопе плотные контакты видны в виде групп небольших контактов (иногда называемых "поцелуями" ). Эти контакты существуют между латеральными мембранами соседних клеток, расположенными напротив. Белки на цитоплазматической стороне мембраны, примыкающей к этим контактам, имеют вид электронно-плотных "облаков". На сколах замороженных суспензий клеток видна другая картина, которая показывает распределение белка в двух липидных монослоях, разделенных в середине плазматической мембраны. При этом плотные контакты имеют вид переплетенной сети тонких фибрилл (или нитей), если белки остаются встроенными в мембрану, или же выглядят как сеть углублений, если в процессе скола произошла потеря белков.
Плотные контакты имеют сложный молекулярный состав. В зоне этих контактов обнаружено более 24 белков, которые можно подразделить на четыре группы: трансмембранных белки, полярные белки, белки цитоскелета и сигнальные белки. Идентифицировано три типа трансмембранных белков: клаудины , окклюдины и контактные адгезивные молекулы, или JAM ( рис. 19.45 ). Клаудины являются основными белками фибриллярных структур плотного контакта, при организации внеклеточных доменов клаудинов в петли формируются селективные каналы в фибриллах. У млекопитающих идентифицировано по меньшей мере 24 клаудиновых белка, и различные их комбинации формируют каналы, обладающие различной проницаемостью по отношению к ионам. Трансфекция клаудиновых генов в клетки, которые в норме их не экспрессируют, приводит к формированию плотных контактов. Окклюдины сополимеризуются с клаудинами вдоль фибрилл плотного контакта, в латеральном направлении, однако их точная функция неизвестна.
Три трансмембранных белка прочно связаны с девятью или более структурными белками, включая актин . Окклюдины также могут связываться с коннексинами , что позволяет предполагать существование структурной и функциональной общности между плотными и щелевыми контактами. Трансмембранных белки способны к эпизодическому связыванию более двенадцати сигнальных белков. Это позволяет предполагать, что плотные контакты играют дополнительную роль в качестве присутствующих на клеточной поверхности организаторов сигнала, подобно тому как это имеет место для фокального адгезивного комплекса на базальной поверхности клеток (подробнее о фокальных адгезиях см. Интегриновые рецепторы участвуют в клеточных сигнальных процессах ).
Многие другие белки зоны плотного контакта, например белки ZO-1 , по своей первичной структуре относятся к семейству мембраносвязанных гуанилаткиназ (MAGUK) . Эти белки содержат три домена, расположенные в характерном порядке. Благодаря этим доменам белки связываются со многими типами белковых мишеней, включая сигнальные белки и элементы актинового цитоскелета . Некоторые из белков зоны плотного контакта содержат также домен PDZ , который дает им возможность связываться между собой. В модельных экспериментах in vitro с использованием интактных и усеченных форм этих белков продемонстрирована возможность образования их различных комбинаций в зоне плотного контакта.
Плотные контакты играют две важные роли. Во-первых, они представляют собой молекулярные структуры, регулирующие параклеточный транспорт (транспорт материалов, происходящий в пространстве между клетками) в эпителиальных и эндотелиальных слоях. (Ранее считалось, что они функционируют в качестве барьеров, блокирующих (предотвращающих) этот транспорт, и, поэтому, контактные зоны назывались zonula occludens.) Этим плотные контакты напоминают "молекулярный фильтр", через который пропускаются молекулы клеточного окружения при прохождении ими границ эпителия и эндотелия. Однако не все фильтры одинаковы, поскольку для каждого вида ткани необходим фильтр, способный удалять определенный набор молекул. Например, для ткани почек не обязательно удалять дымовые частицы. Фактически диапазон размеров частиц, проходящих через плотные контакты за счет свободной диффузии, варьирует между 4 и 40 ангстрем, в зависимости от типа ткани.
Физические барьеры для транспорта ионов и других растворимых компонентов имеют различную природу: ионы проходят мгновенно, а другим растворимым компонентам для прохождения через плотный контакт необходимы минуты или даже часы. Каким образом это осуществляется? Предложенная модель постулирует, что барьер проницаемости в плотном контакте создается за счет слоев пор , несущих селективные заряды и образующих сетчатую структуру, состоящую из хрупких нитевидных структур. Ионы способны проходить через эти поры, однако для прохождения других растворимых компонентов должна нарушиться целостность нитей. По мере разрыва и воссоединения нитей компонент постепенно продвигается через барьер контакта, как показано на рис. 19.46 .
Вторая роль плотных контактов состоит в том, что в структурном и функциональном отношении они делят плазматическую мембрану поляризованных клеток на два домена. Апикальная (от греч. слова apex - вершина) поверхность представляет собой часть плазматической мембраны, которая ориентирована по направлению к полости или к пространству с одной стороны слоя эпителия. Базальная (или нижняя) поверхность представляет собой область с противоположной стороны, которая находится в контакте с внеклеточным матриксом. Латеральные поверхности формируют "стороны" между этими двумя областями. Плотные контакты полностью окружают клетки эпителия и эндотелия вдоль латеральной поверхности по границе апикальной и латеральной зон. Тем самым клетка подразделяется на две области: апикальный и базолатеральный домены. Эти домены разграничивают поверхность клетки на область "вершины" и область "основания", играющие различную роль в контроле трансклеточного перемещения метаболитов (см. Перемещение белков между мембранами ). Хотя мембранные белки могут диффундировать в плоскости каждого домена, они не мигрируют от одного домена к другому через плотные контакты. В этом смысле плотные контакты как бы играют роль "изгороди", благодаря которой поддерживается уникальный молекулярный состав в пределах каждого из двух мембранных доменов.
Полярность плазматической мембраны создается с помощью трех белков: PKC (атипичная протеиназа C) , Par-3 и Par-6 . Эти белки образуют "коровый кластер", играющий, по крайней мере, двоякую роль. Во-первых, они активируют сигнальный белок Cdc42 , стимулирующий полимеризацию актина , контактирующего с плазматической мембраной. Во-вторых, они связываются с окклюзинами, и тем самым формируют правильное расположение плотных контактов в латеральном напрвлении. Изменение степени экспрессии любого из этих белков приводит к нарушению полярности клеточной мембраны.
Смотрите также:
