Фибробласты ползут к цели
Клетки ползут, образуя на переднем крае динамичные выросты - псевдоподии разной формы. В псевдоподиях под мембраной клетки полимеризуются актиновые микрофиламенты , которые связываются с миозином и другими белками . Псевдоподии могут прикрепляться к поверхности подложки и, сокращаясь, тянут всю клетку вперед. Таков основной механизм движения. Очевидно, направление движения определяется тем, на каком краю клетки будут образовываться, прикрепляться и сокращаться псевдоподии.
Что же определяет места образования псевдоподий? Для того чтобы лучше это понять, рассмотрим движения одной из клеток, чаще всего используемых в экспериментах, клеток соединительной ткани - фибробластов . Фибробласты, помещенные в культуру и распластавшиеся на плоской подложке, например, на дне чашки Петри со средой, приобретают форму веера или веретена ( Рис фибробласты ). Они поляризованы , то есть образуют псевдоподии лишь на одном или двух полюсах. Эти клетки могут ползти направленно в сторону одного из активных полюсов. Их боковые края неактивны. Благодаря динамике цитоскелета фибробласт может менять форму и направление движений в ответ на изменения окружающего внешнего мира: например, в ответ на изменения питательной среды и поверхности подложки. Ориентировка этих клеток начинается с того, что клетка получает направленный сигнал из внешнего мира. Например, поместим возле одного из краев клетки капилляр и будем из него выпускать в среду раствор веществ, который, попадая на поверхность клетки, вызывает в этом месте поверхности образование псевдоподий; в результате клетка начинает направленно двигаться в сторону сигнала. Это явление называется положительным химиотаксисом . Веществами, вызывающими такой химиотаксис у фибробластов, являются некоторые специальные белки, так называемые факторы роста . Химиотаксические вещества связываются со специальными белками - рецепторами в наружной мембране клетки и активизируют их. Такая активация через какие-то еще неясные промежуточные химические реакции вызывает полимеризацию актина под соответствующим местом мембраны и выпячивание псевдоподии. Если концентрация активирующих веществ с разных сторон клетки различна, то на одном конце клетки будет образовываться и прикрепляться к подложке больше псевдоподий, чем на другом. Контакт с другой клеткой может действовать противоположно химиотаксису: если какой-то участок активного края фибробласта касается поверхности другой клетки, то образование псевдоподий в этом месте края немедленно прекращается; происходит " контактное торможение " или "контактный паралич" этого участка.
Механизмы такого паралича еще неясны, но его биологический смысл очевиден: благодаря параличу клетка не заползает на другую клетку, но, коснувшись ее, поворачивает туда, где есть свободная поверхность подложки. Двигаясь, клетки соблюдают взаимную вежливость. Третий внешний фактор, меняющий распределение псевдоподий - различная адгезивность ("липкость") разных участков поверхности подложки. Например, посадим клетку не на широкое плоское стекло, а на узкий стеклянный цилиндр, диаметр которого лишь немногим больше диаметра самой клетки. Тогда фибробласт начинает выбрасывать псевдоподии во все стороны. Но лишь те псевдоподии, которые выброшены вдоль, а не поперек цилиндра, смогут коснуться свободной поверхности стекла и прикрепиться к ней; псевдоподии, выброшенные поперек стекла, такой подложки не найдут, и клетка втянет их обратно.
Таким образом, во всех случаях под влиянием внешних факторов у клетки возникает первичная поляризация образования и прикрепления псевдоподий. Однако такая поляризация часто очень неустойчива. Чтобы направленно двигаться, клетка должна запомнить и стабилизировать эффект внешних факторов. Эта стабилизация выражается в том, что клетка совсем перестает выбрасывать псевдоподии в тех направлениях, где их прикрепление было менее удачно, и начинает их выбрасывать более эффективно только в наиболее удачных направлениях, например, вдоль цилиндра или ближе к источнику химиотаксического вещества. Такая стабильная поляризация достигается благодаря перестройкам архитектуры двух цитоскелетных систем - актина и микротрубочек . Первой ее стадией является реорганизация актинового кортекса , то есть сети микрофиламентов, расположенной под мембраной всего тела клетки. Как мы знаем, прикрепленные псевдоподии содержат актиновые микрофиламенты, соединенные одним концом с подложкой через мембрану, а другим концом с микрофиламентами в кортексе тела клетки. Там, где прикрепления к подложке прочны, микрофиламенты, пытаясь сократиться, будут тянуть в свою сторону весь кортекс. В тех местах, где прикрепленных псевдоподий больше, натяжение сильнее, и кортекс будет вытягиваться вдоль этого направления натяжений. При этом актиновые микрофиламенты в кортексе будут, натягиваясь, ориентироваться вдоль этого направления. Каким-то неизвестным еще образом ориентировка кортекса определяет места выбрасывания новых псевдоподий: клетка перестает их выбрасывать на тех боковых краях, которые параллельны натяжениям. Эта роль натяжения подтверждена прямыми опытами: если один из участков поверхности клетки растянуть механически микроиглой, то образование псевдоподий в таком участке прекращается. Стабилизация натяжением резко усиливает небольшие количественные различия в числе прикрепленных псевдоподий в разных участках поверхности: происходит качественное разделение поверхности на стабильные и активные участки. У фибробластов для стабилизации формы, кроме актинового кортекса, необходима еще и вторая цитоскелетная система, микротрубочки. Если разрушить микротрубочки колхицином или похожим веществом, то фибробласт теряет вытянутую форму, а его актиновые микрофиламенты в кортексе теряют общую ориентировку. Сосредоточить свои псевдоподии на одном участке края такая клетка не может, даже если имеется ориентирующий внешний фактор, например, цилиндрическая подложка или химиотаксический градиент. Клетка без микротрубочек все время выбрасывает псевдоподии по всему краю во всех возможных направлениях. Разумеется, такая клетка теряет способность направленно двигаться, но совершает лишь бессмысленный "бег на месте".
Таким образом, у фибробластов имеется две степени цитоскелетной стабилизации формы и движений - актиновая и микротрубочковая.
В отличие от фибробластов , у некоторых клеток, слабо вытянутых, например, у лейкоцитов , разрушение микротрубочек почти не меняет форму и движения; очевидно, у таких клеток "работает" одна актиновая стабилизация. Лейкоцит меняет ориентировку и направление движений гораздо чаще, чем фибробласт. Можно сравнить актиновую стабилизацию с кратковременной памятью, которая запоминает эффекты сигналов лишь на небольшое время, а микротрубочковую стабилизацию фибробласта - с долговременной памятью.
Остается нерешенным еще вопрос о механизмах стабилизации: каким образом реорганизация цитоскелета определяет места выбрасывания псевдоподий? Вероятнее всего, актиновые нити и микротрубочки транспортируют на периферию, к определенным клеткам какие-то органеллы, индуцирующие в этих местах полимеризацию новых микрофиламентов и, следовательно, выбрасывание псевдоподий. Действительно, стабилизацию мест образования псевдоподий можно нарушить у фибробластов агентами, нарушающими транспорт органелл, в особенности инъекцией антител к кинезину - известному нам мотору, везущему органеллы к микротрубочкам. Какие именно органеллы регулируют образование псевдоподий, остается пока неясным. Движения фибробластов, как и движения других клеток, удобнее изучать в культуре, чем в организме, хотя бы потому, что только в культуре и подложка (дно чашки Петри), и среда прозрачны, и все детали движений можно наблюдать под микроскопом. Вместе с тем, закономерности, открытые в культуре, имеют общий характер и относятся и к движениям клеток в организме. Это хорошо видно на примере заживление раны
Смотрите также:
