Адгезия клеток Межклеточные контакты
План I. Определение адгезии и её значение II. Адгезивные белки III. Межклеточные контакты Контакты клетка-клетка Контакты клетка-матрикс Белки межклеточного матрикса
Клеточная адгезия – это соединение клеток, приводящее к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Механизмы адгезии определяют архитектуру тела – его форму, механические свойства и распределение клеток различных типов. Определение адгезии
Соединения клеток образуют пути сообщения, позволяя клеткам обмениваться сигналами, координирующими их поведение и регулирующими экспрессию генов. Прикрепления к соседним клеткам и внеклеточному матриксу влияет на ориентацию внутренних структур клетки. Установление и разрыв контактов, модификация матрикса участвуют в миграции клеток внутри развивающегося организма и направляют их движение при репарационных процессах. Значение межклеточной адгезии
Адгезивные белки Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии Белки адгезии Интегрины Ig -подобные белки Селектины Кадгерины
Кадгерины Кадгерины проявляют свою адгезионную способность только в присутствии ионов Ca 2+. По структуре классический кадгерин представляет собой трансмембранный протеин, существующий в форме параллельного димера. Кадгерины находятся в комплексе с катенинами. Участвуют в межклеточной адгезии.
Интегрины Интегрины – это интегральные белки гетеродимерной структуры αβ. Участвуют в образовании контактов клетки с матриксом. Узнаваемым локусом в этих лигандах является трипептидная последовательность –Арг-Гли-Асп ( RGD ).
Селектины Селектины представляют собой мономерные белки. Их N -концевой домен обладает свойствами лектинов, т. е. имеет специфическое сродство к тому или иному концевому моносахараду олигосахаридных цепей. Т. о., селектины могут узнавать определенные углеводные компоненты на поверхности клеток. За лектиновым доменом следует серия из трех-десяти других доменов. Из них одни, влияют на конформацию первого домена, а другие принимают участие в связывании углеводов. Селектины играют важную роль в процессе трансмиграции лейкоцитов в участок повреждения при воспалительной реакции. L- селектин (лейкоциты) E- селектин (эндотелиальные клетки) P- селектин (тромбоциты)
Ig -подобные белки (ICAMs) Адгезивные Ig и Ig -подобные белки находятся на поверхности лимфоидных и ряда других клеток (например, эндотелиоцитов), выступая в качестве рецепторов.
B -клеточный рецептор B -клеточный рецептор имеет структуру близкую к структуре классических иммуноглобулинов. Он состоит из двух одинаковых тяжелых цепей и двух одинаковых легких цепей, соединенных между собой несколькими бисульфидными мостиками. B -клетки одного клона имеют на поверхности Ig лишь одной иммуноспецифичности. Поэтому B -лимфоциты наиболее специфично реагируют с антигенами.
T -клеточный рецептор Т-клеточный рецептор состоит из одной α и одной β цепей, соединенных бисульфидным мостиком. В альфа и бетах цепях можно выделить вариабельные и константные домены.
Типы соединения молекул Адгезия может осуществляться на основе двух механизмов: а) гомофильного – молекулы адгезии одной клетки связываются с молекулами того же типа соседней клетки; б) гетерофильного, когда две клетки имеют на своей поверхности разные типы молекул адгезии, которые связываются между собой.
Клеточные контакты Клетка – клетка 1) Контакты простого типа: а) адгезионные б) интердигитация (пальцевые соединения) 2) контакты сцепляющего типа – десмосомы и адгезивные пояски; 3) контакты запирающего вида – плотное соединение 4) Коммуникационные контакты а) нексусы б) синапсы Клетка – матрикс Полудесмосомы; Фокальные контакты
Архитектурные типы тканей Эпителиальные Много клеток – мало межклеточного вещества Межклеточные контакты Соединительные Много межклеточного вещества – мало клеток Контакты клеток с матриксом
Общая схема строения клеточных контактов Межклеточные контакты, а также контакты клетки с межклеточных контактов образуются по следующей схеме: Элемент цитоскелета ( актиновые - или промежуточные филаменты ) Ряд специальных белков Трансмембранный белок адгезии ( интегрин или кадгерин ) Лиганд трансмембранного белка Такой же белой на мембране другой клетки, либо белок внеклеточного матрикса Цитоплазма Плазмалемма Межклеточное пространство
Контакты простого типа Адгезионные соединения Это простое сближение плазмолемм соседних клеток на расстояние 15-20 нм без образования специальных структур. При этом плазмолеммы взаимодействуют друг с другом с помощью специфических адгезивных гликопротеидов – кадгеринов, интегринов и др. Адгезионные контакты представляют собой точки прикрепления актиновых филаментов.
Интердигитация ( пальцевидное соединение) (№ 2 на рисунке) представляет собой контакт, при котором плазмолемма двух клеток, сопровождая друг друга, инвагинирует в цитоплазму сначала одной, а затем – соседней клетки. За счет интердигитаций увеличивается прочность соединения клеток и площадь их контакта. Контакты простого типа Интердигитация
Контакты простого типа Встречаются в эпителиальных тканях, здесь они образуют вокруг каждой клетки поясок ( зона прилипания); В нервной и соединительной тканях присутствуют в форме точечных сообщений клеток; В сердечной мышце обеспечивают косвенное сообщение сократительного аппарата кардиомиоцитов ; Вместе с десмосомами адгезивные контакты образуют вставные диски между клетками миокарда.
Контакты сцепляющего типа Десмосомы Полудесмосомы Поясок сцепления
Контакты сцепляющего типа Десмосома Десмосома представляет собой небольшое округлое образование, содержащее специфические внутри- и меж клеточные элементы.
В области десмосомы плазмолеммы обеих клеток с внутренней стороны утолщены – за счёт белков десмоплакинов, образующих дополнительный слой. От этого слоя в цитоплазму клетки отходит пучок промежуточных филаментов. В области десмосомы пространство между плазмолеммами контактирующих клеток несколько расширено и заполнено утолщенным гликокаликсом, который пронизан кадгеринами – десмоглеином и десмоколлином. Десмосома
Полудесмосома Полудесмосома обеспечивает контакт клеток с базальной мембраной. По структуре гемидесмосомы напоминают десмосомы и тоже содержат промежуточные филаменты, однако образованы другими белками. Основные трансмембранные белки– интегрины и коллаген XVII. С промежуточными филаментами они соединяются при участии дистонина и плектина. Основной белок межклеточного матрикса, к которому клетки присоединяются с помощью гемидесмосом – ламинин.
Полудесмосома
Поясок сцепления Адгезивный поясок, (поясок сцепления, поясная десмосома) (zonula adherens), – парное образование в виде лент, каждая из которых опоясывает апикальные части соседних клеток и обеспечивает в этой области их прилипание друг к другу.
Белки поясков сцепления 1. Утолщение плазмолеммы со стороны цитоплазмы образовано винкулином ; 2. Нити, отходящие в цитоплазму образованы актином ; 3. Сцепляющим белком выступает E -кадгерин.
Сравнительная таблица контактов сцепляющего типа Тип контакта Соединение Утолщения со стороны цитоплазмы Сцепляющий белок, тип сцепления Нити, отходящие в цитоплазму Десмосома Клетка- клетка Десмоплакин Кадгерин, гомофильные Промежуточные филаменты Полудесмосома Клетка- межклеточный матрикс Дистонин и плектин Интегрин, гетерофильное с ламинином Промежуточные филаменты Пояски сцепления Клетка-клетка Винкулин Кадгерин, гомофильное Актин
Контакты сцепляющего типа Десмосомы образуются между клетками тканей, подвергающихся механическим воздействиям (эпителиальные клетки, клетки сердечной мышцы) ; 2. Полудесмосомы связывают эпителиальные клетки с базальной мембраной ; 3. Адгезивные пояски встречается в апикальной зоне однослойного эпителия, часто примыкая к плотному контакту.
Контакт запирающего типа Плотный контакт Плазмолеммы клеток прилегают друг к другу вплотную, сцепляясь с помощью специальных белков. Тем самым обеспечивается надёжное отграничение двух сред, находящихся по разные стороны от пласта клеток. Распространены в эпителиальных тканях, где составляют наиболее апикальную часть клеток (лат. zonula occludens ).
Белки плотного контакта Основными белками плотных контактов являются клаудины и окклюдины. Через ряд специальных белков к ним крепится актин.
Контакты коммуникационного типа Щелевидные соединения (нексусы, электрические синапсы, эфапсы) Нексус имеет форму круга диаметром 0,5-0,3 мкм. Плазмолеммы контактирующих клеток сближены и пронизаны многочисленными каналами, которые связывают цитоплазмы клеток. Каждый канал состоит из двух половин – коннексонов. Коннексон пронизывает мембрану лишь одной клетки и выступает в межклеточную щель, где стыкуется со вторым коннексоном.
Строение эфапса ( Gap junction)
Между контактирующими клетками существует электрическая и метаболическая связи. Через каналы коннексонов могут диффундировать неорганические ионы и низкомолекулярные органические соединения – сахара, аминокислоты, промежуточные продукты метаболизма. Ионы Ca 2+ меняют конфигурацию коннексонов – так, что просвет каналов закрывается. Транспорт веществ через нексусы
Контакты коммуникационного типа Синапсы Синапсы служат для передачи сигнала от одних возбудимых клеток к другим. В синапсе различают: 1) пресинаптическую мембрану (ПреМ), принадлежащую одной клетке; 2) синаптическую щель ; 3) постсинаптическую мембрану (ПоМ) – часть плазмолеммы другой клетки. Обычно сигнал передается химическим веществом – медиатором : последний диффундирует от ПреМ и воздействует на специфические рецепторы в ПоМ.
Коммуникационные соединения Встречаются в возбудимых тканях (нервная и мышечная)
Коммуникационные соединения Тип Синаптическая щель Проведение сигнала Синаптическая задержка Скорость импульса Точность передачи сигнала Возбуждение/торможение Способность к морфофизиологическим изменениям Хим. Широкая (20-50 нм ) Строго о т ПреМ к ПоМ + Ниже Выше +/+ + Эфапс Узкая (5 нм ) В любом направлении - Выше Ниже +/- -
Плазмодесмы Представляют собой цитоплазматические мостики, соединяющие соседние клетки растений. Плазмодесмы проходят через канальцы поровых полей первичной клеточной стенки, полость канальцев выстлана плазмалеммой . В отличие от десмосом животных, плазмодесмы растений образуют прямые цитоплазматические межклеточные контакты, обеспечивающие межклеточный транспорт ионов и метаболитов. Совокупность клеток, объединённых плазмодесмами, образуют симпласт.
Фокальные контакты клеток Фокальные контакты представляют собой контакты между клетками и внеклеточным матриксом. Трансмембранными белками адгезии фокальных контактов являются различные интегрины. С внутренней стороны плазмалеммы к интегрину прикреплены актиновые филаменты с помощью промежуточных белков. Внеклеточным лигандом выступают белки внеклеточного матрикса. Встречаются в соединительной ткани
Белки межклеточного матрикса Адгезивные Фибронектин Витронектин Ламинин Нидоген ( энтактин ) Фибриллярные коллагены Коллаген IV типа Антиадгезивные 1. Остеонектин 2. тенасцин 3. тромбоспондин
Адгезионные белки на примере фибронектина Фибронектин – гликопротеин, построенный из двух идентичных полипептидных цепей, соединённых дисульфидными мостиками у своих С-концов. Полипептидная цепь фибронектина содержит 7-8 доменов, на каждом из которых расположены специфические центры для связывания разных веществ. Благодаря своей структуре фибронектин может выполнять интегрирующую роль в организации межклеточного вещества, а также способствовать адгезии клеток.
Фибронектин имеет центр связывания трансглутаминазы – фермента, катализирующего реакцию соединения остатков глутамина одной полипептидной цепи с остатками лизина другой белковой молекулы. Это позволяет сшивать поперечными ковалентными связями молекулы фибронектина друг с другом, коллагеном и другими белками. Таким способом структуры, возникающие путем самосборки, фиксируются прочными ковалентными связями.
В геноме человека один ген пептидной цепи фибронектина, но в результате альтернативного сплайсинга и посттрансляционной модификации образуется несколько форм белка. 2 основные формы фибронектина, : 1. Тканевый (нерастворимый) фибронектин синтезируется фибробластами или эндотелиоцитами, глиоцитами и эпителиальными клетками; 2. Плазменный (растворимый) фибронектин синтезируется гепатоцитами и клетками ретикуло-эндотелиальной системы. Виды фибронектина
Функции фибронектина Фибронектин вовлечен в разнообразные процессы: Адгезия и распространение эпителиальных и мезенхимальных клеток; Стимуляция пролиферации и миграции эмбриональных и опухолевых клеток; Контроль дифференцировки и поддержание цитоскелета клеток; Участие в воспалительных и репаративных процессах.
Таким образом, система клеточных контактов, механизмов клеточной адгезии и внеклеточного матрикса играет принципиальную роль во всех проявлениях организации, функционирования и динамики многоклеточных организмов. Заключение
Спасибо за внимание!
