<<
>>

СТРУКТУРА МЕЖКЛЕТОЧНОГО КОНТАКТА, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ПАРАЦЕЛЛЮЛЯРНЫЙ ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ

Взаимодействие между, клетками в ткани и соединение различных тканей в организме обеспечивается немембранными структурами, которые называются базальными пластинками. Эти, структуры подставляют собой как бы основу, которая скрепляет клетки и удерживает их вместе.

Несмотря на некоторое функциональное сходство с мембранами, базальные пластинки все-таки нельзя причислить к мембранам хотя бы потому, что они не содержат липидов и не являются непроницаемым барьером для веществ и ионов. Базальные пластинки состоят из полисахаридов, соединенных с белками. Благодаря своим свойствам: вязкости; способности образовывать гели и вызывать адгезию клеток — базальные пластинки не только связывают клетки друг с другом, но и способны поддерживать форму органа в целом.

Базальные пластинки имеют отчетливо выраженное ламеллярное волокнистое строение, напоминающее структуру мембран почечных канальцев, которые осуществляют фильтрацию. По химическому составу базальные мембраны близки к коллагену.

В их состав входят гликопротеины, содержащие дисахаридные цепи в спиральной части волокон и полисахаридные цепи в неспиральных участках. В отличие от коллагена базальные мембраны включают большое количество спиральных участков, S—S-связей и полисахаридных цепей.

Благодаря наличию специфических мест узнавания или изменению форм мембран в некоторых участках взаимодействия клеток внешняя поверхность цитоплазматических мембран многоклеточных организмов играет важную роль в создании межклеточных контактов. Этот термин рекомендуется [41] употреблять в тех случаях, когда имеются промежутки между клеточными поверхностями, заполненные внеклеточным материалом. С целью уточнения механизмов взаимодействия близлежащих клеток используются также термины «межмембранное пространство», «парацеллюлярное пространство», «контактные комплексы».

Межклеточный контакт следует рассматривать как сложно организованную систему, состоящую из ряда специализированных элементов.

Эти элементы четко идентифицируются с помощью электронной микроскопии, однако их номенклатура до настоящего времени достаточно не разработана. В различных тканях контакты, в зависимости от функционального назначения, могут включать и себя те или иные элементы. В настоящем разделе рассмотрены преимущественно межклеточные контакты эпителиоцитов, так как в состав этих контактов входят все известные типы специализированных элементов. К специализированным элементам межклеточных контактов относят: простое соединение, соединение типа «замка», плотное соединение, область слипания, щелевидное соединение, септированное соединение и лестничное соединение. В формировании этих элементов принимают участие все три компонента клеточной поверхности: надмембранный компонент, или гликокаліґкс, плазматическая мембрана и подмембранный компонент.

На рис. 6.2. показаны возможные места контактов между клетками эпителия тонкого кишечника. С помощью электронной микроскопии были обнаружены три типа контактных

Микроворсинки

align=right hspace=7>Плотный

контакт

Овальные

десмосомы

Круглые

десмосомы

Щелевой

контакт

Базальная

пластинка

структур: плотный контакт, щелевой контакт и взаимодействие с помощью десмосом.

В зоне плотного контакта (tight junction) две плазматические мембраны полностью смыкаются, по при этом цитоплазматические пространства двух контактирующих клеток остаются отделенными друг от друга (рис. 6.3).

В таких контактах наружные участки мембран местами сливаются в общий слой толщиной 2—3 нм. Слияние наружных слоев мембран происходит не по всей площади плотного соединения, а представляет собой серии точечных слияний мембран. Эти точечные слияния, пересекаясь образуют сеть, располагающуюся »между апикальными краями контактирующих клеток.

На протяжении более чем ста лет термин «плотное соединение» использовался в качестве описательной системы для пространства контактирующих между собой двух клеток. Благодаря последним сорока годам исследований в данной области,

Цитоплазма

Мембраны

Коннексиновый цилиндр

а)

Рис.

6.3. Схематическое изображение плотного контакта (а) и щелевого контакта (б)

паши воззрения на природу плотного контакта, как своего рода цементирующей массы, значительно изменились. Несмотря на го, что наши знания о строении и функции этого образования еще далеки от идеальных, тем не менее уже сейчас достаточно данных, свидетельствующих о том, что это сложно организованная динамическая мультибелковая структура, избирательно проницаемая для определенных гидрофильных соединений (ионы, нутриенты, лекарства).

Морфологические особенности и регуляторные свойства плотного контакта, а также тот факт, что он является проницаемым для гидрофильных соединений незначительной молекулярной массы свидетельствуют об ограниченности просвета между двумя клетками. Существуют, по крайней мере, две гипотезы, объясняющие это явление. Первая, касается диаметра пор между контактирующими клетками. Так у энтероцитов человека они составляют 0,3—0,6 нм [43]. Благодаря различному

размеру межклеточных пор, наблюдаемых вдоль кишечного тракта одного вида экспериментальных животных, а также их диаметра, обусловленного видом животного, скорости пара- целлюлярного переноса лекарств могут значительно колебаться. Так, например, антагонист Р-адренорецепторов атенолол (log D7a = — 1,9; молекулярная масса — 226) проявляет довольно высокую степень абсорбции в кишечнике собак (90 %) и только половину в организме крыс и человека [44].

Другой представитель этой группы — ксимотерол (log£)74 = = — 10; молекулярная масса — 339) имеет более низкие показатели (у собак 36 %, у крыс и человека соответственно 19 и 9 %).

Увеличение молекулярной массы, за счет присоединения соответствующих заместителей, в полиэтиленгликоле, кардинально меняло степень их парацеллюлярного транспорта. Варьирование молекулярной массой производных полиэтиленгли-, коля (281—591) уменьшало степень абсорбции веществ в кишечнике крыс от 79 до 2 %. Для организма собак, при использовании производных полиэтиленгликоля с молекулярными массами 600—900 этот показатель изменялся в интервале 100—13 %. Предполагается [45], что процессы, происходящие в организме крыс, в большей степени, напоминают аналогичные явления, наблюдаемые в организме человека.

Вторая гипотеза предполагает наличие между контактирующими клетками молекулярной структуры, управляющей проницаемостью щели (канала). В возбудимых мембранах при понижении покоя ниже определенной пороговой величины открываются каналы, по которым ион натрия поступает внутрь клетки. Предполагают, что в состоянии покоя в нервном волокне натриевые каналы закрыты воротами, которые открываются при деполяризации мембраны.

Иногда термин «ворота» применяют не только к каналу, но и к отдельному белку-каналоформеру. Например, на внутренней мембране митохондрий локализована Н+—АТФаза, формирующая канал проницаемости для ионов водорода, по которому они проникают с внутренней поверхности мембраны на наружную.

Наличие гипотетических ворот у контактирующих клеток должно быть отмечено присутствием в области плотного соединения специфических белков. В настоящее время установлено в этой области клеток существование целой группы трансмембранных и цитозольных белков, взаимодействующих не только между собой, но и со структурами цитоскелета.

Первым белком, который был изолирован из плотного контакта, а затем изучен является окклюдин. Его название, в переводе с английского (occludin), указывает на его запирающую (закрывающую) функцию.

Впервые окклюдин был обнаружен в гепатоцитах цыплят [46], а позже в различных клетках многих видов экспериментальных животных [47, 18]. Он относится к мембранным белкам и состоит из четырех доменов. Окклюдин выполняет двойную роль: 1) интеграция всех компонентов плотного контакта; 2) барьерная функция. При этом особое значение в перечисленных процессах имеют ЛЛконцевой участок молекулы окклюдина и его домены, расположенные на поверхности внешней мембраны клеток. Что касается С-концевого участка окклюдина, то ему отводится регуляторная роль, обусловленная его возможностью взаимодействовать с другими белками плотного контакта, которые в свою очередь связаны со структурами цитоскелета.

Таким образом, взаимодействие плотного соединения с цитоскелетом и способность окклюдина к фосфорилированию дают возможность выполнять этим белком регуляторные функции.

Недавно в плотном контакте обнаружено новое семейство специфических белков-окклюдинов. Эта группа белков подобна окклюдину и содержит четыре предполагаемых домена. К настоящему времени количество изученных клаудинов насчитывает 15 разновидностей [49]. Экспрессия клаудинов 1 и 2 в фибробластах, у которых в норме отсутствуют эти белки, показала, что они, наряду с окклюдином, играют значительную роль в процессах парацеллюлярного транспорта (рис. 6.4).

Клетка 1
Клетка 2
С-концевой участок окклюдина
Актин филаментов цитоскелета
Рис. 6.4. Схематическое изображение взаимодействия белков плотного контакта клеток

Считается, что клаудины наряду с кадгеринами отвечают за формирование связи Между однотипными эндотелиальными клетками.

Кроме трансмембранных протеинов, структуру плотного контакта обеспечивают также три цитозольных белка. Они получили название белков, связанных с плотными соединениями (tight junction associated proteins — TJAPs).

Электронно-микроскопические исследования поверхности сколов замороженных тканей показывают, что в этой области клетки опоясаны лентой клеточного контакта иногда называемой «зоной слипания» (zonula occludens). Подмембранный компонент в ней представлен микрофиламентами диаметром 4—7 нм. Отсюда наименование трех представителей TJAPs (ZO-1, ZO-2 и ZO-3).

Первым из трех TJAPs был выделен и идентифицирован белок ZO-1 [50]. Оказалось, что половина А-концевой части

молекулы ZO-1 взаимодействует с С-концевой частью окклюди- на, а вторая половина — с F-актином цитоскелета. Аналогично ведет себя и молекула ZO-2: половина ее А-концевой части взаимодействует с окклюдином, однако вторая — с А-концевым участком ZO-1. И, наконец, ZO-3 взаимодействует с окклюдином и ZO-1. Следовательно, во взаимодействии TJAPs возможны только два комплекса (ZO-1-ZO-2 и ZO-1-ZO-3). Тройственный комплекс в этой системе возникать не может, так как не возникает взаимодействие ZO-2-ZO-3.

Взаимосвязь отдельных компонентов (белков) в составе плотного контакта соседних клеток представлена на рисунке 6.4 148].

Если плотный контакт действительно может избирательно пропускать необходимые молекулы, то этот процесс должен определенным образом регулироваться. Как и во всех иных биологических процессах это могут быть физиологическая, клеточная или молекулярная регуляции. Основным показателем этого явления считается напряженность (диффузионное сопротивление) плотного соединения, изменение силы которой влечет за собой регулирование скорости парацеллюлярного транспорта веществ.

На примере некоторых питательных веществ предполагается 151 ], что их парацеллюлярный перенос является альтернативным, а скорее всего дополнительным процессом в общей цепи пищеварения. Так после употребления пищи, содержащей значительные количества глюкозы и аминокислот, напряженность плотного контакта уменьшается, что приводит к повышению процента всасываемости этих нутриентов парацеллюлярным путем. Более того активация натрий-зависимой системы активного транспорта глюкозы (Глют 1) в значительной степени увеличивает парацеллюлярные процессы.

Не являются исключением гормоны и нейротрансмиттеры (вазопрессин, ангиотензин II, эпинефрин), увеличивающие па- рацеллюлярную биодоступность ряда веществ. Аналогичные свойства отмечены и для цитокинов [48].

Определены некоторые клеточные и молекулярные механизмы регуляции действия белковых структур плотного контакта. Значительную активность по отношению к плотному соединению проявляют вторичные мессенджеры и протеинки- назы, определяя функциональное состояние его барьерной активности. Конечным этапом молекулярной регуляции является фосфорилирование белков плотного контакта и его сокращение или расслабление в системе актин-миозин микрофиламентов. Наиболее чувствительным звеном в общем процессе регулирования функции плотного контакта является фосфорилирование окклюдина. Очевидно с этим процессом связано становление и развитие структурных и барьерных функций плотного контакта.

Найдены и исследованы ингибиторы парацеллюлярного транспорта веществ. Они включают: хелатные комплексы иона кальция (Са2+), желчные кислоты, анионные суфрактанты, жирные кислоты (средней длины), эфиры жирных кислот, фосфорные эфиры.

В опытах на изолированных из аденокарциномы человека монослойных клеток Сасо-2 было показано, что ингибиторы активности плотного соединения действуют в различных концентрациях (от 0,2 цМ карнитинпальмитила до 20 цМ желчных кислот). Механизмы действия этих веществ все еще остаются не выясненными. Существуют различные предположения, которые касаются определенной группы ингибиторов. Все они суммированы в обзорной статье [48] и их механизм действия разбит на несколько биохимических направлений: 1) активация фосфолипазы С; 2) влияние на каскад тирозинкиназа-фосфата- за (ингибирование тирозинкиназы неселективными ингибиторами фосфатазы); 3) увеличение концентрации АТФ.

В связи с обсуждаемой проблемой данной главы, пожалуй, наиболее сложным является вопрос взаимодействия молекул клеточной адгезии и плотного контакта. Межклеточная адгезия определяется в своей основе мембранными белками, принадлежащими к классу кадгеринов (Е, Р и N). Все они являются кальций-зависимыми трансмембранными гликопротеинами.

В их молекулярной структуре обнаружен внеклеточный домен, непосредственно участвующий в межклеточном связывании. Однако он не стимулирует формирование полноценного межклеточного соединения, поскольку для этого необходима и цитоплазматическая часть кадгерина, связывающаяся с внутриклеточными белками из группы катенинов [52].

В эпителиальных клетках были идентифицированы три ка- тенина (а, Р и у). Межклеточные каналы полностью открыты при внутриклеточной концентрации Са2+ ниже КГ7 моль/л и полностью закрыты при концентрации ионов 5-Ю-5 моль/л. В случае повреждения или гибели клетки, с биологической точки зрения, она должна быстро отсоединиться от соседней. При этом происходит значительное повышение внутриклеточной концентрации ионизированного кальция. Он может поступать в клетку через поврежденную мембрану, а также накапливаться вследствие невозможности поврежденной клетки откачивать Са2+ из цитозоля [52]. В свою очередь, хелатирование внеклеточного Са2+ может привести к усилению активности внутриклеточных протеинкиназ с последующим ускорением дезинте- гративных процессов межклеточных соединений. И, наоборот, уменьшение, с одной стороны, парацеллюлярной проницаемости и дезинтеграции межклеточных контактов, с другой, осуществляется низкими концентрациями внеклеточных ионов кальция, ингибирующих активность протеинкиназ, в частности тирозинкиназы.

Любой биологический процесс имеет относительную норму и отклонение (патологию). Не является исключением и барьерная функция плотного контакта. Предполагается, что некоторые воспалительные процессы кишечника обусловлены чрезвычайно высокой степенью парацеллюлярной проницаемости этой ткани. Низкая проницаемость легочной эпителиальной ткани приводит к некоторым аллергическим реакциям [53].

В отдельных местах между клетками могут встречаться обширные межклеточные зоны со щелью между соседними клетками шириной 10—20 нм (рис. 6.3). В этой области к мембране со стороны цитоплазмы прилегают микрофиламен- ты диаметром 6,0 нм [39, 41, 42].

В условиях щелевого контакта (gap junction), ионы кальция могут играть важную роль в процессах связывания. Высокие концентрации ионов кальция приводят к «закрытию» щелей.

Структура щелевых контактов детально изучена с помощью электронной микроскопии. Оказалось, что эта область устлана глобулярными белковыми субъединицами, которые расположены таким образом, что образуют правильные полигональные структуры решетчатого типа с периодом 10 нм. Они образуют своего рода канал с внешним диаметром 8 и внутренним — 2 нм. Глобулярные белки в области щелевых контактов получили название коннексонов. Каждый коннексон состоит из шести субъединиц — коннексинов. Они принадлежат к над- семейству белков, обеспечивающих клеточную адгезию. В результате соединения двух коннексонов образуется канал, связывающий близлежащие клетки. Такие соединения у различных видов животных могут иметь различные свойства. В настоящее время установлены гены, кодирующие структуру коннексинов.

Щелевой контакт, включающий соответствующий канал диаметром 1,5 нм пропускает вещества, имеющие небольшую молекулярную массу (неорганические ионы, сахара, аминокислоты, нуклеотиды, витамины). Они практически непроницаемы для белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов. Для АТФ и циклической АМФ отмечена возможность транспорта посредством щелевого контакта [42].

На наружной поверхности цитоплазматической мембраны находятся десмосомы — круглые, овальные и полусферические структуры, размер которых постоянен у разных клеток и равен в диаметре 0,2 нм (рис. 6.1, 6.5). Наряду с этим существуют клетки, лишенные десмосом. От десмосом вглубь цитоплазмы, каждой из контактирующих клеток на расстояние до 4 нм тянутся фибриллы.

мембраны

Рис. 6.5. Схематическое изображение десмосомы

Одна и та же клетка может взаимодействовать с соседними клетками, и с помощью плотных контактов, и десмосомами, и через щелевые контакты.

Как следует из рис. 6.2 в той области клеточной поверхности, где осуществляется межклеточное взаимодействие, расположено бесчисленное число микроворсинок. Увеличение с их помощью клеточной поверхности ускоряет обмен веществ и их транспорт. В клетке все системы находятся в тесной взаимосвязи.

В том случае, когда клетка одновременно контактирует с несколькими, целесообразно выделить область, ее контакта с одной соседней клеткой, так называемую «контактную площадку». Под контактной площадкой следует понимать совокупность специализированных элементов и их комплексов, участвующих в контакте одной клетки с соседней. Совокупность всех контактных площадок, принадлежащих одной клетке, образует ее контактную поверхность.

Таким образом, можно выделить несколько структурных уровней организации межклеточного контакта: специализированные элементы (соединения), комплексы элементов, контактные площадки и контактную поверхность.

Определяя функции межклеточных контактов представляется вполне оправданным назвать как основную — системообразующую и барьерную. Можно выделить два вида системообразующей функции — связывание элементов системы между собой и отграничение данной системы. Системообразующая функция межклеточных контактов выражается, во-первых, в осуществлении связей между клетками (механической, ионной, макромолекулярной и, возможно, других) и, во-вторых, в установлении и поддержании барьеров с избирательной проницаемостью в организме.

Барьерная функция межклеточных контактов обеспечивает разграничение внутренней среды организма и внешней среды, а также различных полостей тела, в том числе и изоляцию межклеточной области. Эта функция в наиболее выраженной степени свойственна межклеточным контактам эпителиальных тканей. Барьерная функция, во-первых, проявляется в предотвращении проникновения тех или иных веществ или частиц через клеточный пласт; во-вторых, может выражаться в обеспечении избирательного перехода молекул через межклеточный контакт. По-видимому, межклеточные контакты представляют собой одну из основных структур, входящих в состав гистогематических барьеров.

6.3.

<< | >>
Источник: Головенко М. Я.. Фізико-хімічна фармакологія: Монографія. — Одеса: Астропринт,2004. —720 с.. 2004

Еще по теме СТРУКТУРА МЕЖКЛЕТОЧНОГО КОНТАКТА, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ПАРАЦЕЛЛЮЛЯРНЫЙ ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ:

  1. МЕМБРАННЫЕ СТРУКТУРЫ КЛЕТКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КИНЕТИКУ ТРАНСЦЕЛЛЮЛЯРНОГО ТРАНСПОРТА
  2. ОПИСАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ВЕЩЕСТВ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ
  3. ВИРТУАЛЬНЫЙ СКРИНИНГ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ИЗВЕСТНОЙ СТРУКТУРЕ РЕЦЕПТОРА
  4. Перерваний статевий контакт (1).
  5. ДЕЛОВЫЕ КОНТАКТЫ
  6. КОНТАКТ С ЯДОВИТЫМИ ЖИВОТНЫМИ И РАСТЕНИЯМИ (X20-X29)
  7. ТРАНСПОРТ ВОДЫ
  8. активный транспорт
  9. Вождение транспорта при аритмиях
  10. ЧЕМ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ?
  11. ИСПЫТАНИЕ НА ГИСТАМИНОПОДОБНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ВАЗОДЕПРЕССИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА)
  12. ОТСЕКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СПЕЦИФИКУ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЛЕКАРСТВА В ОРГАНИЗМЕ
  13. Организация и структура первичной медико-социальной помощи городскому населению. Структура городской поликлиники
  14. НЕСЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ НА ВОДНОМ ТРАНСПОРТЕ (V90-V94)
  15. 11.4. Повреждения рельсовым транспортом, нетипичные для железнодорожной травмы
  16. Схема комплексного изучения здоровья и факторов, его определяющих
  17. НЕСЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ НА ВОЗДУШНОМ ТРАНСПОРТЕ И ПРИ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТАХ (V95-V97)