Сортування і злипання клітин

Механізм сортування і злипання (адгезії) клітин лежить в основі виділення та об’єднання клітин одного типу серед всіх інших. У процесі розвитку клітини “дізнаються” один одного і сортуються в залежності від властивостей, тобто утворюють скупчення і пласти вибірково, тільки з певними клітинами. Цей механізм вкрай важливий при формуванні зародкових листків в ході гаструляції, освіті структур в органогенезу, здійсненні регенеративних процесів і імунних реакцій в постнатальному розвитку.

Початок вивченню сортування та адгезії клітин поклали експерименти Таунса і Гольтфретера. Диссоційовані (див. Розділення) за допомогою ферментів клітини зародка амфібії на стадії гаструли ретельно перемішували і поміщали в культуральне середовище. Спочатку клітини представляли собою безладну суміш, потім клітини ектодерми, мезодерми і ентодерми поділялися (сегрегованого), збиралися в окремі групи, кожна з яких займала свою певну область. Локалізація заново утворених зародкових листків іноді навіть відповідала їх положенню в зародку – ектодерма по периферії агрегату, ентодерми всередині, а мезодерма між ними (рис. 8.14).

Було встановлено, що клітини зародкових листків мають виборче спорідненість один до одного: внутрішня поверхня ектодерми має позитивне спорідненість до мезодермальні клітинам і негативне до ентодермального. Мезодерма в свою чергу має позитивним спорідненістю і до екто-, і до ентодермі.

Численні дослідження, виконані в останні роки, показали, що виборча сортування і адгезія клітин забезпечується наявністю на їх мембранах так званих молекул міжклітинної адгезії (САМ, від англ. Cell-adhesion molecules).

САМ – білки, пов’язані з плазматичною мембраною клітини і забезпечують механічне взаємодія клітин один з одним. Часто вони пронизують мембрану і приєднуються до цитоскелету. У багатьох випадках окрема молекула здатна взаємодіяти не з одним, а з декількома речовинами, для чого служать різні ділянки зв’язування. Зазвичай білки міжклітинної адгезії розташовані кластерами (групами) та утворюють ділянки многоточечного зв’язування.

До молекулам адгезії відносять 4 сімейства білків: кадгеріни, селек-твані, інтегрини і сімейство імуноглобулінів. Опосредуемих ними адгезія може здійснюватися на основі двох механізмів: гомофілія-ного – молекули адгезії однієї клітини зв’язуються з молекулами того ж типу сусідньої клітини, і Гетерофільні, коли дві клітини мають на своїй поверхні різні типи молекул адгезії, які зв’язуються між собою (рис. 8.15 ).

На етапах раннього ембріонального розвитку основна роль в забезпеченні механізму виборчої сортування та адгезії клітин належить кадгерінов. Зупинимося на них більш докладно.

Більшість кадгерінов являють собою один раз перетинають плазматическую мембрану глікопротеїни, що складаються з 700-750 амінокислот. Внутрішньоклітинні домени кадгерінов пов’язані з цитоплазматичними білками Катеніну, а ті, в свою чергу, – з цитоскелетом клітини – актиновими филаментами (рис. 8.16). Кадге-Ріни є Са2 + – залежними, тобто опосередковують клітинну адгезію тільки в присутності іонів кальцію. У відсутність кальцію кадгеріни зазнають значну конформаційну перебудову і в результаті швидко руйнуються ферментами.

До справжнього моменту відомо більше десяти субклассов кадгерінов, кожен з яких кодується окремим геном. Клітини хребетних експресують один або більше типів кадгерінов. Для конкретного типу клітин характерний певний набір експрессіруемих кадгерінов. У табл. 8.2 представлені деякі з них.

Роль кадгерінов у розвитку можна проілюструвати такими прикладами.

На початку дроблення бластомери розташовуються рихло. Потім відбувається компактизації клітин – бластомери туляться один до одного, щільно упаковуються і зв’язуються міжклітинними сполуками (див. Рис. 8.30). Ключова роль кадгерінов в цьому процесі доведена в експериментах. Так, антитіла до Е-кадгерінов блокують компактизації бластомерів, тоді як антитіла, що реагують з багатьма іншими поверхневими молекулами цих клітин, що не мають такої дії. Цей же субклассов молекул адгезії найбільш важливий і при формуванні щільних контактів між клітинами трофобласта в бластоцисти плацентарних ссавців. У зародку трансгенних мишей, позбавлених гена Е-кадгерінов, не формується трофобласт, і зародок НЕ імплантується. Крім Е-кадгерінов важливу роль в імплантації зародка грає Р-кадгерінов. Молекули зазначених субклассов експрессируются на поверхні клітин трофобласта і матки, забезпечуючи прилипання зародка до епітелію матки на початковому етапі цього процесу.

Очевидно, що кадгеріни не менш значущі і на більш пізніх стадіях розвитку хребетних, оскільки їх поява і зникнення корелює з важливими морфогенетическими подіями, при яких тканини відмежовуються один від одного. Так, клітини покривної ектодерми містять Е-кадгерінов. У міру формування нервової трубки та відділення її від покривної ектодерми в клітинах розвивається нервового епітелію зникає Е-кадгерінов і з’являється iV-кадгерінов (і N-CAM) (рис. 8.17). Присутність різних субклассов кадгерінов на поверхні клітин покривної ектодерми і клітин формується нервової трубки забезпечує виборчу адгезію цих клітинних типів при змиканні нервових валиків. Цікаво, що при міграції клітин нервового гребеня з нервової трубки вони втрачають N-кадгерінов (і N-CAM), але знову починають виробляти його пізніше, коли, об’єднуючись, формують нервовий вузол. Експресія CAM цих же двох сімейств на поверхні мігруючих мезенхімальних клітин, що походять з склеротома, призводить до їх об’єднання і подальшого утворення кістки. Механізм виборчої сортування та адгезії лежить в основі і багатьох інших процесів органогенезу, зокрема, формування м’язових волокон при злитті клітин-міобластів, встановлення контактів між аксонами клітин сітківки і нейронами інших відділів зорового аналізатора і т. д.

Встановлено, що число експрессіруемих на поверхні клітин кад-Герін також має значення при їх виборчої сортуванню і адгезії. В експерименті були використовували дві ідентичні клітинні лінії, що відрізняються за кількістю синтезованого Р-кадгерінов. При змішуванні клітин цих двох ліній ті з них, які мали більше число молекул адгезії, демонстрували більш виражене зчеплення один з одним і формували щільну групу. Вона оточувалася клітинами з меншим числом молекул адгезії і, отже, утворюють менш міцні контакти.

У процесі розвитку виборче спорідненість клітин змінюється. Цей факт підтверджується експериментами по реагрегаціі дисоційованому клітин мезодерми курячих зародків. Розділені клітини головної частини мезодерми, де вже були сформовані соміти зародка, після дисоціації легко реагрегіровалі в скупчення, за розмірами рівні Соміт. Диссоційовані клітини із задніх відділів, де ще не утворилися соміти, що не реагрегіровалі з тією ж легкістю.

Порушення дії механізму виборчої клітинної сортування та адгезії в ході органогенезу призводить до формування таких вад розвитку, як незрощення нервової трубки (spina bifida), несмиканіе верхньощелепних кісток та їх піднебінних відростків (ущелина твердого неба). Мутація гена SOX-9 у людини проявляється в порушенні конденсації і адгезії клітин-попередників при формуванні хрящових закладок кісток і призводить до розвитку кампомеліческой дисплазії. Це захворювання виражається в дефектах утворення більшості кісток тіла і закінчується смертю дітей в період новонародженості від дихальної недостатності, викликаної аномаліями хрящів ребер і трахеї.

У постнатальному онтогенезі при порушенні синтезу молекул адгезії може спостерігатися гальмування контактної інгібіції проліферації клітин (див. П. 8.2.1), що приводить до утворення пухлин. Втрата їх клітинами молекул адгезії супроводжується стійкою дестабілізацією міжклітинних контактів і подальшим метастазуванням. Зокрема, порушення синтезу Е-кадгерінов, викликане мутаціями кодують його генів, призводить до розвитку дифузного раку шлунка з раннім метастазуванням і поганим прогнозом.

Таким чином, сортування клітин та їх виборча адгезія поряд з іншими клітинними процесами відіграють важливу роль протягом усього онтогенезу, починаючи з самих ранніх його етапів, забезпечуючи нормальний розвиток і функціонування організму. Як і всі інші механізми розвитку, клітинна сортування і адгезія схильні генетичному контролю.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Сортування і злипання клітин