Тема доклада Взаимодействие клеток 1 Взаимодействие клеток 2

Тема доклада: Взаимодействие клеток 1. Взаимодействие клеток. 2. Экстраклеточный матрикс. 3. Межклеточные контакты 4. Десмосомальное, щелевое, плотное соединение. Структура и функции 5. Дифференцировка клеток и ее связь с экспрессией генов. 6. Как клетки узнают друга? 7. Контактное торможение 8. Отличие нормальных клеток от опухолевых Магистрант 1 курса Афошин А. С.

Взаимодействие клеток • 1) Межклеточные контакты У растений – плазмодесмы (тяжи цитоплазмы, соединяющие соседние клетки); у животных – нексусы (участки контакта мембран соседних клеток, содержащие белковые гидрофильные каналы). Через них клетки могут обмениваться веществами, в том числе сигнальными (например, нексусы между кардиомиоцитами обеспечивают распространение возбуждения по миокарду). • 2) Через тканевую жидкость Тканевые гормоны – это вещества (в основном пептиды), которые распространяются путем диффузии в тканевой жидкости и оказывают влияние только на соседние клетки, поскольку разрушаются в течение нескольких секунд. Например, гистамин – образуется в лейкоцитах, расширяет капилляры и повышает их проницаемость (организует воспаление). • 3) Через кровь (гормональная) Гормоны – это биологически активные [т. е. действующие в микроскопических концентрациях] вещества, выделяемые в кровь железами внутренней секреции. Например, при стрессе надпочечники выделяют гормон адреналин, который усиливает работу нервной и сердечнососудистой систем. • 4) Нервная Передача сигнала по отросткам нервных клеток происходит электрохимическим путем (очень быстро). Передача сигнала с нейрона на следующую клетку происходит с помощью сигнального вещества медиатора в специальном клеточном контакте – синапсе. В основе работы нервной системы лежат рефлексы, например, отдергивание руки от горячего чайника.

Экстраклеточный матрикс Внеклеточный матрикс (англ. extracellular matrix, ECM) — внеклеточные структуры ткани (интерстициальный матрикс и базальные мембраны)

Экстраклеточный матрикс Функции: 1) разделяет группы клеток, препятствуя контакту между ними; 2) служит средой для миграции клеток; 3) может индуцировать дифференцировку клеток.

Клеточные контакты: общая схема

Межклеточные контакты – это … • … специализированные клеточные структуры, скрепляющие клетки при формировании тканей, создающие барьеры проницаемости и служащие для межклеточной коммуникации.

Функциональные типы МКК: МКК 1. Замыкающие (плотные) контакты 2. Адгезивные (прикрепительные) контакты 3. Коммуникативные (проводящие) контакты

Замыкающие (плотные) контакты: • формируют в слое клеток барьер проницаемости, разделяющий различные по химическому составу среды (например, внешнюю и внутреннюю среды) и препятствующий проникновению веществ через межклеточные пространства. zonula occludens = поясок замыкания

Примеры замыкающих контактов: • морула и трофобласт (эмриогенез), • альвеолоциты лёгких, • эндотелий сосудов, • эпителий кишечника и почек

Функции плотных контактов: 1) Механически соединяют клетки эпителия между собой → эпителиальный пласт. 2) Обеспечивают барьер проницаемости парацеллюлярного (межклеточного) пути транспорта большинства веществ через эпителий, т. е. вещества избирательно транспортируются только через мембраны и цитоплазму клеток. 3) Сохраняется функциональная полярность клеток эпителия. На апикальной (смотрящей в просвет органа или на поверхность тела) поверхности локализованы одни белки, а на базолатеральной (нижне-боковой) — другие белки.

ПЛОТНЫЕ КОНТАКТЫ: • Для поддержания целостности плотных контактов необходимы двухвалентные катионы Mg 2+ и Ca 2+. • Контакты могут динамично перестраиваться (вследствие изменений экспрессии и степени полимеризации окклудина) и временно размыкаться (например, для миграции лейкоцитов через межклеточные пространства).

Адгезивные (прикрепительные) контакты 0, 1 мм ü Механически скрепляют клетки между собой, с межклеточным матриксом или базальной пластинкой. ü Образуются между клетками тех тканей, которые могут подвергаться трению, растяжению и другим механическим воздействиям (например, эпителиальные клетки, клетки сердечной мышцы).

Десмосома – самый распространённый и сложноорганизованный МКК: • Со стороны цитоплазмы к десмосомам прикрепляются 1 промежуточные филаменты (кератиновые или десминовые) которые формируют в цитоплазме сеть, обладающую большой прочностью на разрыв. • Через десмосомы промежуточные филаменты соседних клеток объединяются в непрерывную сеть, охватывающую всю ткань.

Ультраструктура десмосомы: • 2 Десмосома в примембранном пространстве представлена пластинкой прикрепления, состоящей из 12 типов адапторных белков (десмоплакин), которые соединены с промежуточными филаментами. 3 • Белки клеточной адгезии, Десмосома = пятно слипания (macula adherens) формирующие десмосомы - кадгерины, являются трансмембранными Са 2+ связывающими белками; обеспечивают гомофильное соединение клеток, когда между собой соединяются две одинаковые по строению молекулы белка.

Разновидности десмосом: С нарушением функции десмосом связаны кожные болезни, которые объединены под названием «пузырчатка» (pemphigus). • Существуют 3 типа десмосом - точечные, опоясывающие и полудесмосомы (гемидесмосомы). • Точечная десмосома представляет собой небольшую площадку (диаметром до 0, 5 мкм), соединяющую мембраны двух соседних клеток. Количество точечных десмосом на одной клетке может достигать 2. 000. • Полудесмосомы – контакты, образующиеся между клетками и внеклеточным матриксом.

С нарушением функции десмосом связаны кожные болезни, которые объединены под названием «пузырчатка» (pemphigus). • Обычно они имеют аутоиммунную природу, хотя сходные патологии могут быть и наследственными. • При пузырчатке антитела атакуют белки десмосом - десмоглеины. У больных образуются пузыри, так как слои эпидермиса разрываются, часть его клеток гибнет, а в образующиеся полости поступает межклеточная жидкость. • При нарушении функции гемидесмосом (полудесмосом) развивается буллёзный эпидермолиз (врожденная, буллёзная пузырчатка). При малейшем механическом воздействии эпидермис кожи отстаёт от базальной пластинки, под ним образуются пузыри с серозным или геморрагическим содержимым. Одна из причин этого заболевания — мутации гена коллагена XVII. Данный вариант заболевания наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Поясок слипания: • • 1 2 • Zonula adherens = поясок слипания Целиком окружает клетку и обеспечивает прилипание (адгезию) соседних клеток. Со стороны цитоплазмы формируется электронноплотными пластинками, состоящими из актиновых филаментов, «пришитых» к плазмолемме вспомогательными адапторными белками (αактинин, винкулин, катенин). В межмембранном пространстве МКК обусловлен взаимодействием трансмембранных белков – 3 кадгеринов.

• Рецепторные белки матрикса связывают волокна матрикса с рецепторами мембраны, которые в свою очередь через линкерные (адаптерные) белки соединяются с актиновыми филаментами цитоскелета, которые могут натягивать контакт.

Индукция размножения Индукция псевдоподий актин • В фокальных контактах содержатся также специальные регуляторные белки (киназы - К), которые могут менять состояние и прочность контакта. Красным пунктиром обозначены гипотетические пути проведения сигналов от фокальных контактов в клетку. Через ряд промежуточных белков (красные круги) такие пути могут активировать размножение клеток и вызывать образование новых псевдоподий на поверхности клетки.

Функции прикрепительных контактов: • Механически скрепляют клетки между собой, с межклеточным матриксом или базальной пластинкой. • Стабилизируют цитоскелет, размеры и форму клеток; поддерживают структурную целостность ткани. • Обеспечивают двигательные реакции клеток (амебоидное движение). • Участвуют в клеточном сигналлинге. Цитоскелет кератиноцита.

• Адгезивные контакты образуются между (1) соседними клетками (десмосомы, пояски слипания) или между (2) клетками и межклеточным веществом (полудесмосомы, фокальные контакты).

МКК Клетка + МВ Десмосома Поясок слипания Полудесмосома Фокальный контакт Трансмембранные белки: кадгерины интегрины Белки цитоскелета: § промежуточные филаменты § актиновые микрофиламенты

Коммуникационные контакты: Коммуникационные МКК 1. Щелевые контакты (нексусы) 2. Синапсы

Щелевые контакты (нексусы): • Нексусы – это способ соединения клеток в организме с помощью белковых каналов (коннексонов). • Через щелевые контакты могут непосредственно передаваться от клетки к клетке малые молекулы (с молекулярной массой примерно до 1. 000 Д). Щелевые контакты (нексусы) обеспечивают ионное и метаболическое сопряжение (взаимодействие) клеток.

Щелевые контакты (нексусы): • Отдельные коннексоны (по несколько десятков и сотен) сосредоточены на ограниченных по площади участках мембран —бляшках (англ. plaque) диаметром 0, 5 -1 мкм. • В области нексуса мембраны соседних клеток сближены, расстояние между ними составляет 2 -4 нм. Структурную основу щелевого соединения (нексуса) составляют коннексоны - каналы, образуемые шестью белками-коннексинами.

Функции щелевых контактов: • В нервной системе щелевые контакты - один из способов передачи возбуждения между нейронами (электрический синапс). • В сердце щелевые контакты соединяют кардиомиоциты для обеспечения синхронности сокращения всех клеток одного отдела. Электрическое сопряжение клеток

Функции щелевых контактов: • Значительную роль в функционировании организма играют так называемые полунексусы - "половинки" щелевых контактов, открытые в межклеточное пространство. • Например, они участвуют в создании кальциевой волны в эндотелии, выпуская АТФ из клетки, что способствует поддержанию кровяного давления в сосуде.

• Рецепторы АТФ – это натриевые и кальциевые каналы. • Регулируемое АТФ повышение [Са 2+] в клетке вызывает как краткосрочные (мышечное сокращение), так и долгосрочные эффекты (изменение генной экспрессии и, например, клеточную пролиферацию).

Контактное торможение • - процесс остановки деления (или движения) нормальных однотипных клеток в культурах по направлению друг к другу, вследствие возникновения физического контакта между ними.

ОПУХОЛИ * Типовая форма нарушения тканевого роста. * Возникает под действием канцерогенов. * Проявляется избыточным, несоответствующим потребностям организма разрастанием ткани, * характеризующаяся: - полной или частичной утратой созревания (дифференцировки); -безудержным размножение клеток; -изменениями обмена, функции и структуры клеток и ткани; -передача данных свойств потомкам клеток.

Характерные признаки опухолевой клетки Отсутствие репликативного Нечувствительность к рост- супрессирующим сигналам Самодостаточность в пролиферативных сигналах Генетическая нестабильность Блокирование клеточной дифференцировки старения (“иммортализация”) Ослабление индукции апоптоза Стимуляция неоангиогенеза Изменение морфологии локомоции; инвазия и метастазирование

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ • Клеточная дифференцировка – появление в каллусной ткани специализированных клеток, имеющих специфическое морфологическое строение и несущих особые функции (например, эпибласты). • Гистологическая дифференцировка каллусных клеток (гистогенез) – образование в каллусе различных тканей (млечников, волокон; элементов сосудистой системы -–трахеи и трахеиды ксилемы, ситовидные трубки и клетки-спутницы флоэмы). • Органогенез – дифференциация каллусных клеток в целые органы; превращение их в апексы стеблей или корней, флоральные элементы. • Соматический эмбриогенез – образование в каллусной ткани или суспензионной культуре эмбриоидов, т. е. зачатков интактного растения, способных развиваться во взрослое растение

Дифференциация адвентивных почек в каллусной ткани Через каллусную культуру успешно размножаются сахарная свекла, злаковые капустные, подсолнечник и другие культуры. Растение-регенерант твердой пшеницы Каллус - особая ткань, состоящая из недифференцированных клеток Каллус на питательной среде

Фитогормоны Синтезируются в активно делящихся клетках меристемы растения (верхушка побега, кончик корня, молодые листья, семена), транспортируются в другие органы и ткани. Активная концентрация – 10 -5 -10 -11 моль/литр. Участвуют в регуляции белкового синтеза, в активировании ферментов, в транспорте веществ через биологические мембраны. К растительным гормонам относятся ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота и этилен. Общие для всех растений. Зеленение листьев Опадение листьев, созревание плодов цитокинины этилен абсцизовая кислота ауксины Рост стебля Рост и развитие корней гиббереллины ауксины абсцизовая кислота

Ауксины Стимулируют клеточное деление (митоз), корнеобразование, дыхание и синтез белка в растениях. Как правило, являются производными индолилуксусной кислоты. Ауксины несколько различаются по строению в зависимости от растения, их продуцирующего. Предшественником ауксинов является триптофан. ФУК слабее ауксинов, но её содержание в тканях гораздо выше. Применяются в растениеводстве при пересадке посадочного материала путем черенкования и т. п. деревьев, размножении

Цитокинины – вещества, стимулирующие клеточное деление (цитокинез), обычно являются N 6 -производными аденина. Цитокинины часто присут- ствуют в растениях в виде гликозидов – рибозидов и риботидов, которые менее активны своих агликонов. Принимают участие в процессах роста и дифференциации клеток, усиливают биосинтез ДНК, РНК и белка, влияют на функционирование биологических мембран. Применяют для ускорения прорастания семян, стимуляции роста почек и плодов, задержки процессов увядания.

Корончатые галлы