ЦИТОСКЕЛЕТ И ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ

Между цитоскелетом и экспрессией генов взаимосвязь двоякая, синтез самих цитоскелетных белков в клетке также регулируется. В процессе эмбрионального развития происходит смена изоформ белков всех трех основных систем филаментов. Механизм регуляции спектра изоформ пока неясен.


Кратковременная, «текущая» регуляция генов цитоскелетных белков доступна экспериментальному изучению на культивируемых клетках. Свободный тубулин, вероятно, обменивается в клетке с полимерными структурами, и можно предположить, что активность его генов определяется уровнем свободного тубулина. Агенты, вызывающие увеличение концентрации свободного тубулина, подавляют его синтез, а те агенты, которые переводят его в полимерное состояние (в микротрубочки или ларакристаллы), синтез стимулируют. Изменение синтеза тубулина сопровождается изменением уровня мРНК, однако активность генов в ядре, как показали исследования, при этом не изменяется.

Экспрессия актиновых генов зависит от формы клетки. У клеток ЗТ6 в суспензии синтез белков подавляется, особенно сильно при этом снижается синтез актина. После возвращения клеток на субстрат в них восстанавливается нормальная интенсивность синтеза белков. На ранних стадиях распластывания наблюдается даже некоторое перепроизводство актина. Изменение синтеза актина имеет место и при продолжительном действии на клетки цитохалазина D. Через сутки инкубации с цитохалазином возрастают как абсолютное содержание актина в клетке, так и относительная скорость синтеза актина. Этот эффект вызывается такими дозами цитохалазина, которые у распластанных и у суспендированных клеток индуцируют образование различных ветвящихся отростков.

Регуляцию уровня цитоскелетных белков в клетке можно изучать также, прослеживая судьбу этих белков после их синтеза. У мышечных клеток скорость кругооборота миофибриллярных белков обратно пропорциональна интенсивности сокращения. Клетки, сокращение которых подавлено, характеризуются более высокой скоростью кругооборота таких белков, как а-актинин, тропонин С, специфическая мышечная форма легкой цепи миозина и а- и p-тропомиозин. Отсутствие сократительной активности избирательно влияет на специфические мышечные белкн и не влияет на виментин, десмин и немышечные р- и у-актины. Изменение уровня мышечного белка в клетке может достигаться увеличением скорости его деградации без изменения экспрессии генов. Для многих мышечных белков экспрессия изоформ прямо зависит от характера иннервации мышцы. На синтез по крайней мере некоторых белков промежуточных филаментов влияет также пространственная организация клетки. В суспендированных клетках синтез виментина почти полностью подавлен, а после помещения клеток на субстрат он возвращается к нормальному уровню.

Изменения могут затрагивать одновременно две системы филаментов, причем эти изменения могут быть как одинаковыми, так и противоположными по направлению. Преадиподиты способны менять свою форму от фибробластоидной до почти сферической. Этот процесс сопровождается значительным снижением синтеза р- и р-актина, виментина, а- и р-тубулина. Уменьшение скорости синтеза белков является результатом снижения уровня доступной для трансляции РНК. Координированные изменения экспрессии генов цитоскелетных белков характерны не только для многоклеточных организмов. Жгутиковая амёба Naegleria может превращаться из аморфной, перемещающейся по субстрату клетки в клетку с двумя жгутиками, имеющую обтекаемую форму. Это превращение сопровождается снижением скорости синтеза актина и увеличением скорости синтеза тубулина и других компонентов аксонемы.

Влияние цитоскелета на экспрессию различных генов может осуществляться непосредственно либо через несколько промежуточных процессов. И микрофиламенты, и микротрубочки влияют на реакцию клеток ЗТЗ на сигналы, инициирующие синтез ДНК. Способность клеток реагировать на сыворотку и пять других факторов роста обратимо подавляется низкими концентрациями дигидроцитохалазина. Этот препарат не снижает транспорта глюкозы или тимидина, так что вызываемое им подавление синтеза ДНК не является следствием дефицита питательных веществ. Микрофиламенты не влияют на инициацию синтеза ДНК у трансформированных клеток, судя по тому что два разных вызывающих транформацию агента делают клетки нечувствительными к цитохалазину.

Изменение системы микротрубочек может влиять на скорость роста клеток, причем эффект зависит от состояния, в котором находятся клетки. При низкой плотности клеток в культуре агенты, вызывающие деполимеризацию микротрубочек, оказывают на клетки ингибирующее действие, тогда как при высокой плотности культуры они стимулируют синтез ДНК в клетках. Эффект, вызывавмый изменением системы микротрубочек, зависит также от типа клеток. Клетки линии ЗТЗ менее чувствительны к ингибиторам (при низкой плотности), чем эмбриональные клетки в первичной культуре. Стимуляция синтеза ДНК в плотной клеточной культуре подавляется таксолом; таксол может предотвращать митогенное действие широкого круга стимулов.

Кроме описанных эффектов, связанных с определенными системами филаментов, возможны разнообразные изменения экспрессии, обусловленные изменением клеточной формы. Так, интенсивность митотического деления клеток в культуре коррелирует с их высотой. В плотном монослое, где клетки расположены намного более тесно, чем в редкой культуре, высокие клетки слабее реагируют на стимуляцию сывороткой и другими ростовыми факторами. Изменение высоты клеток может вызывать изменения и скорости размножения клеток, и их чувствительности к сыворотке.

У некоторых линий клеток влияние на экспрессию генов могут оказывать изменения клеточной формы, обусловленные изменением адгезивности клеток к субстрату. Так, в определенных условиях в хондроцитах начинается синтез специфических продуктов, хотя интенсивность синтеза белка в целом не изменяется. Аналогично если заставить преадипоциты округлиться, у них индуцируется дифференцировка. Наиболее сильный эффект, по-видимому, вызывает открепление клеток от субстрата. Взаимодополняющее влияние формы клеток и внеклеточной среды на экспрессию белков хорошо видно на примере клеток молочной железы. Эти клетки растут на поверхности или внутри коллагенового геля, который служит для них естественной внеклеточной средой. Форма клеток молочной железы коррелирует с характером их дифференцировки. Когда клетки растут на плоском субстрате, у них не происходит морфологической дифференцировки и они не вырабатывают белков молока. На флотирующем коллагеновом геле (отделенном от жесткой подложки) видны два типа клеток: кубоидные клетки, находящиеся в контакте с культуральной жидкостью и способные синтезировать липиды в ответ на пролактин, и другие, содержащие большое число микрофиламентов и напоминающие миоэпителиальные клетки молочной железы. Клетки, полностью погруженные в гель, формируют структуры, сходные с полыми протоками.

Диапазон взаимосвязей между цитоскелетом и экспрессией генов станет яснее при сравнении нормальных и трансформированных клеток. Однако сказанное выше уже показывает, что эти взаимосвязи имеют место все время- и во всех клетках. Цитоскелет влияет на спектр, а в некоторых случаях и на чувствительность белков, расположенных на клеточной поверхности, включая рецепторы. С другой стороны, связь мембранных рецепторов с растворимыми факторами среды и взаимодействие мембранных белков с внеклеточным матриксом могут влиять на организацию цитоскелета. Таким образом, в принципе оказывается возможной обратная связь между цитоскелетом и внеклеточным пространством. Внеклеточный матрикс играет исключительно важную роль в экспрессии дифференцированного фенотипа. Как мы видели выше, на некоторые из регуляторных эффектов может непосредственно влиять конфигурация цитоскелета. Роль внеклеточного матрикса, возможно, заключается в изменении состояния цитоскелета, который в свою очередь прямо или через какие-то промежуточные процессы воздействует на экспрессию генов.


Похожие материалы:

Трансформация клеток

Цитоскелет клетки

Химия белков

Актин


   
© Медицинские науки. Перепечатка материалов сайта без действующей обратной ссылки запрещена!