ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЦИТОСКЕЛЕТА С ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНОЙ

Цитоскелет образует многочисленные контакты с клеточной мембраной; предполагается, что с цитоскелетными элементами взаимодействуют определенные мембранные белки. Согласно простейшей модели строения мембраны, в липидном бислое плавают мембранные белки — подобно айсбергам в липидном море. Если бы такая модель соответствовала действительности, подвижность липидов и белков можно было бы предсказать с помощью физической химии. Изучение клеток показывает, однако, что только поведение липидов отвечает предсказаниям.

Существенная доля (10—80%) мембранных белков вообще не обладает латеральной подвижностью, а те белки, которые все-таки движутся, делают это в 10—100 раз медленнее, чем предсказано. Латеральная подвижность мембранных белков усиливается под действием факторов, нарушающих связь цитоскелета с плазматической мембраной, из чего следует, что многие мембранные белки взаимодействуют с цитоскелетом — либо непосредственно, либо через другие белки мембраны. Характер взаимодействия мембраны с цитоскелетом может изменяться во время развития организма. В мышечных клетках на самых ранних стадиях развития холинорецепторы движутся свободно. Позднее доля неподвижных белков увеличивается за счет образования небольших скоплений или крупных кластеров. Полностью подвижная фракция легко экстрагируется детергентом, тогда как фракция неподвижных белков остается связанной с цитоскелетом даже после удаления растворимых белков и липидов.

Упорядоченное взаимодействие с определенными участками мембраны обнаруживают как микрофиламенты, так и микротрубочки. Большинство актиновых филаментов присоединяется к мембране своим быстро растущим концом. Взаимодействие микротрубочек с мембраной наблюдается у цитотоксических лимфоцитов. Эти «клетки-убийцы» ориентируются по отношению к мишени так, чтобы их ЦОМТ были обращены к месту контакта; в то же время согласованности в расположении ЦОМТ и таких мембранных структур, как кепы, не наблюдается.

В клетках может возникать и поддерживаться асимметричное распределение многих компонентов мембраны. Примером может служить образование кепов, которое изучено уже в деталях. Многие белки в отсутствие лиганда распределены в мембране дисперсно, после связывания лиганда они перераспределяются. Если исходно симметричную клетку обработать лигандом при 4°С, равномерность распределения рецепторов сохраняется. Если же затем поднять температуру до 20 или 37°С, рецепторы начнут объединяться в небольшие агрегаты. Этого не происходит у клеток в митозе. Образование агрегатов рецепторов может быть предотвращено высокими дозами мультивалентных лектинов (например, конканавалина А), связывающихся с белками клеточной мембраны. В зависимости от типа рецептора и лиганда дальнейшая судьба агрегатов может быть двоякой. Кепы, индуцируемые некоторыми мультивалентными лигандами, образуются пассивно; они могут возникать в присутствии ингибиторов энергетического обмена и в отсутствие микротрубочек и микрофиламентов. Процесс формирования таких кепов занимает от получаса до часа; клетки после их образования сохраняют симметричную форму.

Быстрое образование кепов из комплексов лиганд — рецептор требует энергии и присутствия кальция во внеклеточной среде. Клетки с такими кепами уже не остаются сферическими и симметричными. Под тем местом, где скапливаются комплексы лиганд—рецептор, располагаются актин, миозин, кальмодулин, а-актинин и киназа легкой цепи миозина. Миозин в этом районе уже фосфорилирован, т. е. в большей степени готов к участию в сокращении. Цитохалазины подавляют быстрое образование кепов, а ингибиторы микротрубочек нет.

Простое объяснение описанных явлений состоит в том, что в клетках, активно образующих кепы, комплексы лиганд—рецептор втягиваются с помощью сократительного аппарата в район кепа. В других асимметричных клетках, например, во время фагоцитоза, хемотаксиса или цитотоксического действия под агрегатами комплексов лиганд—рецептор видны плотные скопления микрофиламентов. Образование таких скоплений, впрочем, само по себе еще не является достаточным условием для агрегации комплексов лиганд—рецептор: в передней части клеток во время хемотаксиса плотность микрофиламентов тоже очень высока, но комплексы лиганд— рецептор там не собираются вместе. Для объяснения всего этого можно предположить, во-первых, что на поверхности клетки возникает и движется, как волна, локальная деформация, в районе которой мембрана отличается по своим характеристикам, таким, как микровязкость и поверхностное натяжение, от остальной клеточной мембраны, и, во-вторых, что разные мембранные белки реагируют на такую волну по-разному: на одни она никак не влияет, а другие захватываются волной и движутся вместе с ней по направлению к областям скопления подмембранных микрофиламентов, где затем связываются с этими филаментами. Волны действительно видны на поверхности клеток. Они возникают, вероятно, в результате генерируемого микрофиламентами сокращения. Высказанные предположения способны объяснить, почему процесс перегруппировки белков в мембране чувствителен к цитохалазинам и ингибиторам энергетического обмена. Они указывают также на возможный механизм перегруппировки липидных компонентов мембраны.

Какая бы из предлагаемых моделей ни оказалась верна, ясно, что распределение белков в мембране может в результате связывания с лигандом изменяться и что это изменение осуществляется цитоскелетом посредством некоего механизма, требующего энергии. Ясно также, что такое перераспределение в мембране происходит координированно: несколько разных компонентов мембраны могут изменять свое, положение в результате взаимодействий, в которых участвует лишь один из них. Наконец, диапазон возможных перестроек мембраны зависит от состояния клетки, он существенно ограничен во время митотического деления клеток, а также в клетках, у которых подвижность значительной доли мембранных белков подавлена.

Движение на клеточной поверхности может служить различным целям. Осуществляемое в результате такого движения перераспределение компонентов мембраны может изменять сродство поверхностных рецепторов клетки к соответствующим лигандам. А вызываемая движением на поверхности перестройка цитоскелета может выполнять функции сигнала, идущего к внутренним областям клетки. Перегруппировка компонентов мембраны является необходимым первым шагом в процессах интернализации. Предполагается, что она играет роль и в прикреплении внешних объектов к клеточной поверхности. Кроме того, такая перегруппировка, вероятно, отвечает за движение частиц по поверхности клетки перед их интернализацией. Многие из указанных функций существенны для движения клеток во время эмбриогенеза и заживления ран; возможно, они имеют также отношение к регуляции экспрессии генов внеклеточным матриксом. Контакты клеток друг с другом и с внеклеточным материалом играют важную роль в эмбриональном развитии. Взаимодействие жесткого внешнего субстрата с белками клеточной поверхности влияет на внутреннюю организацию клеток. Многие типы клеток способны правильно дифференцироваться лишь в присутствии такого внеклеточного матрикса, с которым им свойственно контактировать в нормальных условиях. Возможность продолжительной экспрессии специфических для дифференцирующихся клеток продуктов зависит, по-видимому, от их контакта со специфическим внеклеточным матриксом. Механизм такого влияния матрикса на клетку пока непонятен. Некоторые аспекты взаимосвязи между экспрессией генов и цитоскелетом, будут подробно обсуждены далее.

Похожие материалы:

Внутриклеточное движение трансцитоз

Митоз и сборка

Цитоскелет и экспрессия генов

Трансформация клеток


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