Почему важно знать о плотных контактах клеток
В 1963 году с помощью электронного микроскопа ученые впервые обнаружили, что клетки различных тканей соединяются между собой плотными контактами.
То есть не просто соприкасаются стенками,
но и дополнительно «сшиваются» специальными белками.
С тех пор изучение плотных контактов принесло немало открытий, и мы больше узнали о причинах заболеваний и возможностях их лечения.
Почему важно знать о плотных контактах клеток
«Изжога? Отрыжка? Болит живот? Это вы съели что-нибудь».
Привычная фраза, которую мы можем услышать и от знакомого, и, к сожалению, от врача.
На самом деле очень часто причиной кишечного расстройства становится вовсе не отравление, а нарушение плотных контактов клеток слизистой ЖКТ.
Наряду со слоем слизи, покрывающей клетки, плотные контакты создают барьер, который защищает наш организм от проникновения бактерий и токсинов.
В норме клетки слизистой желудка и кишечника связаны между собой специальными белками. Они соединяют мембраны клеток очень прочно, но оставляют каналы для проникновения ионов и небольших молекул. Если плотные контакты не повреждены, то мы говорим о низкой проницаемости слизистой. Она надежно защищает от опасных для здоровья токсинов и бактерий.
Если агрессивные факторы разрушают «сшивающие» белки и нарушают плотные контакты между клетками, то проницаемость слизистой повышается.
Токсины и бактерии могут проникнуть в стенки кишки и вызвать там воспаление.
Отсюда и плохое самочувствие: человек ощущает симптомы
расстройства ЖКТ, боли, вздутие и изжогу.
О плотных контактах клеток кишечника читайте ЗДЕСЬ:
Схема строения плотного контакта
Плотные, или замыкающие контакты (zonula occludens) — участки, на которых мембраны двух соседних (эпителиальных) клеток тесно сближены и образуют барьер, практически непроницаемый для растворенных веществ.
У беспозвоночных типичные замыкающие контакты не встречаются, им соответствуют по функциям септированные контакты.
Плотные контакты — система ветвящихся полосок.
Каждая полоска состоит из белков, пронизывающих мембраны соседних клеток и непосредственно соединяющихся друг с другом во внеклеточном пространстве.
Хотя в образовании плотных контактов участвуют многочисленные белки, главные из них — клаудины и окклюдины.
Различные периферические белки, расположенные на цитоплазматической стороне мембран, соединяют плотные контакты с актиновым цитоскелетом.
Плотные контакты выполняют три основные функции:
- Механически соединяют клетки эпителия
- Обеспечивают барьер для латеральной диффузии белков, благодаря чему сохраняется полярность клеток эпителия. На апикальной (смотрящей в просвет органа или на поверхность тела) поверхности локализованы одни белки, а на базолатеральной (нижне-боковой) — другие. Благодаря этому, например, клетки кишечного эпителия могут поглощать вещества путем активного транспорта или эндоцитоза из просвета кишки и выделять их в кровь (обычно путем пассивного транспорта или экзоцитоза). Для поглощения веществ нужны одни белки, а для их выделения в кровь — другие.
- Обеспечивают барьер на пути большинства веществ, из-за чего эти вещества транспортируются в организм через мембраны и через цитоплазму клеток. Это позволяет отчасти контролировать транспорт веществ (в большей степени, чем когда они просачиваются между клетками).
По степени «плотности» контактов эпителии делятся на
- проницаемые
- и мало проницаемые.
К первым относится, например. эпителий почечных капсул и проксимальных извитых трубочек,
а ко вторым — эпителий дистальных извитых трубочек почек или капилляров мозга (где плотные контакты обеспечивают гематоэнцефалический барьер).
Десмосомы и гемидесмосомы
Десмосома — один из типов межклеточных контактов, обеспечивающих прочное соединение клеток (как правило, эпителиальной или мышечной ткани) у животных.
Функции z десмосом заключается главным образом в обеспечении механической связи между клетками.
Существуют 3 типа десмосом
- — точечные,
- опоясывающие
- и гемидесмосомы.
Точечная десмосома собой небольшую площадку (диаметром до 0,5 мкм), соединяющую мембраны двух соседних клеток. Количество точечных десмосом на одной клетке может достигать 2000.
Десмосомы образуются между клетками тех тканей, которые могут подвергаться трению, растяжению и другим механическим воздействиям (эпителиальные клетки, клетки сердечной мышцы).
Со стороны цитоплазмы к десмосомам прикрепляются промежуточные филаменты, которые формируют в цитоплазме сеть, обладающий большой прочностью на разрыв.
Через десмосомы промежуточные филаменты соседних клеток объединяются в непрерывную сеть, охватывающую всю ткань.
Десмосома состоит из белков клеточной адгезии из семейства кадгеринов и соединительных (адапторных) белков, которые соединяют их с промежуточными филаментами.
Белки клеточной адгезии, формирующие десмосомы — десмоглеин и десмоколлин. Как и другие кадгерины, эти трансмембранные белки имеют по пять внеклеточных доменов и являются кальцийсвязывающими.
Они обеспечивают гомофильное соединение клеток — между собой соединяются две одинаковые по строению молекулы белка.
Внутриклеточный белок десмоплакин (при участии еще двух белков, плакофиллина и плакоглобина) соединяет внутриклеточные домены десмоглеина с промежуточными филаментами. Тип промежуточных филаментов зависит от типа клеток: в большинстве эпителиальных клеток они кератиновые, а в клетках сердечной мышцы — десминовые, и т. п.
Если контакты похожего строения образуются между клетками и внеклеточным матриксом, то они называются гемидесмосомами, или полудесмосомами.
Хотя по структуре они напоминают десмосомы и тоже содержат промежуточные филаменты, они образованы другими белками.
Основные трансмембранные белки гемидесмосом — интегрины и коллаген XVII. С промежуточными филаментами они соединяются при участии дистонина и плектина.
Основной белок межклеточного матрикса, к которому клетки
присоединяются с помощью гемидесмосом — ламинин.
Ламинин — это белок, который помогает удерживать биологические структуры вместе. Молекулы ламинина имеют форму с несколькими короткими и одним длинным плечом.
В flattened-форме он напоминают букву «t», что некоторые люди сравнивают с крестом.
Медицинское значение
С нарушением функции десмосом связаны кожные болезни, которые объединены под названием «пузырчатка» (pemphigus).
Две её наиболее распространенные формы — pemphigus vulgaris (вульгарная пузырчатка) и pemphigus foliaceus (пластинчатая пузырчатка).
Обычно они имеют аутоиммунную природу, хотя сходные патологии могут быть и наследственными.
При вульгарной пузырчатке антитела атакуют белок десмоглеин-3, который присутствует во всех слоях эпителия. При пластинчатой пузырчатке образуются аутоантитела против белка десмоглеин-1, который экспрессируется только в верхних слоях эпидермиса кожи.
У больных образуются пузыри, так как слои эпидермиса разрываются, часть его клеток гибнет, а в образующиеся полости поступает межклеточная жидкость.
При вульгарной пузырчатке пузыри образуются не только на коже, но на других слизистых (в основном во рту). Эта болезнь протекает более тяжело и может закончиться смертью. Развивается она обычно в возрасте 40-60 лет. При пластинчатой пузырчатке поражения захватывают только кожу, которая отслаивается в виде пластинок.
При нарушении функции гемидесмосом 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.
Болезни, связанные с плотными контактами
С нарушением формирования плотных контактов связаны некоторые наследственные заболевания человека, например, мутации в генах клаудина-16 и клаудина-19, которые приводят к гипомагниемии вследствие чрезмерной потери магния с мочой.
Мутации в генах клаудина-13 и трицеллюлина вызывают наследственную глухоту.
Дисрегуляция некоторых белков плотных контактов связана с онкологическими заболеваниями, например, экспрессия ZO-1 и ZO-2 снижается во многих типах рака. Компоненты плотных контактов также могут быть мишенями для онкогенных вирусов.
Некоторые вирусы используют мембранные белки плотных контактов для проникновения в клетку, в частности, клаудин-1 является корецептором для вируса гепатита C.
Другие вирусы присоединяются к белкам плотных контактов, чтобы разрушить барьер, отделяющий их от настоящих рецепторов на базолатеральной слое эпителиальных клеток или неэпителиальных клетках..
Плотные контакты могут быть мишенью и для бактериальных патогенов, например,
Clostridium perfringens — возбудитель газовой гангрены — выделяет энтеротоксин, действующий на внеклеточные домены клаудинов и окклюдинов, и вызывает протечки эпителия.
Helicobacter pylori — возбудитель гастрита — вводит в клетки белок CagA, взаимодействующий с комплексом ZO-1-JAM-A; считается, что это помогает бактерии преодолеть защитный барьер желудочного эпителия.
Восстановление возможно
При нарушении плотных контактов клеток слизистой страдают белки, соединяющие мембраны соседних клеток.
Не забывайте своевременно обследоваться у специалиста.
Профилактические меры могут помочь скорректировать состояние нарушения плотных контактов.