Строение и функции ламининов

Обновлено: 19.04.2024

История изучения внеклеточного матрикса (ВКМ)

• Исследования внеклеточного матрикса и межклеточных контактов миновали четыре исторических этапа. Для каждого этапа была характерна определенная стадия технического прогресса, которая позволяла все более детальное изучение этих структур.

• Современные исследования в этой области направлены на выяснение вопроса, каким образом белки внеклеточного матрикса и межклеточные контакты управляют поведением клеток

Подобно другим разделам клеточной биологии, исследования внеклеточного матрикса и межклеточных контактов прошли через четыре исторических этапа. Первый этап начался в середине XVII в. и был связан с изобретением микроскопа, с помощью которого можно было наблюдать отдельные клетки. По мере разработки все более изощренных методов, позволяющих видеть субклеточные структуры, исследователи пришли к выводу о сложном строении поверхности и содержимого клетки.

Одновременно с развитием клеточной теории биологи начали понимать, насколько важную роль играют клетки в развитии сложных организмов. Стало возможным оценить на структурном уровне невероятную вариабельность форм, размеров и способов организации клеток в ткани. В середине XIX в. оформилась новая область биологии — гистология. Задачей гистологии стало исследование мельчайших структур (часто называемых ультраструктурами), составляющих ткани многоклеточных организмов.

Однако в картине, описывающей архитектуру ткани, отсутствовала одна деталь. Что находится в межклеточном пространстве? Главным образом изучали те структуры, которые можно было наблюдать с помощью микроскопа. Структурам, невидимым в микроскоп, уделяли меньше внимания. Под обычным, световым микроскопом, межклеточное пространство в большинстве тканей выглядело довольно слабо прокрашенным и имело аморфную структуру. В ранних гистологических описаниях о нем вообще нет упоминаний.

Вторая стадия началась в середине XX в., с появлением мощных световых и электронных микроскопов. При анализе в световом микроскопе препаратов тканей, окрашенных гистологическими красителями, было обнаружено, что внеклеточное пространство заполнено жидкой средой. В электронном микроскопе в этом пространстве была заметна сеть, состоящая из структурного материала. Более того, стало ясно, что на поверхности клеток формируются специальные контакты, которые взаимодействуют с этим материалом и друг с другом.

Наконец признали, что ткани состоят из клеток, жидкой среды и этого внеклеточного материала. Этой группе структурных материалов было дано название: внеклеточный матрикс. Однако с помощью микроскопа было невозможно рассмотреть отдельные компоненты внеклеточного матрикса.

Начало третьей стадии пришлось на 1970-е гг., когда было разработано много новых методов, позволяющих фракционировать, выделять и характеризовать отдельные компоненты клетки. По мере использования новых методов биохимии, генетики, молекулярной биологии и микроскопии, клеточная биология начала быстро развиваться. Например, разработка экспресс-методов секвенирования ДНК позволила исследователям секвенировать полностью геном у нескольких организмов. Таким образом, вероятно, что вскоре мы сможем идентифицировать у них каждый ген.

Используя эти методы для идентификации сотен белков, входящих во внеклеточный матрикс и составляющих межклеточные контакты, мы сталкиваемся со следующим важным вопросом: каковы функции этих белков? В настоящее время считается общепризнанным, что внеклеточный матрикс играет критическую роль не только в формировании трехмерной организации тканей, но также контролирует рост, подвижность, дифференцировку и взаимодействие входящих в них клеток.

Более того, эти функции регулируются контактами, посредством которых клетки соединяются друг с другом и с внеклеточным матриксом. В настоящее время основные усилия исследователей в этой области направлены на выяснение молекулярных механизмов, обеспечивающих эти функции, что составляет четвертый этап исследований внеклеточного матрикса и межклеточных контактов. В данной главе мы обсудим основные подходы, позволяющие разобраться в этих механизмах.

Процедура окрашивания красителями позволяет гистологам визуализировать особенности клеток в тканевых препаратах.
На фотографии представлен препарат эпителия, окрашенный гистологическими красителями для выявления формы и расположения клеток в эпителиальном слое. На электронных микрофотографиях видно, что межклеточное пространство заполнено волокнистым материалом.
На фотографиях видны коллагеновые фиблиллы в межклеточном пространстве между фибробластами в соединительной ткани (слева) и в роговице глаза (справа).

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Ламинин: характеристика, строение, функции, виды

Видео: Ламинин: характеристика, строение, функции, виды

Содержание:

В ламинин Это один из белков, составляющих внеклеточный матрикс базальной мембраны эпителиальных тканей позвоночных животных. Этот тип белка обеспечивает поддержку связывания между клетками соединительной ткани, так что они функционируют, связывая и уплотняя их.

Обычно ламинины ответственны за упорядочение сложной белковой сети, которая составляет внеклеточный матрикс или базальную мембрану тканей. Ламинины обычно связаны с такими белками, как коллаген, протеогликаны, энтактины и гепарансульфаты.

Эта сложная базальная мембрана, упорядоченная ламининами, разделяет эпителиальные части тканей, то есть каждый внеклеточный матрикс отделяет эндотелий от мезотелия, а внеклеточный матрикс мезотелия отделяет этот слой от эпителия.

Многие исследования показали, что экспрессия мутировавших генов ламинина потенциально смертельна для клетки, поскольку они также отвечают за регулирование почти всех сложных взаимодействий, происходящих внутри базальной мембраны.

У всех позвоночных существует большое разнообразие семейств ламининов. Они различаются по составу, форме, функциям и происхождению. У одного и того же человека в разных тканях могут быть обнаружены разные ламинины, каждый из которых адаптирован к среде ткани, которая его экспрессирует.

Характеристики ламининов

Мономеры или звенья ламинина состоят из гетеротримеров трех различных цепей гликопротеинов. Эти белки содержат много разных доменов (мультидоменов) и являются важной частью раннего эмбрионального развития тканей.

Обычная форма ламининов - это своего рода «крест» или «Y», хотя некоторые из них имеют форму длинной перемычки с четырьмя ветвями. Это небольшое изменение позволяет каждому типу ламинина регулировать правильную интеграцию из любого положения в ткани.

Ламинины имеют высокую молекулярную массу, которая может варьироваться в зависимости от типа ламинина от 140 до 1000 кДа.

В общем, каждая базальная мембрана имеет внутри один или несколько различных типов ламининов, и некоторые ученые предполагают, что ламинины определяют большую часть физиологической функции базальных мембран ткани, в которой они находятся.

У позвоночных животных было обнаружено по крайней мере 15 различных типов ламининов, классифицированных в одно семейство, поскольку они образованы из одних и тех же тримеров, но с разными комбинациями. У беспозвоночных животных обнаружено от 1 до 2 различных тримеров.

Текущие исследования предполагают, что ламинины всех позвоночных животных возникли в результате дифференциации ортологичных генов, то есть все гены, кодирующие ламинины, имеют общее происхождение от беспозвоночных животных.

Состав

Несмотря на большое количество функций, которые регулируют ламинины, они имеют довольно простую структуру, которая по большей части сохраняется среди различных известных типов.

Каждый ламинин состоит из трех разных цепочек, переплетенных друг с другом, образуя своего рода «переплетенные волокна». Каждая из трех цепочек обозначается как альфа (α), бета (β) и гамма (γ).

Образование тримера каждого ламинина зависит от объединения С-концевой области каждой из его цепей. Внутри каждой молекулы эти цепи соединены пептидными связями и тремя дисульфидными мостиками, которые придают структуре большую механическую прочность.

Наблюдения, проведенные с помощью электронной микроскопии типичных мономеров ламинина, детально показали, что структура представляет собой своего рода асимметричный крест с длинным плечом приблизительно 77 нм (нанометров), которое характеризуется заметной глобулярной формой на одном из его концов.

Кроме того, наблюдаются три коротких плеча, два примерно 34 нм и одно примерно 48 нм. Каждое плечо заканчивается шаровидным концом, похожим на конец основной цепи, но меньшего размера.

Различие между различными типами ламининов в основном связано с различиями в α-цепях, которые могут сворачиваться по крайней мере тремя различными способами; хотя в настоящее время выявлены вариации для всех цепей:

5 различных вариаций или цепочек ламинина α
3 варианта β-цепей
3 варианта для γ-цепей

Характеристики

Наиболее важная и обычно изучаемая функция ламининов - это взаимодействие с рецепторами, которые закрепляются в клеточных мембранах клеток, прилегающих к базальным мембранам, где они находятся.

Это взаимодействие заставляет эти белки участвовать в регуляции множественной клеточной активности и сигнальных путей. Следует отметить, что их функции зависят от их взаимодействия со специфическими рецепторами на поверхности клетки (многие из мембранных рецепторов в настоящее время классифицируются в соответствии с их способностью связываться с ламининами).

Интегрины - это рецепторы, которые взаимодействуют с ламининами, а «неинтегриновые» рецепторы - это рецепторы, которые не обладают способностью связываться с этими белками. Большинство рецепторов неинтегринового типа представляют собой протеогликаны, некоторые дистрогликаны или синдеканы.

Созревание тканей органов тела происходит с заменой ранних ламининов, которые изначально были заселены в базальной мембране тканей, составляющих ювенильные органы.

Среди ламининов наиболее изученным является ламинин-1, который напрямую связан с ростом аксонов практически любого типа нейрона в условиях in vitro, поскольку они регулируют движение «конуса роста» на поверхности нейронов.

Номенклатура и виды

Биохимики считают, что семейство ламининов - это очень большое семейство белков, некоторые из которых до сих пор известны. Однако современные инструменты позволят в короткие сроки увидеть новые типы ламининов.

Каждый из таких белков обозначен номером, начиная с 1 и заканчивая номером 15 (ламинин-1, ламинин-2… ламинин-15).

Также используется другой тип номенклатуры, который указывает, какой тип цепи имеет каждый ламинин. Например, ламинин-11 состоит из цепи альфа (α) -5, цепи бета (β) -2 и цепи гамма (γ) -1, поэтому его можно назвать ламинином-521.

Кроме того, каждый ламинин классифицируется в соответствии с функцией, с которой он связан, а также в соответствии с конкретной тканью тела, в которой он участвует. Вот несколько примеров ламининов:

158. Адгезивные белки межклеточного матрикса: фибронектин и ламинин, их строение и функции. Роль этих белков в межклеточных взаимодействиях и развитии опухолей.

К первой группе белков с выраженными адгезивными свойствами относят фибронектин, ламинин, нидоген, фибриллярные коллагены и коллаген IV типа; их относят к белкам "зрелой" соединительной ткани.

Фибронектин. Фибронектин - один из ключевых белков межклеточного матрикса, неколлагеновый структурный гликопротеин, синтезируемый и выделяемый в межклеточное пространство многими клетками. Он построен из двух идентичных полипептидных цепей, соединённых дисульфидными мостиками у своих С-концов. Полипептидная цепь фибронектина содержит 7-8 доменов, на каждом из которых расположены специфические центры для связывания разных веществ. Фибронектин может связывать коллаген, протеогликаны, гиалуроновую кислоту, углеводы плазматических мембран, гепарин, фермент трансглутаминазу. Благодаря своей структуре фибронектин может выполнять интегрирующую роль в организации межклеточного вещества, а также способствовать адгезии клеток. Существует несколько форм фибронектина, которые синтезируются разными клетками. Растворимый, или плазменный, фибронектин синтезируется гепатоцитами. Нерастворимый, или тканевый фибронектин синтезируется в основном фибробластами или эндотелиоцитами, глиоцитами и эпителиальными клетками. Обе формы фибронектина вовлекаются в разнообразные процессы: способствуют адгезии и распространению эпителиальных и мезенхимальных клеток, стимулируют пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток, контролируют дифференцировку и поддержание цитоскелета клеток, активно участвуют в воспалительных и репаративных процессах. Это связано с тем, что каждая субъединица фибронектина содержит последовательность Арг-Гли-Асп (RGD), с помощью которой он может присоединяться к клеточным рецепторам (интегринам). Эти рецепторы опосредованно взаимодействуют с актиновыми микрофиламентами, которые находятся в цитозоле. В этом процессе участвуют так называемые белки прикрепления (от англ. attach - прикреплять proteins): талин, винкулин, α-актинин. С помощью таких белок-белковых взаимодействий информация может передаваться из межклеточного матрикса внутрь клетки, а также в обратном направлении - из клетки наружу, таким образом влияя на протекающие в клетке процессы. Известно также, что фибронектин участвует в миграции клеток, которые могут присоединяться к его RGD-участкам, и, таким образом, фибронектин как бы помогает им перемещаться в межклеточном матриксе. В межклеточном матриксе, окружающем трансформированные (или опухолевые) клетки, количество фибронектина заметно снижено, что может быть одной из причин появления метастазов.

Ламинин - наиболее распространённый некол-лагеновый гликопротеин базальных мембран. Он состоит из трёх полипетидных цепей: А, В₁ и В₂. Молекула ламинина имеет крестообразную форму с тремя одноцепочечными ветвями и одной трёхцепочечной ветвью. Каждая цепь ламинина содержит несколько глобулярных и стержневидных доменов, на которых имеются специфические центры связывания для различных веществ. Ламинин взаимодействует со всеми структурными компонентами базальных мембран, включая коллаген IV типа, нидоген, фибронектин, ГСПГ. Кроме того, молекула ламинина имеет несколько центров связывания с клетками. Главные функции ламинина определяются его способностью связывать клетки и модулировать клеточное поведение. Он может влиять на рост, морфологию, дифференцировку и подвижность клеток. Ламинин выполняет роль адгезивного белка для различных эпителиальных и мезенхимальных клеток.

Вопрос 109 Структурная организация межклеточного матрикса. Адгезивные белки межклеточного матрикса: фибронектин и ламинин, их строение и функции

По функции белки межклет. матрикса можно разделить на:

1. Aдгезивные белки – белки с выраженными адгезивными свойствами

2. Белки, подавляющие адгезию клеток

Адгезивные белки:

Фибронектин – неколлагеновый структурный гликопротеин, синтезируемый и

выделяемый в межклеточное пространство многими клетками. Построен из двух идентичных ППЦ, соединённых дисульфидными мостиками у своих С-концов.

ППЦ содержит 7-8 доменов, на каждом из которых расположены специфические

центры для связывания коллагена, протеогликанов, гиалуроновой к-ты, углеводов плазматических мембран, гепарина, фермента трансглутаминазы. Может способствовать адгезии клеток.

Существует несколько форм фибронектина:

Растворимый, или плазменный, фибронектин синтезируется гепатоцитами

Нерастворимый, или тканевый фибронектин синтезируется фибробластами или

эндотелиоцитами, глиоцитами и эпителиальными клетками.

Обе формы способствуют адгезии и распространению эпителиальных и

мезенхимальных клеток, стимулируют пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток, контролируют дифференцировку и поддержание цитоскелета клеток, активно участвуют в воспалительных и репаративных процессах.

Каждая субъединица фибронектина содержит последовательность Арг-Гли-Асп

(RGD), с помощью которой он может присоединяться к клеточным рецепторам (интегринам). Эти рецепторы опосредованно взаимодействуют с актиновыми микрофиламентами, которые находятся в цитозоле. В этом процессе участвуют так называемые белки прикрепления: талин, винкулин, α-актинин. С помощью таких белок-белковых взаимодействий информация может передаваться из межклеточного матрикса внутрь клетки, а также в обратном. Фибронектин участвует в миграции клеток.

Ламинин – наиболее распространённый неколлагеновый гликопротеин базальных

мембран. Состоит из трёх ППЦ: А, В₁ и В₂, имеет крестообразную форму с 3 одноцепочечными ветвями и одной трёхцепочечной ветвью

Каждая цепь ламинина содержит несколько глобулярных и стержневидных

доменов, на которых имеются специфические центры связывания для различных веществ.

Ламинин взаимодействует со всеми структурными компонентами базальных

мембран, включая коллаген IV типа, нидоген, фибронектин, ГСПГ. Молекула ламинина имеет несколько центров связывания с клетками.

Главные функции ламинина определяются его способностью связывать клетки и

модулировать клеточное поведение. Он может влиять на рост, морфологию, дифференцировку и подвижность клеток. Ламинин выполняет роль адгезивного белка для различных эпителиальных и мезенхимальных клеток.

Нидоген – сульфатированный гликопротеин базальных мембран, образует с

ламинином плотный, нековалентно связанный комплекс. Состоит из одной ППЦ, содержащей три глобулярных домена. Один из доменов нидогена имеет центр связывания ламинина, в области другого домена находится центр связывания коллагена IV типа.

Нидоген может выступать в качестве одного из связывающих мостов между

различными компонентами межклет. матрикса и участвовать в образовании тройных комплексов ламинин-нидоген-коллаген.

Читайте также: