Lecture number 2. "Избирательные взаимодействия клеток"

Лекция 2
Избирательные
взаимодействия клеток и
клеток с внеклеточным
матриксом, сигнальные пути
Демонстрация J. Holtfreter (1955) избирательного сродства между клетками
ранних стадий различного происхождения у позвоночного. Реагрегация
клеток нейрулы амфибии. Клетки презумптивного эпидермиса
непигментированного зародыша и клетки нейральной пластинки
пигментированного животного смешивали вместе. В результате
образовалось две обособленных популяции сходно окрашенных клеток, с
разными свойствами
Реассортировка клеток и воссоздание их пространственного
взаиморасположения при смешивании
(Townes, Holtfreter, 1955) Частичное воссоздание структур зародыша
Иерархичность сортировки клеток в соответствии с величиной их адгезии. Клетки
с большей адгезивностью занимают центральное положение, а клетки с меньшей
адгезивностью располагаются по периферии (Foty et al., 1996)
Типы молекул клеточной адгезии
Схематическое представление процесса адгезии клеток,
осуществляемого с помощью кадгеринов
Локализация двух кадгеринов в клетках разных типов в
ходе нейруляции зародыша мыши
Важная роль EP-кадгерина в поддержании бластомеров Xenopus в
сцепленном состоянии показана при экспериментальном блоке трансляции
материнской иРНК кадгерина. При удалении анимальной шапочки (слева)
внутренние клетки бластулы легко диссоциируют. Контроль-справа
Клеточный сортинг в яйцевой камере Drosophila. Экспериментальное
увеличение концентрации E-кадгерина в антериорной части яйцевой камеры
ведет к изменению в ней расположений ооцита и питающих клеток (трофоцитов)
и, как следствие, к неправильному формированию осей у зародыша.
Селектины - белки позвоночных животных, имеющие один
трансмембранный домен, наружным своим гликозированным Nконцом взаимодействуют с сахаридами (сиалированными
гликанами). Для своей активации нуждаются в ионах кальция.
•
The selectin family mediates
function/migration of circulatory cells:
L-leukocytes; E-endothelial cells; Pplatelets and endothelial cells. The
family possess large, highly
glycosylated, extracellular domains, a
single spanning transmembrane
domain, and a small cytoplasmic tail.
They have a single C-type lectin
domain (L) at their extracellular amino
termini (N). They exhibit homology to
complement regulatory proteins, while
their N-terminal is homologous to
calcium-dependent lectins. Selectins
have epidermal growth factor (EGF)like domain (E) and several
complement regulatory domains (C).
Молекулы клеточной адгезии, родственные иммуноглобулинам
(суперсемейства иммуноглобулинов). Не стимулируются ионами Ca
Щелевые контакты (15-40 нм) между эпителиальными клетками и их
белки (gap-белки). Коннексины и коннексоны
Роль интегринов в опосредованном взаимодействии
актиновых микрофиламентов с внеклеточным
матриксом.
Взаимодействие клеток с внеклеточным матриксом через
мембраносвязанные гликозилтрансферазы.
Гликозилтрансфераза образует прочную связь с внеклеточным матриксом за счёт
взаимодействия с одним из двух своих субстратов- нерастворимым акцептором. При
добавлении второго субстрата- NDP-сахара - осуществляется ферментативная
реакция сахар переносится на акцептор и связь феремента с внеклеточным матриксом
обрывается.
Участие галактозилтрасферазы в миграции клеток мезодермы зародыша цыпленка.
На срезе зародыша (стадия 10-и сомитов) видно, что радиоактивный
низкомолекулярный субстрат фермента: УДФ-галактоза (NDP-sugar) располагается
вдоль поверхности мигрирующих клеток мезодермы
ВНЕКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС
МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЙ
ВНЕКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС
Коллагены
Коллагены (типы I, II, III, V-XIII) –
длинные молекулы, формирующие
фибриллы в диаметре 60-70 нм. Придают
тканям прочность и стабильность.
Субстратные адгезионные молекулы .
Большие молекулы–гликопротеины
(фибронектин,хондронектин, тенасцин), с
которыми взаимодействуют клетки, что
позволяет им двигаться.
Матриксные протеогликаны ,
состоящие из белков и повторяющихся
дисахаридов (гликозоаминогликанов).
БАЗАЛЬНАЯ МЕМБРАНА
ЭПИТЕЛИЯ
Коллаген IV типа – главный
структурный компонент базальной
мембраны, В отличие от других
коллагенов его фибриллы напоминают
тонкий «куриный пух» и собраны в
структуры в виде войлока
Субстратные адгезионные молекулы .
Ламинин –главный функциоальный
компонент БМ. Этот гликопротеин
образует тримеры, содержат участи
адгезии для клеточных рецепторов,
коллагены IV типа и
гликозоаминогликанов.
БМ также могут содержать фибронектин,
тенасцин и другие адгезивные
гликопротеины.
Матриксные протеогликаны .
Гиалуроновая к-та и сульфатированные
протеогликаны часто присутствуют в
БМ. Благодаря им продукты секреции
клеток легко проходят сквозь БМ.
Локализация фибронектина в ходе гаструляции
зародыша Xenopus. Фибронектин ориентирует
миграцию клеток
Значение базальной мембраны для дифференцировки клеток. Вверху
- клетки Сертоли зародыша крысы, растущие на пластике (А). Внизу
- те же клетки, растущие на базальной мембране (B).
Субъединичная структура и сборка сложного протеогликана
Типы дисахаридов, входящих в состав различных
гликозоаминогликанов
Селектины: в миграции и провоспалительном ответе
лейкоцитов
•Передача
сигналов от
клетки к клетке
Способы передачи сигналов от клетки к клетке
Через воздействие паракринных факторов, взаимодействие
клеток с внеклеточным матриксом, через межклеточные
контакты
Сигнальный путь через
рецепторы, действующие через
активацию G-белка
• G-БЕЛОК –СВЯЗАННЫЕ
(адреноэргические) РЕЦЕПТОРЫ
G-белки (тримеры) диссоциируют на две
составляющих части, когда активируются в
сигнальных цепочках
Signal molecule binds GPCR
Activated GPCR induces exchange
of GDP for GTP on G subunit
G dissociates from G
Activated subunits diffuse within the
plane of the membrane to activate
downstream signaling molecules
Внутриклеточный цАМФ может
активировать транскрипцию генов
• Сигнальный путь через тирозинкиназные
рецепторы (ростовые факторы FGF, EGF,
PDGF, NGF, инсулин-подобные ростовые
факторы и т.д.)
Трансдукция сигнала от паракринного фактора внутрь клетки через
тирозинкиназный рецептор
Трансдукция сигнала через тирозинкиназные рецепторы (каскад
участников сигналинга: паракринный фактор, рецептор, адапторные
молекулы, MAP-киназы, транскрипционные факторы)
Ras – механизм действия
Передача сигналов внутрь клеток через различные варианты протеинкиназных каскадов.
Факторы, вызывающие стресс и провоспалительные цитокины активируют в клетках
транскрипционные факторы суперсемейства Ap1/ATF через перекрещивающиеся цепочки MAP-киназных
каскадов, в которых JNK и p38- концевые MAP-киназы, фосфорилирующие факторы транскрипции
Ap1/ATFR- рецепторы, жирным черным шрифтом- адапторные белки и MAP-киназы, TCF, SRF, c-Jun,
ATF2, CHOP, MEF2C – транскрипционные факторы. . Отмечается определённое перекрываниие в
специфичности активации транскрипционных факторов протеинкиназами JNK и p38Источник:
www.antibiotics.riken.go.jp/english/sudou/sudou-e.html (с модификациями).
Пересечение сигнальных путей, на примере сигналинга от
тирозинкиназных и G-белок -связанных рецепторов. Их общая
роль в стимуляции выхода ионов Ca из внутриклеточных депо
Сигналинг от паракринных факторов суперсемейства TGF-бета.
Транскрипционные факторы Smad-семейства
Использование компонентов известных сигнальных каскадов от
рецепторов для инициации сигналов внеклеточным матриксом
и молекулами клеточной адгезии
Сигнальный путь Wnt
Схема передачи сигнала от Wnt
Сигнальный путь Hedgehog
Сигнальный путь Hedgehog
Путь Hedgehog-сигналинга
Взаимообразные обмены сигналами Wnt (wingless)- и Hh (hedgehog) путей сигналинга у Drosophila
Сигнальный путь Delta/Notch
Трансдукция сигнала при взаимодействии мембраносвязанных
лигандов и рецепторов (Delta/Notch -боковой сигналинг)
Роль бокового сигналинга Delta/Notch в формировании
нейробластов нервной системы дрозофилы
Последовательная спецификация линии нейробластов (в виде кластеров
клеток) у Drosophila вдоль дорсо-вентральной и передне-задней осей
(продолжение).
Delta/Notch-сигналинг определяет дифференцировку пронейральных
клеток на нейрональные и и не нейральные (глиальные и
эктодермальные).