для функционирования каких молекул адгезии требуется кальций

Кальций–независимая клеточная адгезия

Лекция 6

Взаимодействие клеток

В процессе клеточной адгезии формируются примембранные (во внеклеточном матриксе) структуры, образованные молекулами адгезии (рецепторы адгезии), которые взаимодействуют с прилежащими к плазмалемме белками цитоплазмы и цитоскелета. Молекулы клеточной адгезии являются трансмембранными гликопротеинами, которые экспонированы на внешней поверхности клеток, они определяют специфичность узнавания в процессах межклеточной адгезии и адгезии с субстратом.

Молекулы клеточной адгезии в основном представлены членами следующих белковых суперсемейств:

Число молекул межклеточной адгезии очень велико. Выделяют также кальций-зависимые и кальций-независимые молекулы.

Кальций–независимая клеточная адгезия

В основном обеспечивается белками суперсемейства иммуноглобулинов, белки которого содержат домены, характерные для иммуноглобулинов (антител). Иммуноглобулиноподобные молекулы клеточной адгезии главным образом участвуют в регуляции адгезивных взаимодействий, тогда как функция «удержания» клеток принадлежит другим белкам.

Са++ независимые молекулы клеточной адгезии нервных клеток.

Внутриклеточные молекулы адгезии эндотелиальных клеток (взаимодействие с интегринами лейкоцитов).

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)

Источник

Для функционирования каких молекул адгезии требуется кальций

Движение лейкоцитов в очаг воспаления начинается с серии адгезионных событий, каждое из которых касается лейкоцитов определенного типа: нейтрофилов, моноцитов или лимфоцитов. Циркулирующие лейкоциты обычно вступают лишь в мимолетные контакты с эндотелиальными клетками посткапиллярных венул: лейкоциты как бы «скользят» по поверхности эндотелия сосудистой стенки. Эта фаза обеспечивается взаимодействием вначале Р-, а затем L- и Е-селектинов с углеводными компонентами мембран клеток.

Фаза скольжения происходит без активации лейкоцитов, однако скользящие лейкоциты при контактах с поверхностью эндотелия получают сигналы активации, что ведет к их иммобилизации. Наступает вторая фаза прочной адгезии, опосредованная усилением способности лейкоцитарных интегринов связываться с лигандами из суперсемейства иммуноглобулинов на эндотелиальных клетках. В качестве сигналов активации могут служить воздействия цитокинов (хемокинов): MIP-ip, MCP-1, IL-8, MIF, PAF, С5а-фракции комплемента, которые способны связываться с глюкозамингликанами поверхности эндотелиальных клеток и действовать на «скользящие» лейкоциты.

Следующая после прочной адгезии стадия трансмиграции лейкоцитов через эндотелий контролируется частично теми же интегринами, взаимодействующими с молекулами ICAM-1, расположенными и на внутренней, и на латеральной, и на базальной поверхности эндотелиальных клеток. Описаны и другие молекулы, облегчающие трансмиграцию лейкоцитов: например CD31 (РЕСАМ-1), обнаруженные и на эндотелиальных клетках, и на тромбоцитах, нейтрофилах, моноцитах, лимфоцитах. За трансмиграцию моноцитов отвечает интегрин CD18, но после активации эндотелиальных клеток под влиянием IL-1 и TNF-a трансмиграция идет при участии интегринов а, взаимодействующих с молекулой VCAM-1.

Все стадии адгезии и трансмиграции зависят от активации эндотелиальных клеток, которая проявляется усилением экспрессии на них адгезионных молекул. Экспрессия Е-селектина усиливается в самые ранние стадии воспаления тромбином, гистамином или активированной системой комплемента, и не требует синтеза белка de novo. Роль стимуляторов на этой стадии могут играть различные оксиданты.

Источник

Для функционирования каких молекул адгезии требуется кальций

• Кадгерины принадлежат к семейству белков трансмембранных рецепторов клеточной поверхности; это семейство подразделяется на восемь групп

• Наиболее полно изученная группа кадгеринов, «классические кадгерины», играет роль в формировании и функционировании таких межклеточных адгезивных комплексов, как адгезивные контакты

• Классические кадгерины функционируют в виде кластеров димеров, и прочность адгезивных контактов регулируется изменением числа димеров, которые экспрессируются на поверхности клетки, а также степенью их кластеризации

• Классические кадгерины присоединяются к цитоплазматическим адаптерным белкам, называемым катенинами, которые связывают кадгерины с актиновым цитоскелетом

• Кластеры кадгеринов регулируют процессы внутриклеточной передачи сигналов, образуя каркас цитоскелета, который способствует трехмерной организации комплексов из сигнальных белков и их субстратов

• Классические кадгерины необходимы для тканевого морфогенеза; в основном они контролируют специфичность межклеточной адгезии, а также изменения формы и подвижности клеток

Семейство кадгеринов состоит более чем из 70 структурно близких белков, которые имеют два общих свойства: внеклеточные участки этих белков для приобретения правильной конфигурации должны связываться с ионами кальция (отсюда «ка» в их названии), и эти белки присоединяются к другим белкам (отсюда от англ, adhere «адгерин»).

Кадгерины участвуют в межклеточной адгезии, миграции клеток и в передаче сигналов. Впервые кадгерины были обнаружены в белках опоясывающего зонального контакта, образующегося между эпителиальными клетками. Сейчас эти белки называются классические кадгерины, что позволяет отличить их от других, более отдаленных, представителей этого семейства.

Все классические кадгерины являются трансмембранными рецепторами, обладающими одним трансмембранным доменом, пятью внеклеточными доменами, расположенными на N-концевом участке молекулы, и консервативным цитоплазматическим С-хвостом, как представлено на рисунке ниже. У позвоночных пять классических кадгеринов обозначаются как Е-, Р-, N-, R- и VE-кадгерины. Это сокращенные обозначения органов и тканей, в которых они впервые были обнаружены: эпителий, плацента, нервная система, сетчатка и эндотелий сосудов.

Сейчас мы знаем, что экспрессия каждого типа кадгеринов не ограничивается этими тканями, однако названия «прижились».

Классические кадгерины функционируют в виде кластеров димеров, расположенных на поверхности клеток. Эти димеры связываются с идентичными димерами, находящимися на соседних клетках (гомофильное связывание). N- и R-пары кадгеринов также связываются друг с другом (гетерофильное связывание). Клетки контролируют прочность связывания за счет модуляции авидности, что включает как изменение общего числа рецепторов на их поверхности, так и латеральную диффузию рецепторов по плазматической мембране. Не собранные в кластеры кадгерины не образуют прочных контактов с окружающими клетками.

Существуют прямые доказательства участия кадгериновых кластеров в межклеточной адгезии. В соответствующих экспериментах продемонстрирована роль цитоплазматических хвостов кадгеринов в образовании димеров. Как показано на рисунке ниже, рекомбинантный химерный белок, содержащий внеклеточный и трансмембранный домены кадгеринового рецептора и цитоплазматический хвост от совершенно другого белка, FKBP12, экспрессировали в клетках, которые обычно друг с другом не связываются.

В адгезии, происходящей с участием внеклеточных доменов кадгеринов,
важную роль играет их цитоплазматический хвост.

Поскольку цитоплазматические хвосты FKBP12 не связываются между собой, химерный белок не образует димеров. В результате клетки не агрегируют. Однако при добавлении химического соединения, которое связывается с цитоплазматическим хвостом белка FKBP12, происходит сближение кадгериновых участков химерного белка, и они образуют кластеры димеров. При этом клетки связываются друг с другом.

Область, расположенная с С-концевой стороны участка цитоплазматического хвоста классического кадгерина, связывается с цитоплазматическим белком, который называется b-катенин. Эта область включает 56 аминокислот. Будучи связанным с кадгерином, b-катенин действует как адаптерная молекула, присоединяясь к а-катенину, который, в свою очередь, скрепляется с актиновыми филаментами. (a- и b-катенины обладают различной первичной структурой).

Поэтому b-катенин служит связующим звеном цепи белков, образующейся между кадгериновыми димерами на поверхности клеток и актиновым цитоскелетом. Как отмечалось выше, разрыв этой цепи при невозможности образования димеров приводит к нарушениям клеточной адгезии. Еще один эксперимент, в котором продемонстрирован разрыв этой цепи, представлен на рисунке ниже. Клетки, экспрессирующие мутантный ген b-катенина, который не обладает последовательностью, кодирующей сайт связывания а-катенина, не связываются друг с другом. Это происходит потому, что мутантный b-катенин может связываться с цитоплазматическим хвостом кадгеринов, но не связывается с а-катенином.

b-Катенин, не связанный с кадгеринами, участвует во внутриклеточных системах передачи сигналов, особенно при действии такого фактора роста, как Wnt, который изменяет экспрессию генов. В клетках, стимулированных Wnt, b-катенин, не связанный с кадгеринами и а-катенином, связывается с фактором транскрипции. р-Катенин поступает в ядро и связывается с факторами транскрипции, контролирующими экспрессию генов клеточного роста.

Считается, что кадгерины контролируют рост клеток косвенным образом, изолируя b-катенин в адгезивном комплексе и ограничивая активность фактора роста Wnt.

Еще один белок, который связывается с цитоплазматическим хвостом кадгерина, представляет собой сигнальный адаптерный белок, p120CAS. Этот белок также служит субстратом для Src семейства тирозинкиназ, присутствующих в кадгериновых адгезивных контактах. В кадгериновых кластерах также обнаружены другие сигнальные молекулы, что позволяет рассматривать кадгерины как непосредственных участников систем передачи внутриклеточных сигналов.

Фактически b-катенин фосфорилируется Src тирозинкиназами. Однако мы не располагаем данными, свидетельствующими о том, что сами кадгерины являются сигнальными молекулами. Более вероятно, что поскольку они могут связываться с цитоскелетом и с такими сигнальными адаптерами как p120CAS, то кадгерины и образуемые ими контакты могут выступать в качестве структурной основы, организующей сигнальные молекулы в целях регуляции их активности. Образование комплекса взаимодействующих сигнальных молекул характерно для процессов передачи сигналов и происходит, например, в фокальных адгезиях, связанных с кластерами интегриновых рецепторов. Используя аналогию, можно сказать, что кадгерины действуют как коммутатор, а не как телефонный аппарат.

Классические кадгерины играют очень важную роль в процессах развития, контролируя степень межклеточной адгезии и участвуя в процессе специфического узнавания клеток. Например, в процессе развития Е-кадгерины экспрессируются на стадии образования бластоцисты, и считается, что за счет них клеточная адгезия увеличивается, когда в развивающемся эмбрионе возникают плотные контакты и впоследствии происходит поляризация клеток эпителия.

Неудивительно, что генетический нокаут Е-кадгериновых генов приводит к гибели организмов на ранних этапах развития.

Мутации в генах других кадгеринов или их нокаут оказывает влияние на развитие многих органов, включая головной и спинной мозг, легкие и почки. Существенным моментом, общим для всех этих процессов развития, является форма движения клеток, известная под названием инвагинация. Например, у позвоночных нервная ткань закладывается при образовании гребня клетками эктодермы вдоль внешней поверхности эмбриона. Нервный гребень углубляется в желобок, который затем замыкается, образуя нервную трубку.

При образовании нервной трубки апикальные домены эпителиальных клеток должны сократиться, и клетки должны загнуться внутрь, формируя желобок, а затем диссоциировать и переместиться на новое место с тем, чтобы закрыть нервную трубку. Подобная инвагинация происходит при образовании многих тканей из клеток эктодермы, причем с участием различных типов межклеточных контактов. При делеции кадгериновых генов наблюдаются такие аномалии развития, как формирование неустойчивых моторных навыков. Эта аномалия связана с появлением функционально неполноценных нейронов, также обусловленным нарушением инвагинации эпителия.

Цитоплазматические хвосты кадгерина связываются с актиновыми филаментами через катениновые белки.
Катениновые комплексы также содержат другие линкерные и сигнальные белки, которые на схеме не показаны.
Для межклеточной адгезии с участием кадгерина, на b-катенине необходимо присутствие домена, связывающегося с а-катенином. При образовании нервной трубки апикальная поверхность клеток нервной пластинки сокращается,
что вызывает загиб ее краев внутрь.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Для функционирования каких молекул адгезии требуется кальций

• Нейрональные молекулы клеточной адгезии (NCAM) экспрессируются только в нейронах и в основном принимают участие в межклеточной гомотипической адгезии, а также функционируют в качестве сигнальных рецепторов

• В нейронах экспрессируются три разных типа белков NCAM, которые являются продуктами альтернативного сплайсинга единственного гена

• Некоторые NCAM ковалентно модифицируются путем присоединения к ним длинных цепей полисиаловой кислоты (PSA), что ослабляет гомотипическое связывание. Ослабление адгезии может играть важную роль в процессе развития нейронов при образовании и разрыве контактов между ними

Хотя такие белки, как кадгерины и интегрины, для выполнения своих функций должны связываться с внеклеточными ионами кальция, это не имеет места для всех белков клеточной адгезии. Основной класс белков адгезии, независимых от кальция, представляют собой нейрональные молекулы клеточной адгезии (NCAM). Они в основном функционируют в качестве рецепторов межклеточной адгезии, хотя также способны связываться с гепарансульфат протеогликанами. NCAM экспрессируются только в нейронах. Они расположены в местах контактов между соседними клетками органов центральной и периферической нервной системы, особенно в нервных волокнах.

В нервных клетках экспрессируются три различных белка NCAM, которые являются продуктами альтернативного сплайсинга единственного гена. Эти белки относятся к суперсемейству иммуноглобулинов (Ig) и содержат характерный структурный элемент, известный под названием домен иммуноглобулина. Домен включает примерно 100 аминокислот, которые образуют петлю, имеющую форму двух b-слоев.

Как показано на рисунке ниже, все три NCAM на амино-конце содержат пять таких петель Ig-доменов, а также два домена фибронектина типа III. NCAM-180 и NCAM-140 (цифры обозначают размер молекулы в килодальтонах) содержат по одному трансмембранному домену и различаются С-концевыми цитоплазматическими участками. Напротив, NCAM-120 своим гликозилфосфатидилинозитоловым концом прикрепляется к клеточной поверхности. Все три формы NCAM могут диссоциировать с поверхности клеток — NCAM-180 и NCAM-140 за счет протеолиза, NCAM-120 при действии фосфолипаз — и высвобождаться в виде растворимых молекул, диффундирующих в спинномозговую жидкость и плазму. Растворимые NCAM способствуют адгезии нейронов и образованию нейритов (представляющих собой аксоны).

NCAM клеточной поверхности могут функционировать в качестве сигнальных рецепторов, связываясь со специфической областью на рецепторах фактора роста фибробластов. Образование на поверхности клеток таких латеральных ассоциатов приводит к открытию кальциевых каналов, по-видимому, в результате протекания сигнальных процессов с участием фосфолипазы С, диацилглицерина и арахидоновой кислоты. По крайней мере, одна форма NCAM, NCAM-140, также связывается с тирозинкиназой нерецепторного происхождения — p59fyn, которая обеспечивает связь рецептора с активацией киназы фокальной адгезии. Таким образом, рецепторы NCAM активируют те же сигнальные процессы, которые активируют и другие рецепторы. Эти процессы подробно не изучены.

После образования в эндоплазматическом ретикулуме, на пути к поверхности клеток, NCAM подвергаются различным посттрансляционным модификациям, которые происходят в аппарате Гольджи. Эти модификации включают фосфорилирование, сульфатирование и гликозилирование. К наиболее значительной из этих модификаций относится добавление к молекуле длинных линейных цепей, состоящих из сиаловых кислот. Они называются полисиаловые кислоты (PSA) и присоединяются к N-сахарам, расположенным на двух аспарагиновых остатках пятого домена Ig.

NCAM образуются как в виде мембраносвязанных, так и растворимых белков различной величины.
Представлена доменная организация NCAM. Внеклеточные участки молекулы NCAM могут модифицироваться при добавлении полисиаловой кислоты (PSA),
которая присоединяется к остатку аспарагиновой кислоты при прохождении белка по секреторному пути (представлена модель трансмембранной формы PSA-NCAM, размером 140 кДа).

Добавление PSA существенно меняет форму и функции NCAM. Поскольку сиаловые кислоты несут отрицательный заряд, их цепи распространяются в стороны от молекулы белка, притягивают к себе катионы, и, подобно цепям гликозаминогликанов в протеогликанах, связываются с молекулами воды. Присоединение PSA к NCAM оказывает наиболее сильное влияние на адгезивную функцию рецепторов. В основном мембраносвязанные NCAM связываются с такими же рецепторами, расположенными на соседних клетках. Подробности механизма этого гомофильного связывания неизвестны, однако в нем принимают участие Ig-домены на амино-концевых участках каждого рецептора.

Согласно представлениям современной модели, все пять Ig-доменов рецепторов NCAM перекрываются, что приводит к формированию сильной и прочной адгезии между примыкающими клетками. Однако рецепторы PSA-NCAM перекрываются неполностью, вероятно, из-за большого объема гидратации и отрицательного заряда на цепях PSA. Это вызывает отталкивание Ig-доменов комплементарных рецепторов, расположенных на примыкающих клетках. В результате клетки, содержащие PSA-NCAM, менее прочно связываются друг с другом, чем клетки, в которых NCAM не модифицирован PSA.

В чем заключаются преимущества существования сильно и слабо связывающихся форм одного и того же рецептора? Вспомним, что в процессе развития клетки должны расти и проявлять подвижность с тем чтобы возможно было формирование тканей. В течение этого периода клетки неоднократно образуют между собой контакты и разрушают их. Это особенно характерно для таких клеток, как нейроны, которые в зрелом организме должны сформировать множественные и в высшей степени специфичные межклеточные контакты.

Поэтому для развивающихся нейронов крайне необходимы межклеточные взаимодействия, которые осуществляются с участием PSA-NCAM и характеризуются низким сродством, но высокой специфичностью.

Прямые подтверждения того, что PSA необходимы для контроля развития нейронов, получить крайне трудно, однако несколько групп данных говорят в пользу этого предположения:

• Иммуногистохимическими методами с применением антител, специфичных к NCAM, содержащим и не содержащим цепи PSA, показано, что около 30% NCAM в клетках мышиных эмбрионов содержат PSA, причем в клетках взрослых животных это количество снижается до 10%.

• Два фермента, принимающие участие в образовании PSA, полисиалилтрансфераза и сиалилтрансфераза-X экспрессируются, главным образом, в эмбриональной нервной ткани.

• Нарушение функций PSA-NCAM в процессе развития животных или с помощью ферментов, отщепляющих PSA, или антител, блокирующих PSA-NCAM, вызывает формирование пороков развития головного мозга.

• Аналогичные дефекты обнаруживаются у мышей с нокаутом генов NCAM.

NCAM также могут играть важную роль в структурных перестройках нейронов, происходящих у взрослых животных. Поскольку они участвуют в перестройке нейронных связей, PSA-NCAM могут отвечать за физическое ремоделирование головного мозга, происходящее в процессах запоминания и обучения. В под держку этого предположения свидетельствуют данные о том, что у грызунов уровень PSA-NCAM после обучения увеличивается, и отщепление PSA от NCAM (при действии эндосиалидазы) снижает скорость и точность выполнения тестов памяти.

Немодифицированные NCAM связываются между собой посредством пяти Ig-доменов, что обеспечивает прочную адгезию.
NCAM, модифицированный при присоединении PSA, связывается только с двумя Ig-доменами,
и это снижает прочность адгезии.
В присутствии PSA нарушается перекрывание молекул селектинов,
что приводит к слабой адгезии в процессе развития организма.
У взрослых организмов не происходит присоединения PSA к селектинам,
и, таким образом, у них обеспечивается прочность межклеточных взаимодействий.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Кальций–независимая клеточная адгезия

В основном обеспечивается белками суперсемейства иммуноглобулинов, белки которого содержат домены, характерные для иммуноглобулинов (антител). Иммуноглобулиноподобные молекулы клеточной адгезии главным образом участвуют в регуляции адгезивных взаимодействий, тогда как функция «удержания» клеток принадлежит другим белкам.

Са++ независимые молекулы клеточной адгезии нервных клеток.

Внутриклеточные молекулы адгезии эндотелиальных клеток (взаимодействие с интегринами лейкоцитов).

Селектины (семейство лектинов) – белки клеточной поверхности, связывающие углеводы и обеспечивающие различные взаимодействия в кровяном русле.

Кадгерины

Кадгерины — одно из суперсемейств молекул клеточной адгезии, обеспечивают кальций-зависимое гомофильное соединение клеток. Это группа разнообразных белков, подразделяемая на несколько семейств. Подавляющее число типов кадгеринов — трансмембранные белки, внутриклеточный домен которых с помощью вспомогательных адапторных белков соединяется с актиновыми микрофиламентами. Кроме собственно функции образования адгезивных контактов, многие из кадгеринов выполняют также сигнальные функции.

Важным свойством кадгеринов является формирование постоянных морфологически оформленных межклеточных контактов. Кадгерины обладают внутриклеточными доменами, которые через цепь взаимосвязанных цитоплазматических белков связываются с цитоскелетными структурами контактирующих клеток.

Клетки позвоночных экспрессируют один или более типов кадгеринов, каждый из которых кодируется отдельным геном; для определенного типа клеток характерен определенный набор экспрессируемых кадгеринов; на данный момент известно более 10 типов кадгеринов. Кадгерины одной клетки связываются с кадгеринами того же типа соседней клетки (гомофильный механизм). Большинство кадгеринов представляют собой единожды пересекающие плазматическую мембрану гликопротеины (700-750 аминокислот).

Кадгерины могут опосредовать не только гомотипическую (эпителий- эпителий), но и гетеротипическую межклеточную адгезию (кератиноцит-меланоцит, кератиноцит-клетка Лангерганса и др.).

Источник