Молекулярная организация надмембранных структур

упругость ткани
Объединяет клетки в ткань
Влияет на морфологию клеток и пролиферацию, через взаимодействие с рецепторами
на клетках
Служит резервуаром для факторов роста
-Больше всего в соединительной ткани
-Формирует базальную мембрану

-Коллагены и Эластин
-Протеогликаны ( в них гликозаминогликановые цепи)
-Гликопротеиды (фибронектин, ламинин)

Компоненты матрикса

Матрикс формируют те же два главных класса макромолекул, что
и в случае базальной мембраны: (1) полисахариды гликозаминогликаны, обычно ковалентно сшитые с белком и формирующие протеогликаны, и (2) фибриллярные белки, например коллаген.

последовательность гепарансульфата. Цепочки этого гликозаминогликана могут содержать вплоть до 200 дисахаридных единиц, однако обычно ее длина не превышает и половины этого значения. Благодаря карбоксильным и сульфатным группам вдоль цепи скапливается
отрицательный заряд. Все протеогликаны базальной мембраны: перлекан, дистрогликан и коллаген XVIII типа, — несут на себе цепочки гепарансульфата

цепей кератансульфатов).

Гликозамингликаны - N-ацетилнейраминовая кислота, N-ацетилгалактозамин или N-ацетилглюкозамин . Первыми к серину примыкают - ксилоза – галактоза – галактоза – глюкуроновая кислота . Серин - О – гликозилирован.
Гиалуроновая кислота - от 300 до 30000 повторов дисахаридов (глюкуроновая к-та и N-ацетилглюкозамин)

моносахаридов - галактоза, глюкоза, манноза, фукоза
Гликолипиды ( в т.ч. гликосфинголипиды) – галактозил- и глюкозилцерамиды, сульфатиды (например, алактозил-3-сульфатцерамид ), глибозиды и ганглиозиды (есть в отл. от глибозидов 1 - 5 молекул N-ацетилнейраминовой кислоты) .
-Гликопротеины – доля углеводов не более 40% - альбумины, адгезивные :селектины, интегрины и иммуноглобулины; гликозилированный коллаген, мембраносвязанные и секреторные муцины –на апикальной поверхности эпителиев, выстилающих желудочно-кишечный тракт и воздухоносные пути (толщина гликокаликса 0.5 – 1.5 мкм). Секреторные муцины – формируют над гликокаликсом 2 слоя.
-Протеогликаны (6 подтипов core protein – 5-10% от молекулы) – от 19-35 кД у синдеканов до 370 кД у версикана, >400 кД - у перлекана; количество гликозамингликановых цепей : 1-у декорина, 3- у глюпиканов , 2-15- у перлекана, 5- у синдеканов и до 10 – 30 -ти у версикана – заякоревание в мембране через трансмембранный домен или GPI-якорь . Гликозамингликаны: гепаран-сульфат, хондроитин-сульфат, дерматан-сульфат, кератан-сульфат и гиалуроновая кислота.
-Растворимые компоненты – например, ферменты, гормоны, факторы роста.

гиалуроновая
кислота (от 300 до
30 тысяч
дисахаридов –
связывается
с фибронектином)

ферменты

способен ограничить доступ определенных молекул (эндогенных и экзогенных ) к собственно мембране.
Гликокаликс является передатчиком механических воздействий (в первую очередь, давления) на клетку, он определяет характер и силу этих воздействий и вызывает адекватную перестройку клеточной структуры и ее функций. В процессе механопередачи участвуют гепаран-сульфат и гиалуроновая кислота.
4. Контроль клеточного микроокружения. Закрепление (docking) за гликокаликс указанных молекул может влиять на локальное микроокружение несколькими способами:
А) Связывание рецепторов или ферментов и их лигандов с гликокаликсом ведет к локальному повышению их концентрации
Б) Связывание химических соединений, входящих в состав промежуточного вещества соединительной ткани и плазмы крови, с гликокаликсом ведет к образованию их локального концентрационного градиента В) Прикрепление к гликокаликсу ферментов и их агонистов или ингибиторов обеспечивает условия для поддержания функциональной активности клетки
Г) Гликокаликс связывает катионы Na+, Ca2+ и K+.

клеткой – через определенные интегриновые рецепторы

Эластин

- Коллагены – придает устойчивость к разрыву, повышает прочность , образуя фибриллы; внутримолекулярные альдольные сшивки между Lys, богаты Pro и Gly; гликозилирован, 18 типов.
- Эластин – гидрофильный белок, синтезируемый фибробластами и
гладкими мышечными клетками, около 750 аминокислот ( среди них много
пролина и глицина, богатые Ala и Lys α-спиральные сегменты, участвующие
в образовании поперечных сшивок между соседними молекулами; не гликозилирован, 1 тип), эластические свойства.
-Фибронектин (растворимый и нерастворимый). К рецепторным частям интегрина
гликокаликса на наружной поверхности клетки обычно прикреплены две субъединицы белка фибронектина.

богатых пролином и глицином и скрученных в суперспираль.

Фибриллы коллагена формируют структуры, оказывающие механическое сопротивление растягивающим силам

коллагена, не гликозилирован, содержит небольшое количество гидроксипролина и совсем не содержит гидроксилизина.

к нему клеток. Кроме того, подобно протеогликанам, они направляют движение клеток в развивающихся тканях, формируя пути, вдоль которых могут мигрировать клетки, либо, наоборот, служа преградой на пути клеток в запрещенные области.

принадлежат
к семейству интегринов.

формы

Сухожилья, связки - из массивных коллагеновых волокон с относительно небольшим количеством клеток.

Стекловидное тело глаза состоит в основном из желатиновых полисахаридов с несколькими волокнами

Кожа и кровеносные сосуды эластичны из-за многочисленных эластичных волокон .

Особый тип внеклеточного матрикса -
Базальная мембрана

Сухожилия обладают большой прочностью на растяжение , в связи с высокой плотностью коллагеновых волокон . Кость несжимаема и жесткая из-за кальцинированная коллагеновой матрицы

Состав матрикса определяет свойства ткани

в организованную ячеистую структуру. Это тонкая, плотная и гибкая пластинка (40 до 120 нм).

Эпителиальные и мышечные клетки секретируют ламинин и другие компоненты базальной пластинки

тканью (структурная)
способствуют их сцеплению друг с другом
выступают в роли фильтров в почках (селективная)
действуют как барьеры, удерживающие клетки на своем месте;
влияют на полярность клеток и их дифференцировку;
направляют миграцию клеток;
участвуют в образовании таких сложных структур, как нервно-мышечные синапсы.
участвуют в процессах регенерации при повреждении.

(2) полисахаридных
цепочек — гликозаминогликанов (GAGs), которые обычно ковалентно связаны
со специальными белками, которые называют «кóровыми» формируя протеогликаны

БМ состоит из внеклеточных макромолекул
двух основных классов:

БМ содержит:
гликопротеины лами-
нин, коллаген IV типа и нидоген, а также протеогликан перлекан.

включающая белки и полисахариды, объединенные в организованную ячеистую структуру, продукт синтетической деятельности эпителиальной, мышечной и нервной тканей, с одной стороны, и соединительной ткани – с другой.

особый тип коллагена, прикрепляющего базальную мембрану к подстилающей ее соединительной ткани, эпидермис отделяется от дермы. Это вызывает буллезный эпидермолиз, или пузырчатку

В этом также участвует коллаген IV типа:
в случае наследственного заболевания почек у человека (синдром Альпорта), мутации в генах коллагена IV типа приводят к неравномерному утолщению и дисфункции гломерулярного фильтра. Мутации, затрагивающие ламинин, также нарушают функцию почечного фильтра, но по-другому: они препятствуют нормальной дифференцировке примыкающих к фильтру клеток.

J.F.2013.Extracellular Matrix Dynamics and Fetal Membrane Rupture.Reprod Sci. V.20(2): 140–153.

Протеазы

Металлопротеазами, активны при связи
с Ca2+и Zn2+

сериновые протеазы

Специфичность к субстрату
Локальная активация
Захват поверхностными
рецепторами клеток –
разрушение матрикса –
метастазирование
- Наличие ингибиторов
(tissue inhibitors of
metalloproteases, TIMP)
и ингибиторы сериновых
протеаз — серпины.

Клеткам приходится не только вырабатывать матрикс,
но и разрушать его

филаменты.
-Белки: структурные, регуляторные, линкерные, адаптерные и рецепторные - интегрируют все составляющие клеточного кортекса в единое морфо-функциональное образование.

Тредмиллинг актина на «+»и «-» конце

4 субдомена мономерного глобулярного белка – G-актина
АТФ- зависимая полимеризация в F –актин (5-9 нм – α,β,γ актины)

cleft

barbed

pointed

Актин-связывающие протеины: способствующие нуклеации ,образованию центра полимеризации новых актиновых филаментов ( Arp 2/3 -actin-related protein complex, формины) ;
регулирующие процесс полимеризации актиновых филаментов путем взаимодействия с мономерами G-актина (профилин, твинфилин) ;
их фрагментации и деполимеризации (АДФ/кофилины, гельзолин);
организующие актиновые филаменты в трехмерные структуры – сшивающие белки (bundling proteins или cross-linking proteins), формирующие при этом или пучки актиновых филаментов (α-актинин, виллин, фимбрин ) или гелеобразные сети (филамин).

секвестрирующего (изолирующего) белка для мономерного комплекса АТФ-актин, в присутствие свободных оперенных, т.е. (+), концов –способствует полимеризации актина.
WASP (Wiskott-Alddrich syndrome protein) –регулируют активность актин-нуклеирующих протеинов, с участием мономерных G – ГТФаз- актин – связывающих белков

G-Rho

система белков, основную роль в которой играют белки спектрин и анкирин. Спектриновые нити в этом тандеме выполняют скелетную функцию, а анкирин обеспечивает заякоривание спектриновых нитей за плазмолеммальные интегральные белки. Основной функцией, выполняемой спектрин-анкириновой системой, является кластеринг ансамблей ионных каналов и белков, ответственных за клеточную адгезию, в составе микро- и макродоменов цитолеммы.

нитей за плазмолеммальные интегральные белки.
- Основная функция: кластеринг ансамблей ионных каналов и белков, ответственных за клеточную адгезию, в составе микро- и макродоменов цитолеммы;
-Спектриновый скелет значительно более стабилен (консерватированная часть субплазмолеммального цитоскелета), чем актиновый.

Спектриновый повтор
Триплеты α спирали
106 аминокислот

(особенно, это касается покровных эпителиев )
упорядочение внутриклеточных органелл с целью достижения максимальной эффективности их специфических функций

6 типов, 70 генов , часть ПФ мРНК могут формироваться при альтернативном сплайсинге

SCH1 и SCH2 – кератины- в эпителиацитах, из гетеродимеров

Sequence homology class, SCH - ПФ

SCH3 тип ПФ - виментин, десмин, GFAP (glial filament acidic protein) и периферин. Виментин - в соединительнотканных клетках, десмин – во всех типах мышечных клеток, GFAP – в глиальных клетках, и периферин – в клетках периферической нервной системы, в нейроцитах в процессе дифференцировки, также он экспрессируется вновь в поврежденных нервных клетках в процессе их репарации. Из гомодимеров, периферин – может гетеродимеры с белком NF-L, SCH4;
SCH4 - NF-L, NF-M и NF-H (легкие, средние – нестин, и тяжелые белки нейрофиламентов), α-интернексин . Последовательный характер экспрессии в процессе эмбриогенеза - нестин экспрессируется на ранних стадиях в нейроэпителиальных стволовых клетках, затем - α-интернексин.
SCH5 –ламины - образуют беспорядочную тонконитчатую сеть вдоль внутренней ядерной мембраны.
SCH6 - факинин и филензин – обеспечивают эластичность хрусталика

соединенных аминокислот - затем 2 димера – тетрамер – затем терамеры в протофибрилу.

Центральный стержневой домен разделен тремя неспиральными линкерными участками (L1, L12 и L2) на четыре α-спиральных субдомена (1A, 1B, 2A и 2B) Длина каждого из α-спиральных -1A субдоменов состоит из 35 аминокислот, 2А – из 19, 1В – из 101, и 2В – из 115 аминокислот (у ламинов α-спиральный субдомен 1В имеет в середине вставку из 42 а.о.)

Толщина филаментов -7 - 11 нм

Движение виментиновых ПФ и их субъединиц в цитоплазме идет как в направлении цитолеммы (65 – 70%), с помощью кинезинов, так и в направлении ядра ( с помощью динеина и динактина) и осуществляется вдоль микротрубочек. Передвижение кератиновых ПФ происходит с использованием актиновых нитей, и моторами в этом процессе служат миозины( 84% движутся в сторону ядра).

связываются с факторами роста фибробластов (fibroblast growth factors, FgF); иммобилизация цитокинов в зоне воспаления; декорин – ингибирует активность трансформирующих факторов роста β(TgFβ)
Корецепторы: синдеканы – корецепторы интегринов, влияют на связывание с ним фибронектина + связывание FGF
Образуют внеклеточные гели – абсорбируют воду
Образуют фильтр – большая плотность отрицательного заряда
Регуляция активности ферментов: протеаз, участвующих в сборке коллагена

Фибронектин -связь актиновым цитоскелетом – натяжение фибронектина – изменение конформации – открытие сайтов связывания с другими молекулами – образование фибрилл

(цепи из 2500 а.о., димер, 440-500 кДа)

Ядро + микротрубочки - цитоплазматическая часть белка несприн-4 (экспрессируется в клетках секреторного эпителия) → легкая цепь кинезина I; фрагмент цитоплазматической части белка несприн-1 с двойным спектриновым повтором → субъединица кинезина II

формирующих так называемые LINC (linkers of the nucleoskeleton to the cytoskeleton)- белки: SUN ( N трансмембранный домен во внутреннем ядерном пространстве, С – домен – в перинуклеарном пространстве – связан с С доменом KASH домен-содержащих белков )

к периферии клетки

связан с белками
ЯПК

300 - 400 нм

короче, связан с ПФ

клаудины и окклюдины
Прикрепляющие - связывают клетку с клеткой (с помощью трансмембранных белков кадгеринов)
или клетку с матриксом (с помощью трансмембранных белков интегринов – полудесмосомные контакты) – с помощью некоторых белков связывают мембранные белки с актиновым цитоскелетом
Десмосомы – белки десмоглеины и десмоколлины – с их цитоплазматическими хвостами белки – десмоплакины и плакоглобины (образующие цитоплазматическую пластинку или бляшку)– с ними белки ПФ – кератины или десмины
Коммуникационные контакты – щелевые контакты (коннексины, иннексины), синапсы, плазмодесмы

чаще всего: E-кадгерин обнаружен на поверхности клеток многих эпителиальных тканей; N-кадгерин — на поверхности нервных и мышечных клеток, а также клеток хрусталика; и, наконец, P-кадгерин, обнаруженный на поверхности клеток плаценты и эпидермиса. Все они также присутствуют и в других тканях; N-кадгерин, например, вырабатывается фибробластами, а Е-кадгерин экспрессируется в некоторых частях мозга

образования многих слабых связей.

Ионы Ca2+ связываются вблизи каждого шарнира и делают его неподвижным, так что вся цепочка кадгериновых доменов ведет себя как твердый слегка изогнутый стержень.

его близкий родственник γ-катенин (плакоглобин)

Адгезионные контакты координируют
актин‑опосредованную подвижность соседних клеток (адгезивный поясок)

белков адгезии. Их цитоплазматические концы связываются с плакоглобином (γ-катенином) и плакофилином (дальний родственник p120-катенина), который, в свою очередь, связан с десмоплакином. Последний связывается с боковыми поверхностями промежуточных филаментов, тем самым закрепляя их на десмосоме.

,составляют большую часть клеточной адгезии
IgCAMs (immunoglobulin-like cell adhesion molecules) и кадгерины специфически взаимодействуют с дополнительными белками на поверхности клеток -партнеров.
Большинство интегринов связываются с внеклеточными матричными молекулами.
Селектины взаимодействуют с гликопротеинами , называемыми муцинами на поверхности клетки, связываются с аддресинами

примеры динамичной, селективной адгезии : адгезия тромбоцитов друг к другу во время ремонта повреждения мелких кровеносных сосудов и свертывании крови и адгезии лейкоцитов к эндотелиальных клеток, выстилающих кровеносные сосуды воспаленных тканей

фукозы. Для связывания С -селектинов с лигандами необходимо присутствие ионов кальция. Селектины: P (от Platelet— тромбоцитарный), E (от Endothelial— эндотелиальный) и L (от Lymphocyte— лимфоцитарный). Селектины — трансмембранные белки с коротким цитоплазматическим участком, связанным с молекулами кальмодулина, актина. Кальмодулин предотвращает «смывание» (шединг) селектинов. Консенсусных доменов (согласительных повторов): L — 2, Е — 6, Р — 9.

Основные классы адгезивных белков

наружный домен

промежуточный

consensus domens

белками (лек-
тинами), участвующими в установлении различных временных межклеточных адгезионных взаимодействий в кровотоке. Их основная роль (по крайней мере у позвоночных) состоит в участии в воспалительной реакции и в управлении движением лейкоцитов.

integrins of type α-L/β-2; α-M/ β-2 (СD11a,CD11b,CD18); ICAM-2 (СD102)- Intercellular adhesion molecule 2 -  contain 2 immunoglobulin-like C2-type domains ,is expressed on the endothelial cells, without cytokines ;  VCAM-1 - gene contains 7 Ig domains, and is expressed on both large and small blood vessels  only after the endothelial cells are stimulated by cytokines, mediates leukocyte-endothelial cell adhesion and signal transduction; MAdCAM-1 - mucosal vascular addressin cell adhesion molecule 1, interacts with the leukocyte integrin α-4/β-7, L-selectin;
PECAM - Platelet-endothelial Cell Adhesion Molecule

, но и в клеточно-матриксной адгезии (полудесмосомные контакты)
Интегрины (как и другие адгезивные молекулы) отличаются от рецепторов гормонов и других внеклеточных растворимых сигнальных молекул более низким сродством к лиганду и высокой концентрации на поверхности клеток (в 10–100 раз выше).
Также работает принцип «застежки». Прочное соединение обеспечивается кластеризацией интегринов, формирующих бляшку, на которой заякорено множество филаментов цитоскелета, так же как в случае десмосом в эпидермисе или фокального контакта между фибробластом и днищем чашки Петри.

(24 формы) – трансмембранные гетеродимеры, связанные с цитоскелетом

18 α и 8 β ).
Домены субъединиц – гликолизированный внеклеточный (90%полипептидной цепи),гидрофобный трансмембранный , и внутриклеточный.
Связывание магния и кальция необходимо для адгезии, у 50% дополнительный αI-домен содержит центр адгезии,
зависимый от ионов магния и кальция .
Неспецифичные интегрины ( на разных клетках) –α6 β4 - связывают ламинин (гликопротеин из 3-х цепей с –S-S-
связями), фибронектин – α5 β1;
β1 - связывает рецептор эндотелия VCAM-1 , фибронектин, ламинин, коллаген, фибриноген
Специфичные – с β2 – присутствуют в лейкоцитах – связываются с ICAM (Intercellular adhesion molecules);
α2 β 3 – связывает фибриноген, белки комплемента С3b, фактор Виллембранда – в тромбоцитах,
α IIb,β3 - фибриноген, αЕβ7 - Т-лимфоцитах, связывается с Е-селектин в слизистых оболочках ;
α4β7-интегрин – Т – лимфоцитах , распознающий гликозилированный адрессин MadCAM на энтероцитах
кишечника.

α домены

β домены

лиганд

талин

в течение минут, если не захватываются винкулином и талином – белками, которые инициируют связывание интегринов с матриксом. В дальнейшем в комплекс привлекаются паксиллин и α-актинин, вызывающие кластеризацию интегриновых рецепторов и связывание филаментов цитоскелета– образуется фокальный контакт.
За счет натяжения миозина прикрепленного к актину в случае α5 β1, или при связывании лигандов (например факторов роста) с интегринами происходит активация взаимодействия интегрина с дополнительным участком на фибронектине, что привлекает киназу фокальных адгезий (FAK), и запускает внутриклеточную сигнализацию.
Активации интегрина - связывании с FAK -происходит фосфорилирование SH2 домена белка паксиллина, и связывание с ним и с FAK киназой - киназы Src ,через ее SH2 домен.
Src киназа активирует адапторный белок Grb2 - через него активация GEF (guaninucleotide exchange factor) – активация малой ГТФазы RAS.
Функции :
1)Участие в адгезии с матриксом
2) Участие в межклеточных взаимодействиях
3) трансдукция сигналов – через Src киназу , активацию Ras и МАРК пути (пролиферации )
4) участие в движении клетки и изменении ее формы – за счет связывания с цитоскелетом .

пространство между ними и служат «изгородью», предотвращая диффузию апикальных белков (и липидов) в базальную область, и наоборот

проходят
через плазмолемму 4 раза.
COOH-конец молекулы большинства
клаудинов связывается с белками
zonula occludens ZO-1, ZO-2 и ZO-3 

скэффолда, принадлежащие семейству Tjp (Tight junction protein, белок плотного соеди-
нения), также называемые ZO-белки (от лат. zonula occludens — замыкающая
пластинка; так иначе называется плотное соединение)

Основными трансмембранными белками, формирующими эти волокна, являются клаудины и окклюдин

плазмодесмы

Эти контакты позволяют соседним клеткам обмениваться небольшими молекулами

Коннексины — трансмембранные белки с четырьмя трансмембранными доменами. Шесть таких белков, собираясь вместе, формируют полуканал, или коннексон. Если коннексоны в плазматических мембранах двух граничащих друг с другом клеток
оказываются соосными, они образуют непрерывный водный канал, соединяющий
внутреннее содержимое этих двух клеток

они могут переходить из открытого состояния в закрытое, и наоборот. Это зависит от внутриклеточного рН, внутриклеточной концентрации кальция и др.

о (α-подгруппа), Cx45 – 18 (γ-подгруппа); М 1-4 – высоконсервативные; CL и CT – петли высоковариабельные;
-внеклеточные петли – E1 и E2 – объединение гемиканалов контактирующих клеток;
-олигомеризация большинства коннексинов (Cx37, Cx40 и Cx45) происходит в ЭР или в КГ – транспорт к мембране
-цитоплазматический белок плотного контакта zonula occludens 1 (ZO-1) – регулирует размер бляшки щелевого контакта
-среднее время полужизни для большинства коннексинов составляет всего 1 – 3 часа << чем адгезивных контактов , затем интернализация в цитоплазму .

происходит опосредованно: через выделение и действие медиатора

Переда возбуждения за счёт непосредственного действия электрического тока