Классификация и ультраструктурное строение межклеточных соединений

                 Рис 3. Адгезивный (сцепляющий) поясок (лента)

а — расположение его в клетке; 6 — вид на ультратонком срезе; в — схематическое изображение. 1 — плазматическая мембрана; 2 — слой винкулина; 3 — актиновые микрофиламенты; 4 — линкерные гликопротеиды 
 

                 2.2 Десмосома (macula adherens, spot desmosome)

     Десмосома  — один из типов межклеточных контактов, обеспечивающих прочное соединение клеток. Они обнаружены в различных тканях позвоночных и беспозвоночных животных – эпителиях, эндотелии, мезотелии, в культуре печеночных клеток, а также между отростками одной и той же клетки.

     Десмосомы образуются между клетками тех тканей, которые могут подвергаться трению, растяжению и другим механическим воздействиям. В межклеточной щели в области десмосомы располагается электронно-плотный слой, образованный взаимодействующими молекулами интегральных гликопротеинов  плазмолемм соседних клеток. 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.

       Плакоглобин (белок с молекулярной массой 83 кД, обнаруживающийся в адгезионных межклеточных контактах) возможно является центральным пунктом в формировании десмосомы и прикреплении цитокератиновых филаментов. Тип промежуточных филаментов зависит от типа клеток: в большинстве эпителиальных клеток к десмосомам прикреплены кератиновые промежуточные филаменты; в клетках сердечной  мышцы - десминовые промежуточные филаменты.      

     

     Рис 4 Десмосомы. а – положение десмосом в эпителиальных клетках.

                                     б – структура десмосомы

                                     ПД – полудесмосома

                                     Д – десмосома

                                     4 – промежуточные филаменты

                                     1 – плазмалемма контактирующей клетки

                                     2 – слой десмоглеина

                                     3 – слой десмоплакина 
 

     Десмосомы  обеспечивают механическую прочность, необходимую для поддержания  целостности эпидермиса. Система десмосом и промежуточных филаментов в других тканях, по-видимому, имеет сходную роль.

     Под световым микроскопом десмосомы (рис. 1) имеют вид тонких мостиков, соединяющих противоположные края контактирующих клеток. Существенными их элементами являются симметричные дифферентированные участки цитоплазматических мембран протяженностью в среднем 0,2 – 0,5 мкм, разделенных межклеточным пространством шириной  18 – 35 нм. 

  

                 Рис 5.  Десмосома. Электронная микрофотография 

     Общая площадь, занимаемая десмосомами, может составлять до 5 % поверхности цитоплазматической мембраны. На микрофотографиях тонких поперечных срезов демосом, по центру межклеточного пространства достаточно часто выявляется зигзагообразный слой, который краями своих складок связывает противоположные участки контактных мембран. При увеличении разрешения этот слой выглядит фрагментированным – в виде выстроенных в ряд, нерегулярно расположенных «глобул» диаметром 11 – 16 нм. 
 
 
 
 
 

                      2.3 Полудесмосома, или гемидесмосома

     Они обнаружены в тканях млекопитающих, амфибий и костистых рыб. Полудесмосома по своей структурной организации напоминает десмосому, разрезанную по межклеточной щели

     Но  в отличие от десмосом, соединяющих мембраны соседних эпителиальных клеток, гемидесмосомы присоединяют базальную поверхность эпителиальных клеток к подлежащей базальной мембране, тем самым, однако, также, как и десмосомы , функционируя в качестве заклепок, распределяющих силы натяжения или разрыва, но уже на подлежащую эпителий соединительную ткань . В то время как промежуточные филаменты, ассоциированные с десмосомами, латерально прикрепляются к десмосомным бляшкам, многие из промежуточных филаментов, ассоциированных с гемидесмосомами, своими концами погружены в бляшку. Внутриклеточные прикрепляющие белки гемидесмосом отличны от подобных белков десмосом. Трансмембранные линкерные белки гемидесмосом принадлежат к интегриновому семейству рецепторов внеклеточного матрикса.

     Как и десмосомы, гемидесмосомы прикрепляют промежуточные филаменты, однако основным адгезионным рецептором в данном случае является альфа-6 бета-4-интегрин, прикрепляющий ламинин (на ранних этапах развития базальная мембрана состоит в основном из сети ламинина и не содержит (или содержит мало) коллагена типа IV); ламинин, адгезивный гликопротеин - большой (молекулярная масса 850000) гибкий комплекс из длинных полипептидных цепей, ассоциированных в форме асимметричного креста и удерживаемых вместе при помощи дисульфидных связей. Содержит несколько функциональных доменов: связывающиеся с коллагеном типа IV, с гепаран сульфатом, с энтактином, c рецепторами ламинина на клеточной поверхности к базальной пластинке. Остальные белки, составляющие гемидесмосому, также уникальны, хотя и отчасти гомологичны десмосомальным белкам.

                     

                           Рис 6. Схема строения полудесмосомы 
 

                                    2.4  Фокальные контакты

     Они встречаются у многих клеток и особенно хорошо изучены у фибробластов. Они построены по общему плану со сцепляющими лентами, но выражены в виде небольших участков - бляшек на плазмолемме. В этом случае трансмембранные линкерные белки-интегрины специфически связываются с белками внеклеточного матрикса (например с фибронектином). Со стороны цитоплазмы эти же гликопротеиды связаны с примембранными белками, куда входит и винкулин, который в свою очередь связан с пучком актиновых филаментов.

     Функциональное  значение фокальных контактов заключается  как в закреплении клетки на внеклеточных структурах, так и создании механизма, позволяющего клеткам перемещаться. 

     

Рис 7. Упрощенная схема фокального контакта клетки с внеклеточным матриксом

     ПМК - плазматическая мембрана клетки,

     И - интегриновый рецептор,

     Т - талин,

     F - FAK (протеинкиназа фокального контакта),

     Р- паксиллин,

     В - винкулин,

     ТЗ - тензин,

     а - альфа-актинин,

     АФ - пучки актиновых микрофиламентов  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                     3. Коммуникационные соединения

     Контакты коммуникационного типа позволяют клеткам обмениваться веществами (нексусы) или сигналами (синапсы). 

                   3.1 Щелевое соединение, или нексусы (nexus)

     Представляет  собой область протяженностью 0,5 – 3 мкм, где плазмолеммы разделены  промежутком в 2 – 3 нм. Со стороны цитоплазмы никаких специальных примембранных структур в данной области не обнаруживается, но в структуре плазмалемм соседних клеток друг против друга располагаются специальные белковые комплексы – коннексоны.

     В зонах щелевого контакта может быть от 10 - 20 до нескольких тысяч коннексонов в зависимости от функциональных особенностей клеток. Они состоят из шести субъединиц коннектина – трансмембранного белка с молекулярным весом около 30 тыс. Объединяясь друг с другом, коннектины образуют цилиндрический агрегат - коннексон, в центре которого располагается канал. Отдельные коннексоны встроены в плазматическую мембрану так, что прободают ее насквозь. Одному коннексону на плазматической мембране  клетки точно противостоит коннексон на плазматической мембране соседней клетки так, что каналы двух коннексонов образуют единое целое.

     Коннексоны  играют роль прямых межклеточных каналов, по которым могут диффундировать вещества из клетки в клетку с молекулярным весом не более 1-1,5 тыс. и размером не более 1,5 нм (у насекомых через щелевой контакт могут проходить вещества с молекулярным весом до 2 тыс.). Среди этих веществ были разные ионы, аминокислоты, нуклеотиды, сахара, витамины, стероиды, гормоны, АМФ.

В настоящее время известно о 20 генах, кодирующих образование коннексинов у человека. Они находятся во многих хромосомах, образуя скопление только в первой хромосоме.

Было  обнаружено, что коннексоны могут  закрываться, изменяя диаметр внутреннего  канала, и тем участвовать в  регуляции транспорта молекул между  клетками. Ни белки, ни нуклеиновые кислоты через щелевые контакты проходить не могут. Такая способность щелевых контактов служить местом транспорта низкомолекулярных соединений используется в тех клеточных системах, где нужна быстрая передача электрического импульса (волны возбуждения) от клетки к клетке без участия нервного медиатора. Так, все мышечные клетки миокарда сердца связаны с помощью щелевых контактов (кроме того, клетки там связаны и адгезивными контактами). Это создает условие для синхронного сокращения огромного количества клеток. При росте культуры эмбриональных сердечных мышечных клеток (миокардиоциты) некоторые клетки в пласте начинают независимо друг от друга спонтанно сокращаться с разной частотой, и лишь только после образования между ними щелевых контактов они начинают биться синхронно как единый сокращающийся пласт клеток. Таким же способом обеспечивается совместное сокращение гладкомышечных клеток в стенке матки.

     Целостность и функционирование щелевых контактов  сильно зависит от уровня ионов Ca²⁺ внутри клетки. Ионы Ca²⁺ меняют конфигурацию коннексонов так, что просвет каналов закрывается. В норме концентрация кальция в цитоплазме очень низка. Если Ca²⁺ инъецировать в одну из клеток пласта культуры тканей, то в соседних клетках увеличения уровня Ca²⁺ в цитоплазме не происходит; клетки как бы разобщаются с соседями, перестают проводить электрический ток и красители. Через некоторое время, после того как введенный кальций будет аккумулирован митохондриями, структура и функции щелевых контактов восстанавливаются. Такое свойство очень важно для поддержания целостности и работы всего слоя клеток, так как повреждение одной из них не передается на соседний через щелевые контакты, которые перестают работать как межклеточные диффузионные каналы.

              

         Рис 8. Структура канала щелевого контакта 
 
 
 

Каждый  ионный канал состоит из двух половинок  – коннексонов. Коннексон пронизывает  мембрану лишь одной клетки и выступает в межклеточную щель на 1-1,5 нм, где стыкуется со вторым коннексоном.  
 
 
 
 

       3.2  Синаптические соединения, или синапсы (synapsis)

     Согласно  классическому определению, синапсы  представляют собой специализированные функциональные контакты между клетками возбудимых тканей. Термин «синапс» ввел Ч. Шеррингтон (1897).

     Этот  тип контактов характерен для  нервной ткани и встречается  в специализированных участках контакта как между двумя нейронами, так  и между нейроном и каким-либо иным элементом - рецептором или эффектором (например, нервно-мышечное окончание).

  Синапсы - участки контактов двух клеток, специализированных для односторонней передачи возбуждения или торможения от одного элемента к другому. В принципе подобного рода функциональная нагрузка, передача импульса может осуществляться и другими типами контактов (например, щелевым контактом в сердечной мышце), однако в синаптической связи достигается высокая эффективность в реализации нервного импульса.

В синапсе  различают несколько составных  частей (рис 9):