2. Молекули клітинної адгезії

В серцевій м’язовій тканині та в ГМК судин зустрічаються такі класи адгезивних молекул:

- Інтегрини - гетеродімерні молекули, що функціонують як клітинно-субстратні, так і міжклітинні адгезивні рецептори;

- Адгезивні рецептори суперсемейства іммуноглобулінов, які беруть участь у міжклітинній адгезії і особливо важливі в ембріогенезі, заживленні ран і імунній відповіді;

- Селектини - адгезивні молекули, лектинподобний домен, яких забезпечує адгезію лейкоцитів до ендотеліальних клітин;

- Кадгерини - кальційзалежні гомофільні міжклітинні адгезивні білки[1].

3. Серцево-судинні захворювання

Серцево-судинні захворювання (ССЗ) є групою хвороб серця і кровоносних судин, в яку входять:

 ішемічна хвороба серця - хвороба кровоносних судин, що забезпечують кров'ю серцевий м'яз;

 хвороба судин головного мозку - хвороба кровоносних судин, що забезпечують кров'ю мозок;

 хвороба периферичних артерій - хвороба кровоносних судин, що забезпечують кров'ю руки і ноги;

 ревмокардит - поразка серцевого м'яза і серцевих клапанів в результаті ревматичної атаки, що викликається стрептококовими бактеріями;

 вроджена вада серця - будови серця, що існують з народження деформації;

 тромбоз глибоких вен і емболія легенів - освіта в ножних венах згустків крові, які можуть зміщуватися і рухатися до серця і легенів.

Інфаркти і інсульти зазвичай є гострими захворюваннями і відбуваються, головним чином, в результаті закупорювання судин, яке перешкоджає потоку крові до серця або мозку. Найпоширенішою причиною цього є утворення жирових відкладень на внутрішніх стінках кровоносних судин, що забезпечують кров'ю серце або мозок. Кровотечі з кровоносної судини в мозку або згустки крові можуть також бути причиною інсульту [2].

4. Причини серцево-судинних захворювань

Причини ССЗ точно встановлені і добре відомі. Основними причинами хвороб серця і інсульту є неправильне живлення, фізична інертність і вживання тютюну. Ці причини називаються "Чинниками ризику, що модифікуються,". Наслідки неправильного живлення і фізичної інертності можуть виявлятися у вигляді підвищеного кров'яного тиску, підвищеного рівня глюкози в крові, підвищеного вмісту жирів в крові, зайвої ваги і ожиріння; ці прояви називаються "Проміжними чинниками ризику".

Основні чинники ризику, що модифікуються, приводять майже до 80% випадків ішемічної хвороби серця і хвороби судин головного мозку. Існує також цілий ряд чинників, що впливають на розвиток хронічних хвороб, або "основоположних причин". Вони є віддзеркаленням основних рушійних сил, що приводять до соціальних, економічних ікультурних змін, - це глобалізація, урбанізація і старіння населення.

Іншими визначальними чинниками для ССЗ є стрес. Часто хвороба кровоносних судин протікає бессимптомно. Інфаркт або інсульт можуть бути першими попередженнями про захворювання [2].

5.Дослідження міжклітинних взаємодій у серці при патологіях

Як вже відомо, серцево-судинні захворювання – одна з головних причин смертності людей. Вивчення цих хвороб не могло не привернути увагу вчених, до молекулярних механізмів міжклітинної комунікації згаданих вище клітин. Так, Джоші М. Б., Ерн П. та соавтори з лабораторії для передачі сигналів, відділу біомедицини (Швейцарія) зайнялись вивченням кадгеринів при серцево-судинних захворюваннях. Серцево-судинні захворювання охоплюють величезний діапазон умов, що виникають при настільки ж різноманітній етіології. Надродина кадгеринів – клітинних молекул адгезії поверхні, вже давно визнані за їх вирішальну роль в морфогенезі і контрольованого зростання і обороту у дорослих тканинах. Таким чином, їх участь у розвитку серцево-судинних захворювань, що характеризуються тканинним ре моделюванням, може бути передбачене. Однак, враховуючи різноманітність кадгеринів, виражені на резидентних клітинах в серцевій і судинній тканинах і їх різні і часто дублюючі функції, які виходять за рамки простого посередництва адгезивної взаємодії, визначення конкретної ролі в прогресуванні серцево-судинних захворювань може бути змішаним. У порівнянні полів ембріогенезу з онкологією, дослідження, конкретно орієнтовані на участі в розмежуванні кадгеринів серцево-судинних захворюваннь є надзвичайно мізерні. Автори данного дослідження пропонують короткий вступ в члени суперсемейства кадгерін, і переглянути участь кадгеріни в серцевих захворювань (розширених і диспластичних кардіоміопатіях) і судинних захворювань (атеросклерозу і рестеноза), в яких відбуваються видні архітектурі зміни в тканинах і в кінцевому рахунку це викликає клінічні прояви та ускладнення захворювань. Передбачувані функції різних кадгеріни виражені в кардіоміоцитів, гладком'язових клітин та ендотеліальних клітин обговорюються [5].

У США (штат Техас), в інституті досліджень довголіття та старіння (відділ геріатрії, геронтології та паліативної медицини) Холад Г. В. і Ліндсі М. Л. вивчали зв'язок позаклітинного матриксу і фібробластів після інфаркту міокарда. Позаклітинний матрикс (ECM) забезпечує структурну підтримку, виступаючи в якості каркаса для клітин, і, таким чином ECM підтримує нормальний гомеостаз тканин. У відповідь на інфаркт міокарда (ІМ), ECM, як правило, посилює свою активність в лівого шлуночка (ЛШ), яка регулює ремоделювання ЛШ шляхом модуляції формування рубця. ECM безпосередньо впливає на утворення рубців, регулюючи ріст випуску фактора і клітинної адгезії і побічно впливає на утворення рубців шляхом регулювання запальних, кровоносних судин і відповідей фібробластів [10].

Члени американської фізіологічної спілки Стефані Л. К., Боуверс та ін. вивчали динаміку взаємодії фібробластів міоцитів і капілярів серця. У серці, електричні, механічні та хімічні сигнали, створюють умови необхідні для нормальної клітинної відповіді у розвитку і патологічні сигнали. Зв'язок між фібробластами, міоцитами і ендотеліальними клітинами, а також позаклітинним матриксом, мають вирішальне значення для коливань у складі серця і функції під час нормального розвитку і патології. Останні дані свідчать про те, що цитокіни відіграють важливу роль в міжклітинній сигналізації в серці. Дійсно, ми бачимо, що врезультаті взаємодії між міоцитами і серцевими фібробластами збільшується секреція інтерлейкіну-6 та фактора некрозу пухлини-α. Автори також використовували конфокальну та електронну мікроскопії для спостереження замикаючих контактів і можливого ​​прямого зв'язку між цими клітинами в живому організмі. Отримані результати підкреслюють важливість прямих міжклітинних зв'язків в серці, і вказують, що взаємодія між фібробластами, міоцитами і ендотелієм капілярів призводить до диференціальної експресії цитокінів. Вивчення цих міжклітинних взаємодій має безліч наслідків для процесу ремоделювання серця і загальної функції серця під час розвитку та кардіопатології.

Клітинна організація серця складається в основному з міоцитів, фібробластів, клітин гладких м'язів судин і ендотеліальних клітин (ЕК). Багато чого відомо про організацію міоцитів і судин, однак мало відомо про серцеві фібробласти і їх взаємодії з міоцитами і ECS. Поєднання зовні всередину, а зсередини назовні сигналізації між екстрацелюлярним матриксом і клітинними компонентами служить для координації розвитку міокарда і фібробластів сполучної тканини. Цей динамічний стільниковий зв'язок здійснюється через поєднання механічних, хімічних і електрофізіологічних сигналів, що в кінцевому рахунку регулюють серцеву діяльність.

Щоб більш точно вивчити питання про взаємодію між серцевими фібробластами, міоцити і ЕК, що призводить до секреції цитокінів, автори дослідження провели тривимірну клітинну адгезію. Також розглянули ці міжклітинні взаємодії в природних умовах, використовуючи конфокальну та електронну мікроскопії (ПЕМ).

Попередні дослідження показали, що серцеві фібробласти і міоцити можуть взаємодіяти один з одним, і що ці взаємодії регулюються специфічними білками, такими як інтегрини, кадгерини, і коннексини.

 Результати даного дослідження підкреслюють важливість прямих міжклітинних комунікацій в серці, і показують, що взаємодія між серцевими фібробластами, міоцитами і капілярним ендотелієм в результаті призводить до диференційної експресії цитокінів. Як раніше спостерігався, взаємодії між серцевими фібробластами і міоцитами є необхідним компонентом in vitro для секреції цитокінів ІЛ-6 та TNF-α. Інгібування фібробластів серцево-міоцитарної взаємодії через Cx43 антитіла збідненого IL-6 секрецію, але збільшилося вираження TNF-α. Обидва IL-6 та TNF-α, як повідомляється, викликають збільшення фібробластів коллагену. Було також показано, що збільшення гіпертрофії міоцитів викликає ремоделювання серця. Цікаво, що клінічні дослідження показують збільшення TNF-α при гіпертрофії, які були залучені в апоптоз кардіоміоцитів, а також масив захворювань. Як вже говорилося, міжклітинні зв'язки змінювалися протягом гіпертрофії серця і видужання, а також отримані дані показують, що зниження цих найважливіших міжклітинних взаємодій (наприклад, через апоптоз або збільшене утворення колагену) може бути пов'язане з підвищенням рівня і побічними ефектами TNF-α в патологічних умовах.

IL-6 являє собою запальний цитокін, який регулює біологічні функції в клітині і тканинах певним чином, в тому числі в серці. Накопичені дані свідчать про те, що IL-6 та його ефекторні шляхи, зокрема, gp130/Jak-STAT шляху, мають вирішальне значення у функціонуванні міокарда та кардіопротекції. Результати поточного дослідження, що показують, збільшення IL-6 секреції в результаті гетеротипічних міжклітинних зв'язків надалі підтримують важливу роль IL-6 в нормальній функції серця і при патологічних станах.

Кардіоміоцити відрізняються за розміром і формою в залежності від їх розташування в серці, стадії розвитку, а також у відповідь на патофізіологічні сигнали. Внесення змін до розмір або розташування міоцитів логічно вимагає корекції в розподілі чинників, які мають вирішальне значення для виживання клітин, які зазвичай опосередковуються через капілярний розподіл. Ангіогенез безпосередньо залежить від метаболічних потреб серця, і регулювання координується через міжклітинні контакти з міоцитами, фібробластами, ECS, і ECM. Цитокіни та екстра целюлярний матрикс важливі для ремоделювання судин і регуляції серцевої і несерцевих тканин.

Дані дослідження показують, що серцева комунікація має вирішальне значення для хімічних сигналів, що беруть участь у ремоделюванні серця, і вимагає подальшого вивчення. Визначення сигналів, відповідальних за зміни буде надавати уявлення про процес розвитку серця, а також етіології та лікування захворювань серця [13].

На кафедрі клітинної біології розвитку та анатомії (університет Південної Кароліни, США) Баудіно Т. А., Борг Т. З. та ін. вивчали взаємодію кардіоміоцитів і фібробластів в тривимірній культурі. Створення масивів клітин має вирішальне значення для формування і функціонування нормального органу, і це, напевно, залежить від внутрішніх і зовнішніх сигналів. Крім того, формування більшості тканин вимагає взаємодії кількох типів клітин. Дійсно, як компоненти позаклітинного матриксу (ECM), так і клітинні компоненти необхідні для формування тривимірних (3-D) тканин в пробірці. Використовуючи 3-D культури автори демонструють, що ECM, розташований у відповідністі до необхідного для паличкоподібного фенотипу міоцитів, і як тільки ця модель встановлено, міоцити були відповідальні за узгодження будь-яких подальших шарів клітин. Це аналогічно тому, як в природних умовах картина, яка спостерігається, там, де, здається, мінімальна ECM сигналізації, а формування багатоклітинних моделей залежить від міжклітинних взаємодій. Досліджувана 3-D культура міоцитів і фібробластів має велике значення, вона моделює в природних умовах організацію серцевої тканини і може бути використана для дослідження взаємодій між фібробластами і міоцитами. Крім того, автори використовували обертальні культури для вивчення клітинних взаємодій. За допомогою цих систем, вони показали, що конкретні коннексини і кадгерини є критичними для міжклітинних взаємодій. Представлені дані доцільно використовувати для дослідження клітинних взаємодій при нормальному зростанні і при патологіях [6].

В Швейцарії (в клініці дерматології) Лапуж К., Фонтао Л. та інщі проводили дослідження за темою клітинна терапія серця In Vitro: відтворювані аналізи для порівняння ефективності різних клітин донора.

Десмосомами є міжклітинні адгезивні комплекси, якірні проміжні філаменти цитоскелету в клітинній мембрані в епітелії і клітинах серцевого м'яза. Десмосомальний десмоплакін відіграє ключову роль у зв’язуванні різних проміжних мереж філаментами через його С-кінцевий домен. Щоб отримати більш повне уявлення про цитоскелетну організацію кардіоміоцитів, автори досліджували асоціацію десмоплакіна з десміном по трансфекції клітин (на дріжджах). Результати показують, що асоціація десмоплакіна з десміном залежить від послідовності в лінкерній області і С-кінцем десмоплакіна, де B і C під домени роблять внесок у ефективне зв'язування; взаємодія десмоплакіна з ненитчастим десміном вимагає послідовності, що містяться в с-кінцевій частині стрижня десмина і хвістовій області в дріжджах, в той час як дослідження в пробірці зв'язування хвіста десміна є необов'язковою для об'єднання, і мутації в будь-якому с-кінеці десмоплакіна або хвіст десміна пов'язаний з успадкованою кардіоміопатією, що, здається, погіршує десмоплакін-десмінові взаємодії. Ці дослідження поглибити розуміння проміжних взаємодій десмоплакін-нить, які мають важливе значення для підтримки цитоархітектоніки в кардіоміоцитах, і дати нове розуміння молекулярних основ десмоплакіна і десміна людини, пов'язаних із захворюваннями [11].

Дуже важливо, щоб клітини серця «правильно» взаємодіяли між собою. Вивченням цього складного питання займались вчені з відділу молекулярної кардіології (Техас) - Баудіно Т. А., Борг Т. З. та ін., а саме вони вивчали важливість десмоплакіну для властивих кардіальних міжклітинних взаємодій. Нормальна серцева функція підтримується за рахунок динамічної взаємодії серцевих клітин один з одним і з позаклітинним матриксом. Ці взаємодії мають важливе значення для реконструкції при зупинці росту і патофізіологічних умовах. Тим не менш, точні механізми цієї взаємодії залишаються неясними. У даному дослідженні розглянто важливість десмоплакіну (DSP) в міжклітинних взаємодіях серця. Міжклітинні зв'язки в серці вимагають формування та збереження клітинних контактів, з'єднання клітинної адгезії називається десмосомо-подібні структури. Основним білковим компонентом цього комплексу є DSP, який грає роль в об'єднанні цитоскелетної мережі до плазматичної мембрани. Вчені попередньо створили поліклональні антитіла (1611) по відношенню до розчинної фракції плазматичної мембрани фібробластів серця. У спробі визначити, які білки 1611 визнає, було проведено двовимірний електрофорез і визначили DSP, як однин з основних білків, розпізнаних 1611. Іммунопреціпітація дослідження показала, що 1611 був в змозі безпосередньо взаємодіяти з осадженим DSP. Вчені також показали, що 1611 і анти-DSP ​​антитіла ко-локалізуються в цілі розділи серця. Нарешті, використовуючи тривимірні аналізи в пробірці взаємодії клітина-клітина, автори показували, що 1611 може інгібувати міжклітинні взаємодій. Ці дані показують, що DSP є важливим білком для міжклітинних взаємодій і впливає на різні клітинні функції, в тому числі секрецію цитокінів [7].

Важливе питання досліджували вчені Ярвуд Г., Масон Д. С. та ін. співавтори з національного інституту серця і легень, відділу молекулярної кардіології (Лондон, Великобританія), а саме вони вивчали скоротливі стани кардіоміоцитів, пов'язані з відмінностями у взаімодії фібронектину та інтегринів. Інтегринові ниті позаклітинного матриксу (ECM) пов'язані з внутрішньоклітинним цитоскелетом та з іншими клітинними адгезинами сигнальних білків діють в якості механотрансдукторів. Тим не менш, прямі кількісні вимірювання механічних кардіоміоцитів серця і його відносини до взаємодії між специфічними білками ECM та інтегринами не вистачає. Метою даного дослідження було охарактеризувати взаємодію між фібронектином ECM білка (FN) і інтегрином в кардіоміоцитах і перевірити гіпотезу, що ця взаємодія буде змінюватися під час скорочення і розслаблення серця в кардіоміоцитах. Використовуючи атомно-силову мікроскопію, автори кількісно визначили силу зв’язування (силу адгезії) і імовірністю адгезії між інтегринами і FN, і ці виміри корелюють з скоротливістю ​серця, як проіндексовані осередки жорсткості на свіжевиділених кардіоміоцитах мишей. Експерименти проводилися в нормальних фізіологічних умовах (контроль), з високим вмістом K +, або з низьким вмістом Ca2 + (повністю розслабленим). При контрольних умовах, початкового піка сила адгезії між FN і міоцитами α3β1 і / або α5β1-інтегринів склала 39,6 ± 1,3 пН. Специфічність зв'язування між FN та α3β1 і α5β1-інтегринів була перевірена за допомогою моноклональних антитіл проти α3-,-α5, α3 + α5-або β1-субодиниці інтегринів, яка інгібує зв'язування 48%, 65%, 70%, або 75%, відповідно. Стиснення з високим вмістом K + збільшило загальну клітинну адгезію (в 1,2 рази) і клітинну жорсткость (в 27,5 рази) у порівнянні з повністю розслабленими клітинами з низьким вмістом Ca2 +. Розчин з високим вмістом K + , що містить BDM, який пригнічує скорочення шляхом інгібування актин-міозінових взаємодій. Таким чином, результати показують, що адгезія інтегрина з FN модулюється скорочувальними станами кардіоміоцитів [5].