Глава 3 Роль промежуточных филаментов в поддержании размеров и формы клеток и внутриклеточных структур.

Основными функциями промежуточных филаментов являются:

• обеспечение механической прочности клеток и их отростков

• адаптация к стрессовым факторам

• участие в контактах, обеспечивающих прочное соединение клеток (эпителиальная и мышечная ткань)

• внутриклеточное распределение белков и органелл (локализация аппарата Гольджи, лизосом, эндосом, ядер)

• участие в транспортировке липидов и передаче сигналов между клетками.

Рисунок 3.1- Микрофиламенты, Промежуточные филаменты, Микротубулины

Глава 4 Кератиновые волокна эпителиальных клеток.

У млекопитающих большая часть белков промежуточных филаментов представлена кератинами.

Кератины-являются облигатными гетерополимерами белков типа I и II. Характер совместной экспрессии кератинов обоих видов служит показателем степени дифференцировки клеток эпителия и их пролиферативного статуса К числу наименее специализированных относятся простые кератины К8 и К18.

Из белков всех промежуточных филаментов наиболее сложным и варьирующим типом экспрессии отличаются кератины, выполняющие барьерную функцию Структурные кератины твердых опорных структур отличаются от других кератинов и, вероятно, принадлежат к эволюционно наиболее поздним белкам.

Большинство генов белков промежуточных филаментов у человека кодируют кератины. Известно 28 кератинов, относящихся к типу I, и 26 белков, относящихся ко II типу. В ткани эпителия кератины, которые иногда называются цитокератинами, экспрессируются совместно, т. е. как тип I/тип II. Экспрессия кератинов является настолько характерной особенностью клеток эпителия, что их присутствие может служить признаком эпителиальной ткани.

Ткани, которые не экспрессируют кератины (например, клетки эндотелия кровеносных сосудов) не относятся к эпителиальным. Кератиновые филаменты связаны с межклеточными контактами (десмосомами) и с местами контактов клетки с матриксом (полудесмосомами). Все вместе образует структурную сеть, которая особенно характерна для многослойного эпителия, например эпидермиса.

Основные кератины эпителиального слоя подразделяются на группы в зависисмости от заряда и молекулярной массы. В состав группы К1 (тип II) входят наиболее крупные и основные белки, а в состав группы К19 – более мелкие и кислые белки группы I. Каждый кератин группы I экспрессируется совместно с кератином группы II, и каждая пара характерна для степени дифференцировки и специализации определенного типа клеток эпителия.

Хотя in vitro любой из кератинов, относящихся к I или II типу, будет образовывать филаменты с различными комплементарными кератинами другого типа, in vivo они проявляют гораздо большую селективность, образуя специфические пары.

Экспрессия таких пар кератинов тесно связана со специфическими направлениями дифференцировки эпителия или даже с различными стадиями этого процесса, и присутствие одного представителя пары почти всегда служит признаком наличия другого. С функциональной точки зрения, пары кератинов можно подразделить по крайней мере на три группы: простые, барьерные и структурные кератины.

Кератины экспрессируются в клетках эпителия. Эпителиальная ткань представляет собой тип тканевой организации, который характеризуется плотной упаковкой клеток в один или несколько слоев. Эпителий образует границу органов, а также секреторных и всасывающих протоков.

В этих случаях обычно говорят об однослойном эпителии, клетки которого непосредственно контактируют с подлежащим слоем внеклеточного матрикса (базальной ламины), а свободная поверхность открыта в просвет протока или кишки. Крайний случай представляет собой многослойный или стратифицированный эпителий, образующий основную барьерную ткань оболочек тела и органов.

К этому типу относятся эпидермис, покрывающий внешнюю поверхность тела, а также специализированный эпителий, выстилающий отверстия и полости прилегающих к ним протоков. Клетки стратифицированного эпителия обычно называют кератиноцитами. Ткань стратифицированного эпителия также формирует дополнительные структуры эмбрионального происхождения, состоящие из специализированного сложного эпителия, образующего, например, железы, волосы и ногти, которые могут включать участки, состоящие из простого эпителия. Наружные клетки полностью сформировавшегося стратифицированного барьерного эпителия плоской или чешуйчатой формы. Этот эпителий обычно состоит из 6-10 слоев клеток.

Чтобы защитить тело от физических, химических и канцерогенных воздействий, клетки постоянно обновляются. Клетки эпителия скрепляются вместе посредством десмосом, а также полудесмосом с субстратами. Все контакты в виде плотной сети, состоящей из связок кератиновых филаментов, проходят через цитоплазму каждой клетки. По сравнению с клетками других типов, кератиноциты многослойного эпителия экспрессируют большее количество и более широкий набор белков промежуточных филаментов, что связано с тем, что эти клетки должны противостоять массивным внешним физическим воздействиям.

Состав специфических белков кератиновых филаментов, которые экспрессируются в эпителиальных клетках, зависит от локализации и физиологического состояния последних. Особенно отчетливо это прослеживается в изменении экспрессии кератина, которое происходит при дифференцировке клеток стратифицированного эпителия.

К числу наименее дифференцированных клеток стратифицированного эпителия принадлежат базальные клетки, которые еще сохраняют контакт с базальной мембраной. Эти клетки еще способны к делению, некоторые из них являются стволовыми клетками ткани, и делиться крайне редко, однако большая часть клеток делится, обеспечивая тем самым рост ткани. После того как базальная клетка разделилась, одна из дочерних клеток покидает базальный компартмент и перемещается в первый супрабазальный слой. В результате этого важного перемещения клетка выходит из-под прямого влияния базальной мембраны и сигналов роста и становится коммитированной к терминальной дифференцировке.

Затем клетка начинает свой путь к поверхности эпителия. Этот путь представляет собой процесс терминальной дифференцировки, который в конце концов завершается гибелью клетки и ее потерей из ткани.

В процессе развития первыми экспрессируются простые кератины. В этой группе первичные или универсальные кератины представлены белками К8 (тип II) и К18 (тип I). Они присутствуют в ранних эмбриональных клетках и, по-видимому, представляют собой эволюционно наиболее древние кератины. Их экспрессия минимальна, что соответствует наименее дифференцированному состоянию кератинов, характерному для функционального эпителия, пласт которого состоит из поляризованных и плотно, без промежутков, скрепленных между собой клеток.

Рисунок 4.1 – Коллагеновые волокна