Уясним основные структурные особенности ресничек и детально их расшифруем:
состоят из аксонемы (микротрубочковый каркас)
закреплены на базальном тельце (модифицированная центриоль)
стабилизированы посттрансляционными модификациями тубулина
Реснички представляют собой отростки апикальной плазматической мембраны, содержащие аксонему (внутреннюю структуру, основанную на микротрубочках). Аксонема фиксируется на базальном тельце ‒ производном от центриоли центра организации микротрубочек, расположенного в апикальной области клетки. Базальные тельца связаны с несколькими вспомогательными соединяющими белками.
При световой микроскопии подвижные реснички выглядят как короткие, тонкие, похожие на волоски, структуры диаметром приблизительно 0,25 мкм и длиной от 5 до 10 мкм, которые отходят от свободной поверхности клетки.
При электронной микроскопии реснички в поперечном разрезе видна характерная конфигурация из девяти пар или дублетов расположенных по кругу микротрубочек, окружающих две центральные микротрубочки. Микротрубочка состоит из протофиламентов тубулина. Молекулы тубулина, входящие в состав ресничных микротрубочек, прочно связаны друг с другом и посттрансляционно модифицируются в процессе созревания. Такие изменения гарантируют высокую стабильность микротрубочек ресничной аксонемы и устойчивость к деполимеризации. В поперечном сечении с высоким разрешением каждая структура имеет пару «плеч», которые содержат динеин ‒ двигательный белок, связанный с микротрубочками. Динеин использует энергию гидролиза АТФ для перемещения по поверхности микротрубочек, что обеспечивает движение ресничек.
Таблица — особенности структур апикального полюса эпителиоцита
Разновидность |
Функция |
Локализация |
Клиническое значение |
Первичная (неподвижная) ресничка |
Функция: сенсорная (восприятие сигналов среды), участвует в эмбриогенезе при образовании комплекса осевых зачатков |
Киноцилия кортиева органа (слух, равновесие). |
Situs inversus (зеркальное расположение органов) – в 50% случаев. Причина: Дефекты динеиновых «ручек» ресничек (нарушение структуры аксонемы 9+2). Поликистоз почек – цилиопатия, связанная с дисфункцией первичных ресничек. Дефекты первичных ресничек → нарушение кальциевой сигнализации → неконтролируемая пролиферация клеток → образование кист. |
Подвижные реснички (множественные) |
Функция: движение жидкостей или частиц (например, мукоцилиарный клиренс в трахее, транспорт яйцеклетки в маточной трубе). |
Верхние дыхательные пути, половая система |
Синдром неподвижности ресничек (первичная цилиарная дискинезия). Дыхательная система: хронические бронхиты, синуситы (из-за нарушения мукоцилиарного клиренса). Мужская репродуктивная система: бесплодие (неподвижность сперматозоидов). |
Характеристика латерального полюса эпителиальной клетки
Латеральный отдел эпителиоцита тесно контактирует с соседними клетками; имеет уникальные белки (молекулы клеточной адгезии), которые являются частью межклеточных контактов (МКК). Хотя молекулы клеточной адгезии способны обеспечить межклеточные взаимодействия, МКК выполняют роль более стабильных соединений. Вместе с этим транспорт жидкости, ионов и других веществ через эпителий происходит между компонентами МКК:
трансцеллюлярный транспорт контролируется многочисленными каналами и белками-транспортерами;
парацеллюлярный транспорт – регулируется целостностью МКК.
МКК классифицируют простые и сложные. Рассмотрим подробно каждую разновидность.
К простым относится простое межклеточное соединение — сближение плазмолемм соседних клеток на расстояние 15-20 нм. При этом происходит взаимодействие слоев гликокаликса соседних клеток (с помощью Е-кадгерина) и обеспечивает соединение почти по всей поверхности контактирующих клеток.
К сложным МКК относят специализированные участки плазмолеммы двух соседних клеток. Они подразделяются на замыкающие или изолирующие (плотный контакт), сцепляющие или заякоривающие (адгезивный поясок и десмосома) и коммуникационные (объединяющие) соединения (нексус, синапс).
Плотные контакты (ПК) образуют первичный межклеточный диффузионный барьер между соседними клетками. Ограничивает перемещение воды и других молекул по межклеточному пространству, тем самым обеспечивается физико-химическое разделение тканевых компартментов (отделов).
Ключевыми белками, которые входят в состав данных МКК являются:
Трансмембранные
Окклюдин (60 кДа) — основной структурный белок;
Клаудины (20-27 кДа, существует 24 изоформы);
JAM (40 кДа) — участвует в межклеточной адгезии.
Цитоплазматические
ZO-1, ZO-2, ZO-3: связывают контакты с актиновым цитоскелетом; участвуют во внутриклеточной сигнализации и регуляции.
Основными функциями, которые обеспечивают ПК:
поддержание клеточной полярности — разделяет апикальный и базолатеральный домены;
предотвращают смешивание мембранных белков и липидов;
регулируют парацеллюлярный транспорт;
ограничивают свободную диффузию веществ между клетками;
Схема плотного межклеточного контакта
Клиническое значение Целостность эпителиального барьера критична для защиты от патогенов и поддержания гомеостаза. Например, Helicobacter pylori секретирует белок CagA, который нарушает плотные контакты (ZO-1, JAM), повышает проницаемость барьера, вызывает хроническое воспаление и ведет к образованию язвенного дефекта в стенке желудка с риском аденокарциномы. |
Сцепливающие или заякоривающие соединения обеспечивают боковую адгезию между эпителиальными клетками с помощью белков, которые встраиваются в цитоскелет соседних клеток. Общим для этой группы соединений является то, что к участкам плазматических мембран со стороны цитоплазмы подходят фибриллярные элементы цитоскелета (актиновые филаменты, промежуточные филаменты и спектрин) и связываются с мембранами в области соединения соседних клеток.
Zonula adherens или поясковая десмосома (адгезивный поясок) – схожа с плотным контактом. Данный вид МКК локализуется на латеральной поверхности эпителиоцита между областью расположения плотного соединения и десмосом (что обусловило его первое название). Охватывает клетку по периметру в виде пояска, на сечении имеющего сходство с десмосомой (что послужило основанием для второго названия). В области промежуточного соединения обращенные к цитоплазме листки плазмолеммы утолщены, образуя пластинки прикрепления, которые содержат актин-связывающие белки α-актинин, винкулин, понсин (рисунок).
Ключевые белки:
- Трансмембранный белок: Е-кадгерин
- Цитоплазматические белки: катенины (α, β, γ), винкулин, α-актинин