1.6. Контакты и сцепления клеток между собой

Необходимо рассмотреть два отчетливо отличающихся друг от друга случая. Некоторые подвижные клетки в ходе своего движения кратковременно контактируют с другими клетками, Другие клетки, неспособные перемещаться, вступают в длительные или постоянные контакты с соседними клетками. Существование таких постоянных контактов служит основой для того явления, которое можно назвать «клеточной социологией».

Контакты между клетками в большинстве случаев носят временный характер. Тем не менее, они имеют функциональное значение. Микрокиносъемка живых клеток в фазовом контрасте выявила факты, которые если не давали решений, то, по крайней мере, выдвигали очень интересные проблемы, особенно в патологической цитологии, Некоторые факты касаются сегментоядерных нейтрофилов. В эксудате, содержащем много лейкоцитов, столкновения бывают часто. Такое столкновение влечет за собой контакт, за которым следует прекращение движения. Это прекращение движения кратковременно, если лейкоциты нормальны. Через несколько секунд обе клетки снова начинают перемещаться, но изменив направление движения. Вне зоны контакта образуется новое выпячивание цитоплазмы. Каждая из этих клеток снова начинает двигаться в противоположном направлении. Если происходит контакт с патологически изменой или мертвой клеткой то контакт оказывается более длительным. Здесь могут даже возникать и более прочные связи. Такие различия в поведении, еще мало известные, показывают, какое множество факторов принимают участие в этих процессах.

Поведение лимфоцитов и гистиоцитов труднее изучить, так как они перемещаются мало и медленнее. Эти элементы часто имеют ундулируюшие «паруса». Если лимфоцит соприкасается с парусом другой клетки, то последняя теряет подвижность. Такая иммобилизация носит, по—видимому, не механический, а биологический характер. Иммобилизацию этого типа можно сравнить со стабилизацией «кипения» клетки после митоза, в момент возобновления ее прикрепления к опоре. Иммобилизуется только лишь точка прикосновения к опоре. Другие части клетки остаются подвижными, и таким образом лимфоциты не присоединяются к другим нормальным клеткам, С раковыми же клетками, клетками в состоянии митоза и с мегакариоцитами лимфоциты могут тесно соприкасаться и даже оставаться прочно прикрепленными. Лимфоциты могут также вращаться вокруг других клеток, Контакт сохраняется, но меняет место. Подвижная клетка вращается вокруг неподвижной. Они также могут проникать внутрь дегенерировавшей или злокачественной клетки. При этом лимфоцит продолжает вращаться и внутри клетки.

Роль межклеточных пространств в контактах между клетками. Независимо от того, является ли контакт временным или постоянным, между контактирующими всегда наблюдается интервал размером от 100 до 200 Å — интерцеллюлярное пространство. Используя электронный микроскоп для изучения реагрегации клеток, предварительно дезагрегированных, можно было наблюдать зоны контакта в определенных точках клеточной поверхности. Такие точки обнаруживались, когда параллельные поверхности разделялись - интервалами от 100 до 200 Å. Затем, при продолжающейся агрегации, увеличивалась площадь контактирующих между собой параллельных поверхностей. Сцепление начиналось, по-видимому, на уровне выдающихся выростов и понемногу распространялось дальше.

Пока полностью не отрегулирован контакт между клетками, расстояние между их поверхностями остается неравномерным. Размер его различен в зависимости от участка поверхности. Интервалы между клетками становятся равномерными, а поверхности клеток параллельными лишь по истечении некоторого времени. Механизм этого постепенного восстановления контактов еще ускользает от исследователя. Следует отметить, что для дезагрегации клеток используется такое вещество, как трипсин, которое, - возможно, изменяет кортикальную часть клеток, не лишая их, однако, жизнеспособности. Время, потраченное на восстановление кон такта между клетками, возможно, соответствует тому, которое необходимо для восстановления вещества, разрушенного при дезагрегации.

Важной задачей является определение состава, среды в интерцеллюлярном пространстве. Это пространство охватывает три части, неразличимых даже при самых сильных разрешениях электронного микроскопа, но которые, однако, необходимо характеризовать от дельно хотя бы теоретически, для каждой клетки следует различать наружный покров, соприкасающийся с липидным слоем цитоплазматической мембраны, и находящуюся между ними промежуточную часть. Последняя имеет различную ширину в разных случаях. Совокупность этих трех частей образует светлое пространство, чаще всего равное 100 – 150 Å. Это пространство должно, как полагают, содержать вытянутые макромолекулы мукопротеинов, располагающиеся параллельно поверхности клетки. Точный состав таких макромолекул еще неизвестен, известно только, что они содержат углеводные комплексы.

Итак, в интерцеллюлярном пространстве обнаруживаются при наличии более или менее обильного количества свободной воды липопротеиновые молекулы, а также мукогликопротеины, аналогичные тем, которые характеризуют группы крови и которые содержат, как известно, глюкозу, фукозу, галактозу, глюкозамин и галактозамин. Находят там также и гиалуронаты, которым приписывают важную роль. Они действуют как ионообменные смолы, способные изменять катионное окружение клеток и изменять рН клеточной поверхности. Эти гиалуронаты способны также замедлять диффузию воды из клетки через клеточную поверхность. Мукопротеиновые субстанции могут быть удалены слабым раствором трипсина, что, как говорилось выше, способствует дезагрегации клеточных скоплений, не изменяя жизнеспособности клеток. Липогликопротеиновые макромолекулярные комплексы участвуют в различных иммунологических процессах. С этой точки зрения их ориентация по отношению к поверхности клетки играет важную роль. Тангенциальная ориентация этих макромолекул в виде длинных цепочек приводит к соответствующей ориентации прилегающих снизу молекулярных структур.

Размеры интерцеллюлярного пространства часто колеблются в значительной степени. Так, например, между цилиндрическими клетками бронхиального эпителия в норме это пространство равно 100-200 А (иногда от 2 до З мкм , и тогда пространство становится видимым и под оптическим микроскопом). Интерцеллюлярное пространство может, значительно варьировать по общему виду, структуре, биохимическому составу и функциональным возможностям, что сказывается на характере межклеточных сцеплений, особенно на степени вязкости содержимого интерцеллюлярного пространства и на характере электрических зарядов на клеточных поверхностях. Предполагается также, что состояние окружающей среды может оказать влияние на некоторые свойства раковых клеток и, в частности, на их способность метастазировать.

С точки зрения молекулярной, интерцеллулярное пространство можно рассматривать как пространство, заполненное популяцией протеиновых макромолекул, упорядоченных по отношению к внешнему слою плазматической мембраны. При контакте с ней макромолекулы адсорбируются и иммобилизуются. Вне этой зоны они имеют более или менее ограниченную подвижность. Это снижение подвижности макромолекулярных цепочек облегчает процессы полимеризации и образования комплексов. Оно влечет за собой увеличение вязкости межклеточной среды, так как такая вязкость зависит от расположения молекул. Кроме того, контактирующие клетки не остаются неподвижными, в них наблюдаются внутренние движения, которые передаются веществу межклеточного пространства, особенно в виде сил, действующих параллельно поверхности клетки. Такие силы влекут за собой изменения вязкости, которые оказывают большое влияние на силы сцепления между клетками.

Физико-химические механизмы межклеточных контактов.Известно, что плазматическая мембрана имеет в своем составе бимолекулярный слой липидных, или фосфолипидных цепочек, ориентированных перпендикулярно к поверхности клетки, с обеих сторон покрытый белковыми макромолекулами, линейными или глобулярными, ориентированными тангенциально по отношению к клеточной поверхности. Важнейшим вопросом в проблеме межклеточных сцеплений является строение внешнего слоя. Этот слой очень тонок. Однако в наши дни его уже не считают мономолекулярным. При контакте с бимолекулярным липидным слоем протеиновые цепочки ориентируются тангенциально. Выше эта ориентация мало—помалу стушевывается, наблюдается постепенный переход к зоне неупорядоченных молекул, из которых состоит окружающая клетку среда. Молекулярная популяция этой зоны находится под влиянием обмена с клеткой. Со своей стороны, эта популяция воздействует на функционирование клетки, Область внешней среды, соединяющая две контактирующие между собой клетки, представляет собой светлое пространство, хорошо видное в электронный микроскоп. На уровне этого пространства происходят явления, обусловливающие межклеточное сцепление. Вещество, из которого состоит эта зона, имеет различную степень вязкости. Оно может быть слабовязким, как основное вещество соединительной ткани, не может также быть настоящим цементом. Вязкость его зависит от химического состава и особенно от расположения молекул, его составляющих. Оно может также подвергнуться влиянию тангенциальных сил разъединения, которые действуют на уровне клеточных поверхностей и также за их пределами, оказывая влияние на межклеточный материал. Эти движения разъединения связаны с движениями цитоплазмы: скольжением клеток одной о другую и т.д. Они увеличивают степень вязкости, изменяя группировку макромолекул, пространственное их расположение.

Межклеточные сцепления часто объясняли наличием цементирую вещества. Межклеточное вещество, состоящее в основном из белков с различной степенью вязкости, во всяком случае не является - цементом мукоидного типа. Поэтому для объяснения межклеточных сцеплений пришли к необходимости привлечь как физические, так и химические факторы. Из физических факторов учитываются электростатические отталкивающие силы кулоновского взаимодействия, обратно пропорциональные квадрату расстояния и силы сцепления Ван—дер— Ваальса, быстрее убывающие с расстоянием. Участие химических соединений в процессе межклеточных сцеплений опирается на тот факт, что с помощью слабых протеолитических ферментов (трипсина) оказалось довольно легко вызвать дезагрегацию клеточных масс. Таким образом, возможно, что в процессах сцепления играют роль и химические связи. С другой стороны, нужно заметить, что расстояния, на которых действуют эти химические связи, очень малы, достигая едва нескольких ангстрем. В области биологии все слишком изменчиво во времени и пространстве, чтобы уже в настоящее время надлежащим образом можно было бы опереться на статистически достоверные объяснения физико—химического порядка. Это касается и роли химических связей в механизме межклеточных сцеплений. Давно известна роль кальция в процессах сцепления. Отсутствие кальция или уменьшение его количества в межклеточной среде ослабляет силы сцепления или прекращает их действие. Отсутствие кальция в среде влечет за собой разрушение связей бластомеров и нарушение процессов формообразования основных эмбриональных закладок. Так, двухвалентным катионам приписывали способность повышать вязкость белков и увеличивать плотность поверхности клеток. Такую же роль играет кальций и в функционировании эндотелия. В зависимости от количества имеющегося в среде кальция вещество, соединяющее боковые поверхности эндотелиальных клеток, становится то более рыхлым, то более плотным создаются различные условия для перехода веществ или клеток. Этим влиянием кальция объясняется его роль в сцеплении и в высокомолекулярных комплексах.

Обмен между контактирующими клетками. Несмотря на постоянное наличие интервала в 100—200 Å, контактирующие клетки обмениваются субстанциями. Если факт такого обмена не вызывает сомнений, то его природа и механизмы еще очень мало известны, хотя значение их очень велико. На электронно-микроскопическом уровне удается обнаружить два явления, участвующих в обмене между контактирующими клетками. Первое наблюдается очень часто во многих гистологических элементах и состоит в открытии в интерцеллюлярные пространства пузырьков, возникающих в цитоплазме. В других случаях на поверхности одной из клеток наблюдаются инвагинации и образование пузырьков. Таким образом, на контактируюших и неконтактирующих клетках происходят сходные процессы. Эти факты позволяют предположить, что одна из клеток путем рофеоцитоза может принимать от соседних клеток вещество, изливаемое ими в интерцеллюлярное пространство.

Вместе с этим, в настоящее время наиболее хорошо изученным оказалось исключительно важное явление – образование на одной из поверхностей клеток полуканалов высокой проницаемости (коннексонов). После соприкосновения поверхностей клеток полуканалы «стыкуются друг с другом» и образуют «тоннель» высокой проницаемости по которому из одной клетки в другую перемещаются ионы, физиологически активные вещества.

Тесно связанным с процессами обмена между контактирующими клетками является их расположение в виде ,гнезд’. Клетки одного и того же гистологического типа группируются вокруг клетки другого типа. Между ними имеется тесный контакт и наблюдается обычное межклеточное пространство в 100— 200 А. Наблюдение под микроскопом с помощью фазового контраста, а также при помощи микрокинематографии за развитием этих клеточных гнезд позволяет обнаружить параллельную дифференцировку их элементов в направлении определенного типа клеток (например, плазмоцитов). Центральная клетка служит, по—видимому, трофическим материалом, обеспечивая это развитие, В нормальном лимфоидном узелке можно обнаружить такую же картину. Незрелые лимфоциты окружают большую клетку ретикулярного типа, которая, возможно, управляет дифференцировкой этих лимфоцитов, а также служит для них ,питательным’ материалом. Эту точку зрения высказывали уже давно. Аналогичные условия наблюдаются в процессе развития сперматозоидов. В определенный момент сперматогенеза они примыкают к вершине клетки Сертоли. Сперматозоиды находятся не внутри сертолиевой клетки, как предполагали задолго до изобретения электронного микроскопа, но примыкают к ее мембране, как животные к кормушке—яслям.

Взаимодействия клеток на уровне зон контакта. В пласте нормальных прилегающих друг к другу клеток процессы развития согласованы. Различные клетки как бы обмениваются «информацией» и таким образом дифференцируются в одном и том же направлении. Такую координацию процессов развития клеток следует отнести за счет общности их генетического происхождения, отчасти же за счет тесного сцепления клеток друг с другом. Очень подвижные клетки часто контактируют с клетками иной природы, но эти контакты кратковременны, очень ограничены в пространстве и не имеют решающего функционального значения. Могут встретиться и промежуточные случаи. Таким образом, можно различать клетки, прилегающие друг к другу, взаимно влияющие друг на друга, живут жизнью «коллектива», и в противоположность им клетки—«индивидуалисты», взаимные контакты которых кратковременны и ограничены, такие клетки не образуют групп, имеющих координированную жизнедеятельность.

Взаимные влияния клеток составляют важную главу в клеточной биологии. Квалифицируют эти влияния как «призыв, обращенный клетками к клеткам». Реальность этих влияний неоспорима, хотя прямые доказательства еще не уточнены физически и химически. В каждой живой клетке можно различить десяток таких основных клеточных активностей, как внутренние движения, способность к перемещению, к изменению формы, к росту и воспроизведению, к митозу, а далее абсорбция, секреция, возбуждение и проведение импульсов. При переходе от эмбрионального состояния к состоянию зрелости клетки теряют некоторые из своих функций и приобретают новые, более специализированные. Эти процессы характеризуют клеточную дифференциацию и адаптацию. Замечательно, что в группе контактирующих клеток, образующих орган, клеточные элементы развиваются в одном и том же направлении. Все происходит так, как будто уже развившиеся клетки «инструктируют» клетки, собирающиеся присоединиться к ним.

Таким образом, факт взаимовлияния прилегающих друг к другу клеток установлен, однако механизмы, лежащие в основе этого явления, еще далеко не выяснены. Можно ли объяснить удивительные взаимовлияния, установившиеся между клетками, только лишь существованием между ними контакта и к тому же неполного? Для объяснения влияния контактов между клетками следует рассмотреть две - группы механизмов. В первом случае влияние осуществляется через внеклеточную среду, при участии продуктов, выделившихся из какой—либо клетки и оказывающих влияние на соседние.

Внеклеточная среда воздействует на клеточную активность именно потому, что клеточная активность влияет на химический состав этой среды. Она представляет собой содержимое межклеточных пространств различных размеров и определяет обмен веществ между соседними клетками. О содержимом межклеточных пространств точно ничего неизвестно. Оно якобы состоит из более или менее концентрированного и, следовательно, более или менее вязкого раствора белков. В некоторых случаях предполагалось присутствие полисахаридов. Жидкость межклеточных пространств обладает значительной вязкостью, что безусловно затрудняет ее продвижение. Межклеточные пространства очень узки. Близость клеточных поверхностей делает ориентацию макромолекулярных цепочек ярко выраженной. Это влечет за собой увеличение вязкости и таким образом еще больше затрудняет циркуляцию в этих пространства. Есть, однако, один фактор, который должен оказывать благоприятное действие. Клетки живые. Хотя форма их существенно не меняется, поверхность их все время находится в движении из—за дрожаний (возмущений), связанных с внутренним движением цитоплазмы. Это дрожание способствует перемешиванию жидкости в сложном переплетении канальцев и межклеточных пространств. В живой клетке нет ничего статичного, постоянно в ней лишь движение.