Область наук:

  • фундаментальна медицина

  • Рік видавництва: 2011


    Журнал: Біль. Суглоби. хребет


    Наукова стаття на тему 'Адгезія'

    Текст наукової роботи на тему «Адгезія»

    ?Кктково-м'язова система: вiд Адо Я

    БІЛЬ. суглоби

    хребет

    Ведуча рубрики:

    дідуха Н.В.

    Завідуюча лабораторією морфології сполучної тканини ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України », доктор біологічних наук, професор

    У біології поняття «адгезія» включає в себе здатність клітин формувати певні типи гістологічних структур, прикріплятися до субстрату, в тому числі і синтетичним, які використовуються в якості замісних матеріалів в хірургії. Специфічність клітинної і міжклітинної адгезії визначається експонуванням на зовнішній поверхні клітин і присутністю в мат-Рікс певної комбінації і концентрації молекул рецепторів, в якості яких виступаю т різні білкові молекули. У внутрішній поверхні плазматичної мембрани рецептори адгезії взаємодіють з цілим комплексом примембранних білків, які служать для регулювання їх функцій, зв'язку з цитоскелетом, а також для трансдукції сигналів з клітинної поверхні. Здатність клітин до специфічного взаємною впізнавання і адгезії важлива для ембріонального розвитку, а у дорослої людини адгезивні взаємодії «клітина - клітина» і «клітина - матрикс» істотні для підтримки стабільності тканин і їх функціонування.

    Молекули адгезії до позаклітинного матриксу та молекули міжклітинної адгезії поділяються на такі групи: інтегрини, кадгерінов, імуноглобуліни і селектіни, а також протеоглікани і глікопротеїни. Завдяки присутності цих молекул клітини здатні вибірково зв'язуватися з іншими клітинами і з позаклітинним матриксом.

    молекули адгезії

    У численному сімействі рецепторів клітинної адгезії найбільш вивчені інтегрини, селектіни, кадгерінов і імуноглобуліни.

    Інтегріни. Ідентифіковано близько 20 різних членів сімейства рецепторів-інтегринів в різних типах клітин. Інтегріни представляють собою поверхневі гетероді-мірні білки, які забезпечують адгезію клітин до компонентів позаклітинного матриксу та до інших клітин. Індивідуальні інтегрини строго специфічні. Центр зв'язування інтегринів утворений позаклітинними доменами а- і Р-субодиниць [1]. Інтегріни функціонують в якості як клітинно-субстратні, так і міжклітинних адгезивних ре-

    цепторов, тобто вони дізнаються і зв'язують молекули міжклітинної матриксу, що мають певну амінокислотну послідовність, таку як Арг-гли-АСП, присутню в коллагене I типу, фібронектину, фібриногену, лами-станини і ін .; також, будучи трансмембранними білками, вони взаємодіють і з білками цитоскелету клітини. Передача інформації може йти в напрямку від внутрішньоклітинних білків через рецептор в позаклітинний матрикс, а також з позаклітинного середовища в клітку, визначаючи таким чином спрямованість її диференціювання, форму, мітотичну активність, а також здатність до руху. Дослідження рецепторів інтегринів важливі для вивчення взаємодії клітини з колагеном і фібронектином.

    Таким чином, клітинно-матриксних взаємодії інтегринів модулюють широкий спектр поведінки клітин за рахунок ліганд-рецепторної взаємодії, викликаючи специфічну відповідь клітини.

    Кадгерінов - сімейство трансмембранних Са2 + -залежить-мих гликопротеинов, що беруть участь в міжклітинної адгезії [2]. Ці молекули складаються з 723-748 амінокислотних залишків, є важливою складовою частиною адгезивних контактів, відповідальні за організацію цитоскелета клітини. Кадгерінов з'являються в основному при міжклітинної адгезії на стадіях морфо і органогенезу. Вони забезпечують структурну цілісність тканин (особливо епітеліального моношару).

    Селектіни - сімейство адгезивних глікопротеі-дів, які мають три характерні риси: вариабельное число (від 2 до 9) повторів комплемент-регулятор-них білків, домен епідермального фактора росту (EGF) і М-кінцевий лектинового домен [2]. Фізіологічна роль Селектин залежить від особливостей їх організації. Добре вивчені селектіни Ь, Р і Е, а також Глік-протеїновий ліганд-1 Р-селектину [1].

    Імуноглобуліни. До суперсімейство імуноглобулінів належить ряд молекул адгезії ендотеліальних клітин, в тому числі молекули міжклітинної адгезії, що позначаються як 1Сам-1, -2, -3, Усама-1. На ендотеліальних клітинах вони є поверхневими лигандами для інтегрованого-

    нов ЦЛ-1 і УЬА-4. УСЛМ-1 відіграє важливу роль в адгезії лімфоцитів. Високий рівень експресії 1Сам-2 має місце на покояться ендотеліальних клітинах.

    Адгезивні рецептори суперсімейства імуноглобулінів беруть участь в міжклітинної адгезії, яка особливо важлива в ембріогенезі, загоєнні ран і при імунній відповіді.

    Фокальні комплекси адгезії

    Клітини прикріплюються до поверхні тільки в окремих локусах, так званих точках фокальній адгезії. Фокальні комплекси адгезії індивідуальні для різних типів клітин. В середньому відстань від клітин до субстрату в фокальних контактах становить 10-15 мікрон. Ідентифіковано понад 50 білків, які беруть участь в процесах адгезії клітин до матриксу [3].

    Адгезія клітин тісно пов'язана з функціонуванням апарату руху клітин - мікрофібрилами і мікротрубочками, в яких формуються фокальні комплекси. Класи адгезивних структур залежать від натягу і активності різних членів сімейства генів. Як приклад: гени КЬо активні для актинового цитоскелету, а гени Іас1 і КЬоА - для цитоскелета микротрубочек, що необхідно для поляризації і руху, гени Іас1 і Сёс42 - для формування фокальних комплексів [4]. Цитоскелет в адгезивних взаємодіях, ймовірно, бере участь в стабілізації молекул клітинної адгезії, що полегшує багатоточкове зв'язування, а також надає прикрепляющейся клітці здатність надавати адгезію по відношенню до сусідньої клітці або позаклітинного матриксу (і навпаки). Від набору специфічних типів молекул клітинної адгезії, присутніх на поверхні двох сусідніх клітин, їх розподілу на ній, а також від їх концентрації, зв'язку з цітоске-влітку залежить підсумкова аффинность, при якій дві сусідні клітини зв'язуються один з одним або з позаклітинним матриксом [5 ].

    В цілому формування фокальних комплексів адгезії - це скоординована робота різних генів, експрес-сірующіх білки адгезії. Посилення зв'язування, здійснюваного молекулами клітинної адгезії, досягається за рахунок одночасного функціонування безлічі рецепторів з великою кількістю лігандів на поверхні сусідньої клітини або в прилеглому матриксе. Адгезія двох типів клітин може модифікуватися в результаті підвищення кількості адгезивних молекул на плазматичній мембрані або при зміні їх афінності. Це може відбуватися двома шляхами - за рахунок внутрішньоклітинних везикул, здатних активізуватися і через кілька хвилин спрямовуватися до плазматичної мембрани, або шляхом біосинтезу молекул і перенесення їх до мембрани, що займає кілька годин.

    У класі молекул адгезії клітини з міжклітинних речовиною найбільш вивчений ламінін - гетеротрімерний протеїн, що складається з трьох поліпептидних ланцюгів - а, Р і у. На сьогодні для хребетних описано 5 різних а-ланцюжків (а1-а5), 3 різних Р-ланцюжка (Р1-Р3) і у-ланцюжка (в1-у3). Комбінація цих ланцюжків формиру-

    ет близько 15 ізоформ ламініну з профілем експресії, що значно відрізняється в різних тканинах і на етапах розвитку [6]. Ламініну регулюють безліч біологічних функцій, включаючи клітинну адгезію, рух клітин, проліферацію, диференціацію і тривалість існування. Взаємодія клітин з ламініном матриксу забезпечується різними рецепторами, розташованими на поверхні клітини, включаючи інтегрини а3р1, абр1, абр4 і а7р1.

    Ламініну виявляються в різних клітинах і тканинах, в тому числі в кістки і міжхребцевого диска.

    З порушенням здатності клітин до прикріплення і вибірковості адгезії пов'язаний широкий спектр патологічних станів: нейромускулярних і неврологічних розладів, хронічних запалень, дегенеративних захворювань, а також пухлинної інвазії і метастазування.

    Міжхребцевий диск і адгезія клітин

    Міжхребцевий диск людини є динамічною структурою, яка зазнає суттєва зміна в макромолекулярной організації матриксу, складі і популяції клітин в процесі росту, старіння і дегенерації. Міжхребцевий диск складається з двох різних тканин - драглистого ядра і фіброзного кільця. Фіброзне кільце представлено пластинами впорядковано розташованих колагенових волокон, що складаються з колагену I і II типів [7]. Клітини фіброзного кільця (фіброхондроціти) орієнтовані паралельно основному напрямку волокон колагену в пластинках і формують довгі відростки, що допомагає адгезії з міжклітинних матриксом [8, 9]. Клітини внутрішнього відділу фіброзного кільця і ​​драглистого ядра мають округлу форму, формують перицелюлярний матрикс, що складається з фибронектина, колагену VI і II типів, а також протеогліканів. У драглистому ядрі міститься велика кількість безладно розташованих волокон колагену II типу і висока концентрація протеогліканів.

    Найбільш виражені зміни в міжхребцевого диска відбуваються в центральному відділі драглистого ядра. При цьому гелеобразная тканина втрачає свою структурну організацію за рахунок зниження вмісту протеогліканів і води, порушення адгезії клітин, що супроводжується дегенерацією структури фіброзного кільця і ​​драглистого ядра.

    Клітини драглистого ядра синтезують розчинні фактори, що стимулюють біосинтез і проліферацію клітин в фіброзному кільці [10, 11].

    Ламініну, розташовуючись в матриксі, шляхом адгезії з клітинами диска підтримують їх життєздатність і сприяють збереженню їх фенотипу. Ламінін-клітинна взаємодія є важливою і унікальної складової для функціонування міжхребцевого диска.

    Специфічні ізоформи ламініну і рецепторів були ідентифіковані в різних областях міжхребцевого диска, але найбільш детально вивчені в драглистому ядрі.

    У незрілому драглистому ядрі і ізольованих клітинах методами імуногістохімії була ідентифікована з-

    № 4, 2011

    www.pain.mif-ua.com

    45

    форма ламініну 111, адгезіруют довгі нотохордаль-ні клітини за допомогою изоформ ламініну 511 і рецепторів інтегринів (А6 і 4Р, СБ239) [12-14]. Також виявлено високий рівень експресії ланцюжка в1-ламініну в незрілих клітинах драглистого ядра, паралельно з експресією А6-субодиниці интегрина, і показано, що клітини драглистого ядра з'єднуються з ламініном 111 через интегрин-провідний шлях, який можливий лише в разі цих клітин, на відміну від клітин суміжного фіброзного кільця [13]. Виявлено адгезія клітин зрілого драглистого ядра з колагеном II типу і з фібронектином міжклітинної матриксу за участю ізоформ ламініну 511 і 332. При цьому адгезивная здатність цих макромолекул була значно більше в порівнянні з ламініном 111. Однак ізоформи ламініну специфічні для незрілої і зрілої тканини студенистого ядра, пов'язаних з нею рецепторів і їх функціональне значення залишається недостатньо вивченим.

    Значні відмінності изоформ ламініну спостерігалися між клітинами драглистого ядра і фіброзного кільця, в тому числі мали місце відмінності в експресії А6-інтегринів, субодиниць Р3 Р4 Р6 клітинної адгезії. Зміст ламінов-нів вище в драглистому ядрі в порівнянні з фіброзним кільцем [15].

    Адгезивні якості в диску можуть залежати від особливостей організації аггрекана. Міжхребцевий диск - це безсудинних тканину. Як субстрат, ингибирующего проростання судин в диск і їх адгезію, виступає аггрекан, зокрема співвідношення в ньому ланцюгів гликозаминогликанов (хондроітінсульфати і кератансульфатів) [16]. Виявлено, що аггрекани, присутні в фіброзному кільці, обла-

    Список літератури

    1. Голенченко В.А. Біологічні мембрани / Біохімія: Учеб. для вузів / Під ред. Е.С. Северина - М .: ГЕОТАР-МЕД, 2003. - С. 245-248.

    2. Молекули адгезії. - Електронний ресурс. Режим доступу: http://laboratory.rusmedserv.com/files/41_Molekuly_Adgezii. pdf.

    3. Zamir E. Molecular complexity and dynamics of cell-matrix adhesions / E. Zamir, B. Geiger // J. Cell Sci. - 2001. - Vol. 114. - P. 3583-3590.

    4. Rho proteins, PI 3-kinases and monocyte / macrophage motility / A.J. Ridley, K.A. Beningo, M. Dembo et al. // FEBS Lett. - 2001. - Vol. 498. - P. 168-171.

    5. Молекули клітинної адгезії і рецептори: порівняння функціонування. - Електронний ресурс. Режим доступу: http://humbio.ru/humbio/cytology/0000fac4.htm.

    6. Colognato H. Form and function: the laminin family of geterotrimers / H. Colognato, P.D. Yurchenco // Dev. Dyn. - 2000. - Vol. 218. - P. 213-234.

    7. Schollmeier G. Observationson fiber-forming collagens in the annulus

    fibrosus / G. Schollmeier, R. Lahr-Eigen, K.U. Lewandrowski // Spine. - 2000. - Vol. 25. - P. 2736-2741.

    8. Regional variations in the cellular matrix of the annulus fibrosus of the

    intervertebral disc / S.B. Bruehlmann, J.B. Rattner, J.R. Matyas, N.A. Duncan // J. Anat. - 2002. - Vol. 201. - P. 159-171.

    9. The micromechanical environment of intervertebral disc cells determined by a finite deformation, anisotropic, and biphasic finite element model / A.E. Baer, ​​T.A. Laursen, F. Guilak, L.A. Setton // J. Biomech. Eng. - 2003. - Vol. 125. - P. 1-11.

    10. Boyd L.M. Conditioned medium differentially regulates matrix protein gene expression in cells of the intervertebral disc / L.M. Boyd, J. Chen, L.A. Setton // Spine. - 2004. - Vol. 29, № 20. - P. 2217-2222.

    дають більш вираженим інгібуючим дією на адгезію ендотеліальних клітин в порівнянні з клітинами куль-позна ядра [17].

    Є поодинокі дослідження, в яких була вивчена експресія субодиниць интегринов, колагену і фібронектину в дисках з грижами [18]. За допомогою полі-меразной ланцюгової реакції і иммунопреципитации були оцінені а1, а2, а5-, ау-, Р1- і р3-субодиниці интегрина, виміряний рівень і-РНК, експрессірумой для колагену I і II типів, а також для фібронектину. Експресія субодиниць а5 і Р1 була збільшена в міжхребцевих дисках з протрузією і особливо в дисках з екструзією. Відмінностей в експресії а1, а2, ау і Р3 в нормальних і дегенеративних дисках не виявлено. Фібронектин, що зв'язує інтегріновие рецептори а5 і Р1, був підвищений. У дисках з грижеобразованія було також підвищений вміст колагену I типу, а колагену II типу - знижено. Ці результати можна пояснити порушенням адгезії між клітинами і матриксом при дегенерації.

    Ще одним питанням, які потребують вивчення, є дослідження адгезивних можливостей біоматеріалів. Перспективним може бути насичення поверхні біоматеріалів адгезивними молекулами для кращого контакту їм-плантата з тканиною реципієнта [19].

    Таким чином, одне з актуальних напрямків у вивченні клітинно-матриксних взаємодій - це дослідження молекул адгезії, що вносять певний вклад в рухові функції клітини в нормі та патології, що впливають на її проліферацію і метаболізм, формування та підтримку життєздатності клітин і тканин.

    11. Erwin W.M. Notochord cells regulate intervertebral disc chondrocyte proteoglycan production and cell proliferation / W.M. Erwin, R.D. Inman // Spine. - 2006. - Vol. 31, № 10. - P.1094-1099.

    12. Nettles D.L. Integrin expression in cells of the intervertebral disc / D.L. Nettles, W.J. Richardson, L.A. Setton // J. Anat. - 2004. - Vol. 204. - P. 515-520.

    13. Functional integrin subunits regulating cell-matrix interactions in the intervertebral disc / C.L. Gilchrist, J. Chen, W.J. Richardson et al. // Journal oforthopaedic research: official publication of the Orthopaedic Research Society. - 2007. - Vol. 25, № 6. - P. 829-340.

    14. Expression of laminin isoforms, receptors and binding proteins unique to nucleus pulposus cells of immature intervertebral disc / J. Chen, L. Jing, C.L. Gilchrist et al. // Connect Tissue Res. - 2009. - Vol. 50, № 5. - P. 294-306.

    15. Gilchrist C.L. Nucleus pulposus cell-matrix interactions with laminins / C.L. Gilchrist, A.T. Francisco, G.E. Plopper // European Cells and Materials. - 2011. - Vol. 21 - P. 523-532.

    16. Roberts S. Human intervertebral disc aggrecan inhibits endothe-lial cell adhesion and cell migration // Quality validation date: 2006-08-01 - http://cordis.europa.eu/search/index.cfm?fuseaction= result. document&RS_LANG = EN&RS_RCN = 8736051&pid = 0&q = 333B31F93B8EDF8EEAF50068770EAFC7&type = adv.

    17. Human intervertebral disc aggrecan inhibits endothelial cell adhesion and cell migration in vitro / W.E.B. Johnson, B. Caterson, S.M. Eisenstein, S. Roberts // Spine. - 2005. - Vol. 30, Iss. 10. - P. 1139-1147.

    18. Xia М. Expression ofintegrin subunits in the herniated intervertebral disc / М. Xia, Y. Zhu // Connect. Tissue Res. - 2008. - Vol. 49, № 6. - P. 464-469.

    19. Laminin-functionalized biomaterials for intervertebral disc regeneration / A.T. Francisco, D. Phu, R.J. Mancino et al. - Електронний ресурс. Режим доступу: www.abstracts.conferencestrategists.com.

    Отримано 22.11.11 |


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити