Биологический каталог




Биомембраны - Молекулярная структура и функции

Автор Р.Геннис

ий между лимфоцитами, опосредующими иммунный ответ, наблюдается обратная картина. В индукции антител, направленных против специфического антигена, участвуют по крайней мере три разных типа клеток: 1) В-клетки, которые продуцируют антитела; 2) Т-клетки (хелперы), которые секретируют факторы роста; 3) макрофаги, или дополнительные (А) клетки. У каждой из

Клеточная поверхность 407

этих клеток имеются поверхностные рецепторы, которые участвуют в специфических межклеточных взаимодействиях и в активации В-клеток с целью их дальнейшей пролиферации и секреции антител против специфического антигена. Известны два основных рецептора, участвующих в этом процессе: 1) Т-клеточный рецептор; 2) гликопротеины МНС класса II. Оба они входят в иммуноглобулиновое суперсемейство [665 , 647] (рис. 9.3). Специфические межклеточные взаимодействия, участвующие в иммунном ответе, определяются в первую очередь белок-белковыми взаимодействиями между этими рецепторами клеточной поверхности. Приведем упрощенную последовательность событий.

1. Антиген захватывается А-клетками, подвергается процессингу и образует на клеточной поверхности комплекс с гликопротеинами МНС класса II.

2. Т-клетка взаимодействует с А-клеткой при участии Т-клеточ-ного рецептора. Подразумевается, что Т-клеточный рецептор одновременно узнает гликопротеины МНС класса II и антиген. При этом с А-клеткой будут взаимодействовать только Т-клетки с подходящими антигенспецифичными рецепторами. В популяции Т-кле-ток существует много разнообразных структур Т-клеточных рецепторов, однако каждая отдельная клетка продуцирует только один из них. Результатом такого взаимодействия между А- и Т-клетками является, в частности, образование факторов роста, которые стимулируют пролиферацию субпопуляции Т-клеток, а также других лим-фоидных клеток (В-клеток, цитотоксичных Т-лимфоцитов).

3. В-клетки могут экспрессировать большое число разных мем-браносвязанных иммуноглобулинов (рис. 9.3), но, как и в случае Т-клеток, индивидуальная В-клетка экспрессирует лишь один тип иммуноглобулина. В-клетки данной субпопуляции будут нести поверхностные иммуноглобулины, связывающиеся со специфическим антигеном, представленным системе. Активность и пролиферация В-клеток усиливаются при их взаимодействии с активированными Т-клетками и факторами, которые этими клетками высвобождаются. По-видимому, взаимодействие включает узнавание Т-клеткой антигена, который связывается с гликопротеинами МНС класса II на поверхности В-клетки. Это явление известно как МНС-ограниченная иммунная реакция. Пролиферация активированных В-клеток приводит к образованию популяции клеток, секретирующих анти-генспецифичное антитело.

Гликопротеины МНС класса II являются гетеродимерами, в которых каждая полипептидная цепь имеет единственный трансмембранный сегмент [732]. Обе цепи гликозилированы (тяжелая, или 0-цепь, мол. масса -ЗЗкДа; легкая, или а-цепь, мол. масса - 27 кДа). Методом рентгеноструктурного анализа была установлена структура главной части гликопротеинов МНС класса II и лока-

408 Глава 9

лнзован участок связывания с пептидными антигенами [104]. В работе [559] приводится информация о взаимодействии пептидных антигенов с гликопротеинами МНС класса II. Данные по передаче энергии электронного возбуждения свидетельствуют о том, что очищенные гликопротеины МНС класса II, встроенные в плоскую мембрану, образуют тройной комплекс с Т-клеткой (через Т-клеточ-ный рецептор) и антигеном, что напоминает антигенспецифичное взаимодействие между В- и Т-клетками [1559]. Новые данные о взаимодействии между компонентами, участвующими в адгезии клеточных мембран, вероятно, позволят получить опыты с использованием искусственных мембран [947] (разд. 2.5.4).

T-клеточный рецептор состоит из двух частей [924]. Антигенспе-цифичная часть (Ti) является а/З-гетеродимером, который имеет мо-ноклональную специфичность (как иммуноглобулины) и принадлежит к иммуноглобулиновому суперсемейству (рис. 9.3). Этот а/З-димер образует в мембране комплекс со структурно инвариантным (мономорфным) компонентом. Данный комплекс охарактеризован для мышиных [1275] и человеческих [1567] Т-клеток; он состоит из четырех или пяти полипептидов. Вероятно, эта часть Т-клеточного рецептора участвует в передаче сигнала, приводящей к активации Т-клетки.

Гликопротеины МНС класса II, присутствующие на антиген-представляющих клетках, могут взаимодействовать и с другим гли-копротеиновым рецептором, находящимся на поверхности Т-клеток. Это рецептор CD4; его взаимодействие с гликопротеинами МНС класса II, возможно, облегчает межклеточное взаимодействие [345].

Существует и вторая пара рецепторов, участвующих в адгезии между антигенпредставляющей клеткой и Т-хелпером [142]. Т-лим-фоциты содержат мембранный гликопротеин CD2, который специфически взаимодействует с другим белком адгезии, обозначаемым LFA-3 (lymphocyte function-associated antigen-З), который присутствует в мембранах множества типов клеток [1316, 360]. Интересно, что как CD2 (обозначаемый также LFA-2), так и LFA-3 являются членами иммуноглобулинового суперсемейства и структурно родственны N-CAM (табл. 9.1). Как и N-CAM, рецептор LFA-3 существует в разных формах и может фиксироваться на мембране с помощью трансмембранной спирали или фосфатидилинозитольного якоря [1316, 360]. Взаимодействие между рецепторами LFA-3 и CD2, по-видимому, существенно для активации Т-хелперов.

После активации Т-клеток происходит экспрессия рецептора для фактора роста Т-клеток — интерлейкина-2. Клонирован и секвени-рован ген, кодирующий одну субъединицу этого рецептора [1535]; по-видимому, рецептор имеет единственный трансмембранный сегмент и лишь очень небольшой С-концевой цитоплазматический до-

Клеточная поверхность 409

мен. Это весьма необычно для митогенных рецепторов, которые, как правило, имеют протяженный цитоплазматический домен, обладающий тирозинспецифичной протеинкиназной активностью. Механизмы, с помощью которых животные клетки отвечают на мито-гены и другие стимулы, обсуждаются в разд. 9.7.

9.3.5. ИНТЕГРИНЫ - СЕМЕЙСТВО РЕЦЕПТОРОВ, КОТОРЫЕ СВЯЗЫВАЮТСЯ С КОМПОНЕНТАМИ ВНЕКЛЕТОЧНОГО МАТРИКСА И БЕЛКАМИ АДГЕЗИИ [672, 160, 1261]

Помимо суперсемейства иммуноглобулиновых рецепторов клеточной поверхности (рис. 9.3) идентифицировано и другое многочисленное семейство рецепторов клеточной адгезии, называемых интегринами. Интегрины участвуют в связывании с белками внеклеточного матрикса и другими белками адгезии. Во многих случаях интегрины узнают трипептид Arg-Gly-Asp (RGD, если использовать однобуквенное обозначение) и связываются с белками, содержащими его. Интегрины являются гетеродимерами, в которых каждая субъединнца (а, /3) предположительно содержит один трансмембранный сегмент вблизи С-конца (рис. 9.5). В каждой субъединице имеются короткий (- 20 — 50 аминокислотных остатков) цитоплазматический домен и большой внеклеточный домен. Более крупная а-субъединица (~ 150 кДа) во многих случаях подвергается протеолитическому расщеплению с образованием двух полипептидных цепей, соединенных дисульфиднои связью. /З-Субъеди-ница (~ ПО кДа) содержит четыре повтора длиной 40 аминокислотных остатков каждый, богатых цистеином, которые содержат многочисленные внутрицепочечные дисульфидные связи. Обе субъединицы гликозилированы. Идентифицировано примерно 20 разных членов этого семейства рецепторов в разных типах клеток. О сходстве членов этого семейства свидетельствуют результаты перекрестного иммунохимического анализа и/или данные о гомологии

1 1 1 согн „

NH,I V/X/Л/У/Л 1 |СОгН и

Снаружи Внутри

Рис. 9.5. Линейная схема доменной структуры а- и /3-цепей интегринового семейства рецепторов [672]. Каждая субъединица имеет единственный трансмембраниый сегмент, короткий цитоплазматический домен и протяженный N-концевой внецитоплаз-матический домеи. 0-Субъединица содержит четыре повтора богатого цистеином участка длиной 40 аминокислот (заштрихованная область). Некоторые из а-субъеди-ниц расщепляются после трансляции с образованием тяжелой и легкой цепей, связанных дисульфидиыми мостиками.

410 Глава 9

аминокислотной последовательности. Примеры интегринов приведены в табл. 9.1. Показано, что эти белки связываются с множеством матриксных белков или белков адгезии, однако индивидуальные интегрины строго специфичны. Решающее значение для взаимодействия имеют трипептиды RGD, но для полного объяснения специфичности нужно привлекать и другие детерминанты.

Одна из важных функций интегринов состоит в передаче информации в клетку, поскольку связывание с белками внеклеточного матрикса часто играет большую роль в определении формы клетки и ее миграции и оказывается решающим для морфогенеза и дифференцировки 1971]. Показано, что интегрин из фибробластов цыпленка связывается с компонентом цитоскелета талином. Это связывание конкурентно ингибируется пептидом, который соответствует сайту фосфорилирования тирозинкииазы, находящемуся в цито-плазматическом домене /3-субъединнцы интегрнна [160]. Этот пептид, однако, не влияет на связывание белков внеклеточного матрикса через сайт(ы) RGD, что свидетельствует о квазнезависимости внутриклеточного (связывающегося с талином) и внеклеточного (связывающегося с RGD) доменов. Интегрин — это наиболее полно охарактеризованный трансмембранный белок, который одновременно взаимодействует с внеклеточными компонентами и цито-скелетом.

Одной интересной особенностью интегринов является наличие их разновидностей, содержащих одинаковые /3-субъединицы, которые представлены по меньшей мере тремя типами (0Ь 02, /Зз). Однако четко разграничить функции а- и /3-субъединиц, считая, что одни из них ответственны за связывание с внеклеточными элементами, а другие — с внутриклеточными, не удается. Так, было показано, что способность интегрнна цыпленка к связыванию полностью утрачивается при диссоциации субъединиц и восстанавливается при реконструкции гетеродимера [160].

Дополнение 9.1. Примеры некоторых интегринов

1. Рецепторы для белков внеклеточного матрикса птиц и млекопитающих. Они связываются с гликопротеиновыми компонентами внеклеточного матрикса, в частности с фибронектином, ламини-ном и витронектином. Связывание с рецепторами в большинстве случаев конкуретно блокируется пептидами, содержащими трипеп-тид RGD. Было показано, что фибронектин опосредует клеточное движение, и ясно, что рецептор фибронектина и его внутриклеточные контакты имеют решающее значение для клеточного морфогенеза.

Клеточная поверхность 411

2. Гликопротеины ПЬ/Ша тромбоцитов. По и 111а являются гликопротеинами мембран тромбоцитов, гомологичными а- и /3-субъединицам других интегринов. Этот поверхностный рецептор участвует в агрегации тромбоцитов, происходящей при свертывании крови. Тромбоциты не агрегируют до тех пор, пока не произойдет «активация» одним из агонистов — тромбином, коллагеном или адреналином. Процесс активации детально не изучен, но одним из ее результатов является увеличение доступности комплекса ПЬ/Ша на поверхности тромбоцитов, в результате чего он может взаимодействовать с циркулирующими макромолекулярными «адгезивными» белками [1605 , 236], в том числе с фибриногеном, фибронектином и фактором фон Виллебранда. Это связывание зависит от кальция. Фибриноген двухвалентен и, вероятно, более важен для связывания тромбоцитов в каскаде агрегации. Плазматический фактор фон Виллебранда является многофункциональным гликопротеином, который обладает сродством не только к активированному интегрииу, но и к коллагену. Следовательно, этот белок адгезии способствует прилипанию активированных тромбоцитов к сосудистому субэндотелию, который становится доступным для них при нарушении целостности эндотелиальных клеток после ранения [1244]. Фактор фон Виллебранда связывается также с другим рецеп-торным белком тромбоцитов, гликопротеином lb [581].

3. Лейкоцитарные белки адгезии. Для того чтобы мигрировать к месту инфекции и воспаления, лейкоциты должны вступить во взаимодействие с эндотелиальными клетками сосудов. Идентифицированы три гетеродимерных рецептора, участвующие в адгезии лейкоцитов (табл. 9.1); все они относятся к семейству интегринов [759]. По-видимому, все три белка имеют одинаковые /3-субъединицы. Один из них, LFA-1, связывается со специфическим гликопротеином клеточной поверхности ICAM4, присутствующим на фибро-бластах. Это взаимодействие может опосредовать связывание Т-лимфоцитов с фибробластами при воспалении [923].

4. Позиционно специфические антигены дрозофилы. По-видимому, семейство рецепторов, необходимых для нормального эмбрионального морфогенеза дрозофилы, также принадлежит к семейству интегринов [160, 1051, 114]. В присутствии пептидов, содержащих последовательность RGD, происходит нарушение эмбриогенеза и блокируется гаструляция у Drosophila [1051].

9.3.6. ДРУГИЕ СПОСОБЫ СВЯЗЫВАНИЯ

С МАТРИКСОМ И БЕЛКАМИ АДГЕЗИИ

Интегрины не уникальны в своих свойствах, касающихся связывания с внеклеточным матриксом и белками адгезии. Показано, что ламинин, тромбоспондин и фактор фон Виллебранда специфически

412 Глава 9

связываются с гликолнпидами, содержащими сульфогруппы [j226]. Физиологическое значение этого взаимодействия неясно. Фермент 5'-нуклеотидаза также участвует во взаимодействии как с внеклеточными, так и с внутриклеточными компонентами [332], хотя роль этого взаимодействия in vivo не доказана. Существуют также рецепторы ламинина, которые не относятся к семейству интегринов [537, 1355].

Всесторонне изучена агрегация диссоциированных клеток губки [1037]. Для инициации этого процесса должно произойти связывание некоего высокомолекулярного фактора с внеклеточным доменом рецептора агрегации, находящимся в плазматической мембране. Это, по-видимому, служит сигналом к запуску быстрого распада фосфатидилинозитола и образованию внутриклеточных вторых посредников (разд. 9.7.2), которые инициируют агрегацию, опосредованную фактором сборки коллагена. Коллагеновые тяжи служат матриксом, на котором сорбируются клетки губки.

9.4. Повторное использование (рециклирование) мембран и эндоцитоз с участием рецепторов [1584, 1447, 1024, 966, 651]

До сих пор мы считали мембрану животной клетки статичной структурой, состав которой изменяется только во время роста клетки или при дифференцировке. На самом деле клеточная поверхность чрезвычайно динамична и составляет вместе с клеточными мембранными органеллами часть сложной сети мембранного транспорта. Мембранный транспорт можно разделить на две составляющие: эндоцитоз и экзоцитоз (рис. 9.6). Эндоцитоз — это поглощение внеклеточной жидкости и частиц в составе мембранных пузырьков, а экзоцитоз включает процессинг новосинтезированных белков и липидов и их доставку к месту секреции или включения в плазматическую мембрану, лизосомы или вакуоли. В обеих системах происходит селективный перенос специфических мембранных компонентов между мембранами внутри клетки с помощью везикул, которые отшнуровываются от одной мембраны и сливаются с другой. Важнейшей особенностью регуляции этих процессов является закис-ление везикул и вакуолей с помощью Н + -АТРаз (разд. 8.4.3) [

страница 58
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97

Скачать книгу "Биомембраны - Молекулярная структура и функции" (4.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(12.12.2017)