Войти
Взаимодействие ячейка-ячейка относится к прямым взаимодействиям между ячейкой поверхностями, которые играют решающую роль роль в развитии и функции многоклеточных организмов. Эти взаимодействия позволяют клеткам общаться друг с другом в ответ на изменения в их микросреде. Эта способность посылать и получать сигналы важна для выживания клетки. Взаимодействия между клетками могут быть стабильными, например, через соединения клеток. Эти соединения участвуют в коммуникации и организации клеток в конкретной ткани. Другие являются временными или временными, например, между клетками иммунной системы или взаимодействиями, участвующими в тканевом воспалении. Эти типы межклеточных взаимодействий отличаются от других типов, таких как взаимодействия между клетками и внеклеточным матриксом. Нарушение связи между клетками может привести к неконтролируемому росту клеток и раку.
Различные типы клеточных соединений. На этой схеме граница раздела между соседними клетками или базолатеральной мембраной изображена как «листы»; пространство между этими листами является внеклеточной средой и местом взаимодействия адгезионных белков. Стабильные межклеточные взаимодействия необходимы для клеточной адгезии в ткани и контроля формы и функции клеток. Эти стабильные взаимодействия включают межклеточные соединения, которые представляют собой мультибелковые комплексы, которые обеспечивают контакт между соседними клетками. Клеточные соединения обеспечивают сохранение и правильное функционирование слоев эпителиальных клеток. Эти соединения также важны в организации тканей, где клетки одного типа могут прикрепляться только к клеткам одной и той же ткани, а не к другой ткани.
Плотные соединения бывают множественными. белковые комплексы, которые удерживают вместе клетки одной ткани и предотвращают перемещение воды и водорастворимых молекул между клетками. В эпителиальных клетках они также разделяют внеклеточную жидкость, окружающую их апикальную и базолатеральную мембраны. Эти соединения существуют в виде непрерывной полосы, расположенной чуть ниже апикальной поверхности между мембранами соседних эпителиальных клеток. Плотные соединения соседних клеток выстраиваются в линию, образуя герметичное соединение между различными тканями и полостями тела. Например, апикальная поверхность эпителиальных клеток желудочно-кишечного тракта служит селективным проницаемым барьером, отделяющим внешнюю среду от тела. Проницаемость этих соединений зависит от множества факторов, включая белковый состав этого соединения, тип ткани и передачу сигналов от клеток.
Плотные соединения состоят из множества различных белков. Четыре основных трансмембранных белка - это окклюдин, клаудин, соединительные молекулы адгезии (JAM) и трицеллюлины. Внеклеточные домены этих белков образуют барьер плотных соединений, обеспечивая гомофильные (между белками одного вида) и гетерофильные взаимодействия (между разными типами белков) с белковыми доменами соседних клеток. Их цитоплазматические домены взаимодействуют с цитоскелетом клетки, чтобы закрепить их.
Из трех типов якорных соединений только два участвуют во взаимодействиях между клетками: соединяет соединения и десмосомы. Оба обнаружены во многих типах клеток. Соседние эпителиальные клетки связаны сращениями на своих боковых мембранах. Они расположены чуть ниже плотных стыков. Их функция - придавать форму и напряжение клеткам и тканям, а также они являются местом передачи сигналов между клетками. Адгезивные соединения состоят из молекул клеточной адгезии из семейства кадгерина. Существует более 100 типов кадгеринов, соответствующих множеству различных типов клеток и тканей с различными требованиями к закреплению. Наиболее распространены E-, N- и P-кадгерины. В слипчивых соединениях эпителиальных клеток E-кадгерин является наиболее распространенным.
Десмосомы также придают прочность и долговечность клеткам и тканям и расположены непосредственно под слипчивыми соединениями. Они являются участками адгезии и не окружают клетку. Они состоят из двух специализированных кадгеринов: десмоглеина и десмоколлина. Эти белки имеют внеклеточные домены, которые взаимодействуют друг с другом на соседних клетках. На цитоплазматической стороне плакины образуют бляшки, которые прикрепляют десмосомы к промежуточным филаментам, состоящим из белков кератина. Десмосомы также играют роль в передаче сигналов между клетками.
Щелевые соединения являются основным местом передачи сигналов или коммуникации между клетками, которые позволяют малым молекулам диффундировать между соседними клетками. У позвоночных щелевые соединения состоят из трансмембранных белков, называемых коннексинами. Они образуют гексагональные поры или каналы, через которые могут проходить ионы, сахара и другие небольшие молекулы. Каждая пора состоит из 12 молекул коннексина; 6 образуют гемиканал на одной клеточной мембране и взаимодействуют с гемиканалом на соседней клеточной мембране. Проницаемость этих соединений регулируется многими факторами, включая pH и концентрацию Ca.
Рецепторные белки на поверхности клетки обладают способностью связывать специфические секретируемые сигнальные молекулы другими ячейками. Передача сигналов клетки позволяет клеткам связываться с соседними клетками, соседними клетками (паракринными ) и даже отдаленными клетками (эндокринными ). Это связывание вызывает конформационное изменение рецептора, которое, в свою очередь, вызывает ответ в соответствующей клетке. Эти ответы включают изменения в экспрессии генов и изменения в структуре цитоскелета. Внеклеточная поверхность плазматической мембраны содержит множество белков, углеводов и липидов, которые выступают наружу и действуют как сигналы. Прямой контакт между клетками позволяет рецепторам одной клетки связывать небольшие молекулы, прикрепленные к плазматической мембране другой клетки. У эукариот многие клетки во время раннего развития общаются посредством прямого контакта.
Передача синаптических сигналов, неотъемлемая часть активности нервной системы, происходит между нейронами и целевые клетки. Эти клетки-мишени также могут быть нейронами или клетками других типов (т.е. мышечными или клетками желез). Протокадгерины, член семейства кадгеринов, опосредуют адгезию нейронов к их клеткам-мишеням в синапсах, иначе известных как синаптические соединения. Для установления связи между нейроном и его клеткой-мишенью, волна деполяризации проходит по длине нейрона и заставляет нейротрансмиттеры высвобождаться в синаптический переход. Эти нейротрансмиттеры связываются и активируют рецепторы на постсинаптическом нейроне, тем самым передавая сигнал к клетке-мишени. Таким образом, постсинаптическая мембрана принадлежит мембране, принимающей сигнал, а пресинаптическая мембрана является источником нейромедиатора. В нервно-мышечном соединении синапс образуется между двигательным нейроном и мышечными волокнами. У позвоночных ацетилхолин, высвобождаемый из двигательного нейрона, действует как нейромедиатор, который деполяризует мышечное волокно и вызывает сокращение мышц. Способность нейрона получать и интегрировать одновременные сигналы из окружающей среды и других нейронов позволяет осуществлять сложное животное поведение.
Растительные клетки окружены клеточными стенками которые являются барьерами для связи между ячейками. Этот барьер преодолевается специальными соединениями, называемыми плазмодесмами. Они похожи на щелевые соединения, соединяющие цитозоль соседних клеток. Небольшие молекулы (<1000 Da), such as ions, amino acids, and sugars, can diffuse freely through plasmodesmata. These small molecules include сигнальная молекула и факторы транскрипции. Размер канала также регулируется, чтобы позволить молекулам размером до 10 000 Да. Проницаемость этих каналов зависит от многих факторов, включая концентрацию Ca2 +. Повышение концентрации Ca2 + в цитозоле обратимо ограничивает прохождение через плазмодесматы. В отличие от щелевых соединений, клеточные мембраны соседних клеток сливаются, образуя непрерывный канал, называемый кольцом. Кроме того, внутри канала имеется расширение эндоплазматический ретикулум, называемый десмотрубочкой, который проходит между клетками. Взаимодействия между клетками, которым способствуют плазмодесматы, играют важную роль в развитии растительных клеток и тканей и защите от вирусной инфекции.
Лейкоциты или белые кровяные тельца разрушают аномальные клетки, а также обеспечивают защиту от бактерий и других инородных тел. Эти взаимодействия a носит преходящий характер, но имеет решающее значение для немедленного иммунного ответа. Чтобы бороться с инфекцией, лейкоциты должны переместиться из крови в пораженные ткани. Это движение в ткани называется экстравазацией. Это требует последовательного формирования и разрыва межклеточных взаимодействий между лейкоцитами и эндотелиальными клетками, выстилающими кровеносные сосуды. Эти межклеточные взаимодействия опосредуются в основном группой молекул клеточной адгезии (CAM), называемых селектинами.
Т-хелперные клетки, центральные для иммунной системы, взаимодействуют с другими лейкоцитами, высвобождая сигналы известные как цитокины, которые активируют и стимулируют пролиферацию В-клеток и Т-клеток-киллеров. Т-хелперные клетки также напрямую взаимодействуют с макрофагами, клетками, которые поглощают инородное вещество и отображают антигены на своей поверхности. Т-хелперные клетки, обладающие соответствующими рецепторами, могут связываться с этими антигенами и пролиферировать, в результате чего Т-хелперные клетки обладают способностью идентифицировать одни и те же антигены.
Коагуляция или свертывание крови зависит от на, помимо продукции фибрина, взаимодействия между тромбоцитами. Когда эндотелий или слизистая оболочка кровеносного сосуда повреждены, локально обнажается соединительная ткань, включая коллагеновые волокна. Первоначально тромбоциты прикрепляются к обнаженной соединительной ткани через специфические рецепторы клеточной поверхности. За этим следует активация и агрегация тромбоцитов, при которой тромбоциты прочно прикрепляются и выделяют химические вещества, которые привлекают соседние тромбоциты к месту повреждения сосуда. Затем вокруг этой агрегации тромбоцитов образуется сетка из фибрина для увеличения прочности сгустка.
Популяции бактерий взаимодействуют аналогично клеткам в ткани. Они общаются посредством физических взаимодействий и сигнальных молекул, таких как лактоны гомосерина и пептиды, как средства контроля метаболизма и регулирования роста. Распространенным примером и одной из наиболее изученных форм взаимодействия бактериальных клеток является биопленка. Биопленка представляет собой клеточный агрегат, который может прикрепляться к биологическим или абиотическим поверхностям. Бактерии образуют биопленки для адаптации к различным условиям окружающей среды, например к изменениям доступности субстрата. Например, образование биопленки увеличивает устойчивость бактериальных клеток к антибиотикам по сравнению с клетками, которые не являются частью совокупности.
Рак может возникнуть в результате потеря межклеточного взаимодействия. В нормальных клетках рост контролируется контактным ингибированием, при котором контакт с соседними клетками вызывает остановку роста клеток. Считается, что контактное ингибирование опосредуется кадгеринами, белками, которые играют важную роль в клеточной адгезии. Это ингибирование предотвращает накопление клеток друг над другом и образование холмиков. Однако в раковых клетках, где экспрессия E-кадгерина потеряна, контактное ингибирование теряется и приводит к неконтролируемому росту или пролиферации, образованию опухолей и метастазам.
Для патогенные бактерии, чтобы проникнуть в клетку, требуется связь с клеткой-хозяином. Первым шагом к проникновению бактерий обычно является адгезия к клеткам-хозяевам. Сильная фиксация, характеристика, определяющая вирулентность, предотвращает вымывание бактерий до заражения. Бактериальные клетки могут связываться со многими структурами поверхности клетки-хозяина, такими как гликолипиды и гликопротеины, которые служат рецепторами прикрепления. После присоединения бактерии начинают взаимодействовать с хозяином, нарушая его нормальное функционирование и разрушая или перестраивая его цитоскелет. Белки на поверхности бактерий могут взаимодействовать с белковыми рецепторами хозяина, тем самым влияя на передачу сигнала внутри клетки. Изменения передачи сигналов благоприятны для бактерий, поскольку эти изменения создают условия, при которых патоген может вторгнуться. Многие патогены имеют системы секреции типа III, которые могут напрямую вводить белковые токсины в клетки-хозяева. Эти токсины в конечном итоге приводят к перестройке цитоскелета и проникновению бактерий.
Межклеточные взаимодействия высокоспецифичны и жестко регулируются. Генетические дефекты и нарушение регуляции этих взаимодействий могут вызывать множество различных заболеваний. Нарушение регуляции, которое приводит к миграции лейкоцитов в здоровые ткани, может вызывать такие состояния, как острый респираторный дистресс-синдром и некоторые типы артрита. Аутоиммунное заболевание pemphigus vulgaris возникает в результате действия аутоантител к десмоглеину и другим нормальным белкам организма. Аутоантитела нарушают адгезию между эпителиальными клетками. Это вызывает волдыри на коже и слизистых оболочках. Мутации в генах коннексина вызывают 8 заболеваний человека, включая пороки развития сердца и нейросенсорную глухоту.
