• Плотные контакты представляют собой разновидность контактного комплекса, который образуется между соседними эпителиальными или эндотелиальными клетками
• Плотные контакты регулируют транспорт частиц между эпителиальными клетками
• Плотные контакты сохраняют полярность эпителиальных клеток, выполняя функцию «загородки», которая предотвращает миграцию белков плазматической мембраны между апикальной и базальной областью
Межклеточные контакты играют критическую роль в образовании многоклеточных организмов и в обеспечении их жизнеспособности. Вдоль латеральных поверхностей примыкающих друг к другу клеток эпителия и эндотелия могут образоваться три различных типа контактных комплексов. У позвоночных это плотные контакты, адгезивные контакты и десмосомы. У беспозвоночных вместо плотного контакта часто возникает септированный контакт. Взаимное положение контактов схематически представлено на рисунке ниже.
Они поддерживают существование обособленных специализированных областей у многоклеточных организмов и регулируют между ними транспорт молекул. Они также предохраняют клетки от химических и физических повреждений. Мы рассмотрим каждый тип межклеточных взаимодействий, начиная с плотного контакта.
Контактный комплекс подразделяется, по меньшей мере, на три вида межклеточных контактов.
Они обеспечивают эпителиальной клетке возможность поддерживать свою структуру и функционировать в качестве селективного транспортного барьера.
Септированные контакты обнаружены только у беспозвоночных, где они часто присутствуют вместо плотных контактов.
Как видно на рисунке ниже, на фотографии ультратонкого среза клеток в трансмиссионном электронном микроскопе плотные контакты видны в виде групп небольших контактов (иногда называемых «поцелуями»). Эти контакты существуют между латеральными мембранами соседних клеток, расположенными напротив. Белки на цитоплазматической стороне мембраны, примыкающей к этим контактам, имеют вид электронно-плотных «облаков». На сколах замороженных суспензий клеток видна другая картина, которая показывает распределение белка в двух липидных монослоях, разделенных в середине плазматической мембраны.
При этом плотные контакты имеют вид переплетенной сети тонких фибрилл (или нитей), если белки остаются встроенными в мембрану, или же выглядят как сеть углублений, если в процессе скола произошла потеря белков.
Плотные контакты имеют сложный молекулярный состав. В зоне этих контактов обнаружено более 24 белков. Среди них идентифицировано три типа трансмембранных белков: клаудины, окклюдины и контактные адгезивные молекулы (JAM). Клаудины являются основными белками фибриллярных структур плотного контакта. Упомянутые выше поры образуются при организации внеклеточных доменов клаудинов в петли, формирующие селективные каналы в фибриллах.
У млекопитающих идентифицировано по меньшей мере 24 клаудиновых белка, и различные их комбинации формируют каналы, обладающие различной проницаемостью по отношению к ионам. Трансфекция клаудиновых генов в клетки, которые в норме их не экспрессируют, приводит к формированию плотных контактов. Окклюдины латерально сополимеризуются с клаудинами вдоль фибрилл плотного контакта, в латеральном направлении, однако их точная функция неизвестна.
Три трансмембранных белка прочно связаны с девятью или более структурными белками, включая актин. Они также способны к эпизодическому связыванию более двенадцати сигнальных белков. Это позволяет предполагать, что плотные контакты играют дополнительную роль в качестве присутствующих на клеточной поверхности организаторов сигнала, подобно тому как это имеет место для фокального адгезивного комплекса на базальной поверхности клеток.
Многие другие белки зоны плотного контакта, например ZO-1, по своей первичной структуре относятся к семейству мембраносвязанных гуанилаткиназ (MAGUK). Эти белки содержат три домена, расположенные в характерном порядке. Благодаря этим доменам они связываются со многими типами белковых мишеней, включая сигнальные белки и элементы актинового цитоскелета. Некоторые из белков зоны плотного контакта содержат также домен PDZ, который дает им возможность связываться между собой. В модельных экспериментах in vitro с использованием интактных и усеченных форм этих белков продемонстрирована возможность образования в зоне контакта их различных комбинаций.
Плотные контакты играют две важные роли. Во-первых, они представляют собой молекулярные структуры, регулирующие параклеточный транспорт (транспорт материалов, происходящий в пространстве между клетками) в эпителиальных и эндотелиальных слоях. (Ранее считалось, что они функционируют в качестве барьеров, блокирующих (предотвращающих) этот транспорт, и, поэтому, контактные зоны назывались zonula occludens.) Этим плотные контакты напоминают «молекулярный фильтр», через который пропускаются молекулы клеточного окружения при прохождении ими границ эпителия и эндотелия.
Однако не все фильтры одинаковы, поскольку для каждого вида ткани необходим фильтр, способный удалять определенный набор молекул. Например, для ткани почек не обязательно удалять дымовые частицы. Фактически диапазон размеров частиц, проходящих через плотные контакты за счет свободной диффузии, варьирует между 4 и 40 А, в зависимости от типа ткани.
Физические барьеры для транспорта ионов и других растворимых компонентов имеют различную природу: ионы проходят мгновенно, а другим растворимым компонентам для прохождения через плотный контакт необходимы минуты или даже часы. Каким образом это осуществляется? Недавно предложенная модель постулирует, что барьер проницаемости в плотном контакте создается за счет слоев пор, несущих селективные заряды и образующих сетчатую структуру, состоящую из хрупких нитевидных структур. Ионы способны проходить через эти поры, однако для прохождения других растворимых компонентов должна нарушиться целостность нитей.
По мере разрыва и воссоединения нитей компонент постепенно продвигается через барьер контакта, как показано на рисунке ниже.
Вторая роль плотных контактов состоит в том, что в структурном и функциональном отношении они делят плазматическую мембрану поляризованных клеток на два домена. Апикальная (от греч. слова apex — вершина) поверхность представляет собой часть плазматической мембраны, которая ориентирована по направлению к полости или к пространству с одной стороны слоя эпителия. Базальная (или нижняя) поверхность представляет собой область с противоположной стороны, которая находится в контакте с внеклеточным матриксом.
Латеральные поверхности формируют «стороны» между этими двумя областями. Плотные контакты полностью окружают клетки эпителия и эндотелия вдоль латеральной поверхности по границе апикальной и латеральной зон. Тем самым клетка подразделяется на две области: апикальный и базолатеральный домены. Эти домены разграничивают поверхность клетки на область «вершины» и область «основания», играющие различную роль в контроле трансклеточного перемещения метаболитов. Хотя мембранные белки могут диффундировать в плоскости каждого домена, они не мигрируют от одного домена к другому через плотные контакты.
В этом смысле плотные контакты как бы играют роль «изгороди», благодаря которой поддерживается уникальный молекулярный состав в пределах каждого из двух мембранных доменов.
Хотя молекулярные механизмы этого диффузионного барьера исследованы еще недостаточно, идентифицированы два отдельных макромолекулярных комплекса, играющие важную роль в формировании и поддержке полярного распределения белков плазматической мембраны в клетках эпителия и эндотелия. Изменения экспрессии любого из этих белков приводят к утрате клеткой полярности. Эти комплексы обнаружены в плотных контактах и непосредственно связаны с белками, входящими в состав сетчатых структур, о которых шла речь выше.
Электронная микрофотография клеточного препарата, приготовленного методом замораживания-скалывания.
Видна фибриллярная сеть, образующая плотный контакт.
На фотографии, выполненной с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (на вставке),
показана связь между мембранами, существующая в плотном контакте.
В плотных контактах клетки удерживаются вместе окклюдином, клаудином и контактными адгезивными молекулами.
Модель, описывающая процессы быстрого и медленного транспорта растворимых веществ через плотный контакт.
Быстрый транспорт некоторых ионов происходит через ионные каналы, встроенные в фибриллярные структуры контакта.
Медленный транспорт веществ, которые не могут проходить через каналы, осуществляется при возникновении в фибриллах разрывов,
через которые происходит их транспорт. Поскольку существует много фибриллярных слоев, этот процесс транспорта включает несколько стадий.
