Цитоскелет, клеточная подвижность, контактные взаимодействия и апоптоз

Цитоскелет — сложная высокоорганизованная лабильная динамическая трехмерная белковая сеть нитей и трубок в цитоплазме эукариотической клетки, выполняющая опорную, каркасную, двигательную и транспортную функции:

1. Микротрубочки (диаметр 25 нм) — полые цилиндры, стенка которых состоит из 13 протофиламентов, образованных димерами глобулярного белка тубулина (альфа- и бета-тубулин). Обладают динамической нестабильностью (быстрая полимеризация на «+» конце и деполимеризация на «-» конце). Образуют веретено деления, реснички, жгутики (аксонема 9 пар + 2 центральные) и транспортные пути клетки;

2. Микрофиламенты (диаметр 7 нм) — две переплетенные спиральные цепочки глобулярного белка актина. Расположены под плазмалеммой (кортикальный слой), обеспечивают амебоидное движение, образование псевдоподий, фагоцитоз, циклоз и цитокинез (сократительное кольцо);

3. Промежуточные филаменты (диаметр 10 нм) — канатоподобные прочные волокна из тканеспецифичных белков: кератин (эпителий), виментин (соединительная ткань), десмин (мышцы), нейрофиламенты (нейроны), ламины (ядерная ламина). Обеспечивают механическую устойчивость клеток к растяжению.

Внутриклеточный направленный транспорт везикул, митохондрий и органоидов осуществляется специализированными механохимическими белками — молекулярными моторами, преобразующими энергию АТФ в механическое шагающее движение:

• Кинезины — шагают по микротрубочкам от «-» конца к «+» концу (антероградный транспорт: от центра клетки/ядра к периферии и синапсу);

• Динеины — шагают по микротрубочкам от «+» конца к «-» концу (ретроградный транспорт: от периферии к центросоме и ядру). Цитоплазматический динеин участвует в движении хромосом в анафазе; аксонемный динеин обеспечивает биение ресничек и жгутиков сперматозоидов;

• Миозины — шагают по актиновым микрофиламентам, обеспечивая мышечное сокращение, ток цитоплазмы и перемещение везикул в кортикальной зоне.

В многоклеточном организме клетки объединены в ткани с помощью специализированных межклеточных контактов:

1. Плотные контакты (zonula occludens / tight junctions) — белки окклюдины и клаудины плотно сшивают мембраны соседних клеток, создавая непроницаемый барьер для диффузии молекул через межклеточные щели (в эпителии ЖКТ, гематоэнцефалическом барьере);

2. Механические сцепляющие контакты (адгезионные пояски и десмосомы) — белки кадгерины сцепляются в щели, а изнутри заякорены на кератиновые промежуточные филаменты. Обеспечивают устойчивость эпидермиса и миокарда к разрыву при механических нагрузках. Полудесмосомы крепят клетки к базальной мембране с помощью интегринов;

3. Щелевые контакты (нексусы / gap junctions) — состоят из белковых гексамерных каналов — коннексонов (белок коннексин), образующих прямой водный мостик между цитоплазмами соседних клеток. Пропускают ионы и малые молекулы (Ca²⁺, цАМФ), обеспечивая электрическое сопряжение и синхронное сокращение клеток миокарда.

Гибель клеток в организме протекает по двум принципиально различным путям:

• Некроз — патологическая гибель при травме, ожоге, ишемии. Клетка набухает, плазмалемма разрывается, содержимое выливается в ткань, вызывая сильное воспаление;

• Апоптоз — генетически запрограммированная физиологическая гибель клетки («клеточное самоубийство»):

1. Биологическая роль: удаление отработавших, мутантных и зараженных вирусом клеток, разделение пальцев в эмбриогенезе (исчезновение перепонок), инволюция хвоста головастика, поддержание постоянства клеточной численности;

2. Механизм: активация каскада протеолитических ферментов — каспаз (каспаза-8, каспаза-9, каспаза-3). ДНК фрагментируется эндонуклеазами на фрагменты по 200 пар нуклеотидов, клетка сжимается и распадается на окруженные мембраной апоптотические тельца;

3. Апоптотические тельца экспрессируют на поверхности фосфатидилсерин («сигнал съешь меня») и немедленно фагоцитируются макрофагами БЕЗ РАЗВИТИЯ ВОСПАЛЕНИЯ.

Ключевые вопросы ЕНТ по онкогенезу и апоптозу:

• Белок p53 («страж генома») — транскрипционный фактор, активирующийся при повреждении ДНК. Он останавливает клеточный цикл в G₁ для репарации, а при невозможности починки запускает АПОПТОЗ клетки;

• Мутации гена p53 обнаружены более чем в 50% всех раковых опухолей человека (опухолевые клетки теряют способность к апоптозу и бесконтрольно делятся);

• При апоптозе воспаления НЕТ; при некрозе воспаление ВСЕГДА ЕСТЬ.