Калланетика для лейкоцита

Когда мы говорим об иммунной системе – мы, осознанно или нет, имеем в виду, прежде всего, миллиарды клеток, собранных вместе в очень сложную систему, способную поддерживать антигенный гомеостаз нашего организма.

Проще говоря, эта система осуществляет контроль за тем, чтобы дома были только свои, а чужие чтобы были или одомашнены или уничтожены. Любые клетки, участвующие в этом процессе, можно назвать иммунными, но обычно мы имеем в виду лейкоциты, или, как их раньше называли, белые клетки крови.

Это большой обобщающий класс, в который входят нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, лимфоциты и моноциты.

иммунные клетки

Все, кроме лимфоцитов, относятся к системе врожденного или неспецифического иммунитета.

Эти лейкоциты несут на себе особые рецепторы, которые распознают «микробные образы» (например, молекулы LPS, характерные для некоторых бактерий), а также образы разрушения ткани, например ДНК, которая в норме должна находится внутри клетки, а не снаружи (как бывает при гибели клеток) компоненты клеточных мембран и так далее.

Ощутив опасность, окружающие клетки ткани, а также местные тканевые (их еще называют резидентные) иммунные клетки начинают активно продуцировать воспалительные цитокины.

Цитокины – это молекулы, воздействующие на поведение других клеток. Они включают интерлейкины, интерфероны, хемокины и многие другие соединения. Продукция цитокинов определяет начало, развитие и затухание воспаления.

Воспаление создает условия для миграции лейкоцитов из кровеносного русла в ткань – в очаг инфекции или разрушения.

Первыми в очаге острой бактериальной инфекции оказываются нейтрофилы – короткоживущие фагоциты, главной функций которых является убийство патогенных микроорганизмов и фагоцитоз фрагментов бактерий и разрушенных клеток. Инструментарий нейтрофилов крайне агрессивный, и достается от них и своим и чужим. Поэтому, хорошо, что они короткоживущие.

А еще нейтрофилы – самые быстрые из всех иммунных клеток. Их скорость в ткани достигает 35-40 микрон в минуту. Для сравнения Т-лимфоцит «делает» максимум 25 микрон в минуту. Помимо скорости лейкоциту еще нужно направление. И он способен его выбирать и менять.

«Осмысленное» движение нейтрофила хорошо видно в известном клипе «neutrophil chasing bacteria», появившимся несколько лет назад на Youtube.

Но что ему, позволяет так активно передвигаться?

Вы, наверное, обратили внимание, что на видео нейтрофил движется, как будто перетекая внутри себя. Фактически, он все время меняет свою форму, выпячивая в сторону часть своей клетки и затем подтягиваясь остальной частью. Это напоминает движение амебы, простейшего одноклеточного организма, населяющего различные водоемы. Для амебы характерно постоянное изменение формы и использование ложноножек для движения.

Вы можете все это помнить из старого советского мультфильма «На задней парте». Вот Лейкин едет на амебе.

Для того, чтобы понять, как возможно такое движение нужно сначала спросить себя – как мы представляем себе клетку. Часто клетку изображают как прозрачный пакет с водой, в которой что-то там плавает. Возникает ощущение, что клетка – это что-то аморфное, не имеющее определенной формы, и если проткнуть ее внешнюю оболочку, то все вытечет. Но это совсем не так.

В клетке активно поддерживается осмотический баланс (концентрация Ca2+, Na+, K+, Cl) с окружающей средой (кровью или тканевой или лимфатической жидкостью). Если «просверлить» в мембране клетки дырку, то баланс ионов внутри клетки и снаружи изменится, в цитоплазму по осмотическому градиенту начнет поступать межклеточная жидкость, которая клетку благополучно порвет на клочки. Такое бывает, когда мембраноатакующий комплекс комплемента «сверлит» дыры в мембранах бактерий.

мембрано-атакующий комплекс комплемента

Так что, клетка – это скорее не пакет с водой, а подводная лодка на глубине. Чтобы эту «лодку» не разорвало, в мембрану встроено большое количество насосов, качающих ионы и молекулы внутрь и наружу, обеспечивая клетку энергией и правильным осмотическим балансом.

Но, помимо этого, в каждой клетке есть свой собственный скелет, который задает ее форму и обеспечивает прочность. Его называют цитоскелет, и он представляет собой трехмерную сеть переплетенных полимерных белковых нитей, связывающих между собой внутренние поверхности мембраны и все клеточные органеллы.

цитоскелет клетки

Нити бывают трех типов:

  • микрофиламенты (из белка актина), примерно 7 нм в диаметре
  • микротрубочки (из белка тубулина), 20-25 нм в диаметре
  • промежуточные филаменты, до 10 нм в диаметре

Цитоскелет – это не только каркас клетки. Он выполняет и сложные функции. Например, вдоль этих нитей осуществляется внутриклеточный транспорт различных молекул. Так что цитоскелет – это нечто среднее между арматурой здания и железнодорожными путями.

Но в отличие от здания, каркас которого неподвижен, цитоскелет постоянно перестраивается, придавая клетке формы, необходимые ей для функционирования, например, для движения. Так, микрофиламенты нейтрофила, формируют ложноножки (псевдоподии), выпячивающиеся в сторону градиента цитокинов и хемокинов, то есть в сторону очага инфекции.

Эта способность цитоскелета позволяет нейтрофилу и другим лейкоцитам выбраться из кровеносного русла в ткань, расталкивая эндотелиоциты (клетки стенки сосуда). Для того, чтобы пробраться в узкую щель – ему приходится перестроить свой цитоскелет.

амебоидное движение иммунных клеток

На фотографии нейтрофил пробирается между эндотелиальными клетками.

Оказавшись в ткани, нейтрофилы усиливают экспрессию специальных клейких молекул, адгезинов, на поверхности псевдоподий. Этими адгезинами они цепляются за структуры внеклеточного матрикса, а после адгезии, микрофиламенты сокращаются, подтягивая клетку вперед.

перестройка цитоскелета при амебоидном движении

Каждое движение требует перестройки цитоскелета, и интенсивность этого процесса обеспечивает нейтрофилу скорость в ткани до 40 микрон в минуту. Ложноножки нужны нейтрофилу не только для движения, но и для фагоцитоза. Чтобы захватить патогенный микроб в очаге инфекции он так же вытягивает их вперед, пытаясь обхватить микроорганизм.

фагоцитоз

На фотографии фагоцит захватывает дрожжевой грибок.

Движение и фагоцитоз – это ключевые функции лейкоцитов системы неспецифического иммунитета. Но возможности их цитоскелетов этим не ограничены. Помимо поддержания формы клетки и ее изменения для движения и фагоцитоза, цитоскелет еще участвует в общении клеток друг с другом при помощи механических контактов.

Может показаться, что клетка очень мала и поэтому не испытывает на себе типичных механических воздействий (гравитацию, растяжение, компрессию и так далее). Однако, клетка – это не электрон, и она подчиняется законам простой механики. Так, эпителиальные клетки, выстилающие наши слизистые (например, слизистую ЖКТ) жестко сцеплены друг с другом и с базальной мембраной, на которой они покоятся.

На мембранах клеток есть молекулы интегрины, которые прикрепляются к соседним клетками, молекулам внеклеточного матрикса и базальной мембране.

интегриновые рецепторы

На рисунке прикрепление клетки к коллагену межклеточного матрикса.

Внеклеточный домен интегрина соединяется с внешними структурами, а внутренний домен, через белок-адаптор, с актиновыми микрофиламентами. В результате цитоскелет клетки натягивается между соседями, как это бывает, когда натягивают два конца рыболовной сети. И в этом напряжении клетка живет и функционирует. Причем, это механическое напряжение так важно для эпителиальных клеток, что в случае его ослабевания и потерей клетки контакта с соседями, она обычно погибает в результате апоптоза. И это обстоятельство предохраняет нас от «несанкционированных» действий эпителиальных клеток.

актиновые связи между клетками

У иммунной клетки больше степеней свободы, поэтому ей дозволительно существовать без постоянного контакта с другими клетками, однако и она постоянно получает механические сигналы из своего микроокружения. Эти сигналы столь значительны, что они могут менять не только форму и особенности движения клеток, но и их генетический аппарат. Об этом в следующий раз.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.