Клеткин дом

Самое современное направление в биотехнологии, которое в будущем может полностью изменить наши представления о патогенезе и лечении многих тяжелых хронических заболеваний – это регенеративная медицина.

Задачи ее весьма амбициозны:

  • Управляемое формирование тканей
  • Создание полу-искусственных полноценно функционирующих органов
  • Омоложение тканей и органов
  • Восстановление утраченных функций органов и способностей тканей

Это очень интересная тема, поэтому постов по ней будет много. Главное, что нужно понять в начале изучения этой темы – это, то, что в нашем организме все события происходят в контексте микроокружения.

Скажите мне – почему белая клетка крови круглая, а эпителиальная клетка слизистой ЖКТ похожа на столбик? Что управляет их формой?

Форма клетки

В нашем теле нет клеток, предоставленных самим себе. Все они существуют в определенном окружении, или, для них точнее – микроокружении. Вокруг каждой клетки есть другие клетки и компоненты ткани.

И как мы по-разному воспринимаем жару, холод, дождь, ветер, тесноту в метро и пробки на дорогах, так же и клетки по-разному воспринимают обстоятельства своего микроокружения и по-разному на него реагируют, в том числе и меняя свою форму.

Среда, непосредственно окружающая клетку, называется внеклеточный матрикс. Это смесь различных молекул, образующих физический каркас ткани и определяющих ее геометрическую форму.

Вот так выглядит внеклеточный матрикс адипоцитов:

жировая ткань

Это трехмерная ЭМ фотография жировой ткани.

«Авоська», в которую упакованы адипоциты – это сеть молекул внеклеточного матрикса.

Но помимо функций каркаса, которую внеклеточный матрикс выполняет в составе соединительной ткани, у него есть важные регуляторные и коммуникационные задачи.

Помните книгу и фильм «Тимур и его команда»? Там была сигнализация, сделанная при помощи натянутых веревочек. Если в «штабе» потянуть за одну, то в определенном месте звонил колокольчик или тряслись жестяные банки.

Тимур

В наших тканях такие веревочки натянуты между эпителиальными клетками и соединительной тканью.

Если Вы читали пост «Калланетика для лейкоцита», то помните, что элементы внутреннего скелета клетки (цитоскелета) связаны сквозь мембрану с молекулами внеклеточного матрикса. Так что получается, что «веревочки» натянуты не только в строме ткани, но продернуты сквозь клетки.

Некоторые названия этих веревочек (молекул ВКМ) Вы уже, наверное, встречали:

  • Коллаген
  • Эластин
  • Фибронектин
  • Ламинин
  • Тенасцин

Коллаген и эластин создают трехмерную паутину – каркас, определяющий геометрию ткани. Фибронектин, ламинин и тенасцин – это адгезивные (клейкие) гликопротеины, связывающие клетки друг с другом и с элементами тканевой стромы. На эти молекулы приходится большая часть объема внеклеточного матрикса.

Строение и функционирование ВКМ имеет большое значение для наших эпителиальных тканей.

внеклеточный матрикс

В эпителиальной ткани все компоненты ВКМ собираются в трехмерную структуру, в которой принято различать два главных домена – базальную мембрану и тканевой матрикс. На картинке базальная мембрана – это розовая полоса, обозначенная как «ВМ». Над ней располагаются эпителиальные клетки, развернувшие свои ворсинки в сторону внешней среды, например, просвета ЖКТ.

Под эпителиальными клетками находятся миоэпителиальные клетки. Они обладают стволовыми функциями, и могут замещать выбывающие эпителиоциты. Благодаря им происходит заживление ткани. Далее вниз следует сеть протеогликанов (голубые квадратики), склеивающих компоненты матрикса друг с другом, молекулы коллагена (зеленые спиральки) и фибронектина (короткие синие полоски). Это и есть тканевой матрикс.

Среди молекул матрикса есть и клетки – фибробласты (желтые; это они, в основном, и синтезируют компоненты ВКМ), адипоциты (белые) и резидентные макрофаги ткани (фиолетовая звездочка), отвечающие за фагоцитоз погибающих клеток, перестройку ВКМ и контроль за антигенным гомеостазом.

Все эти компоненты создают, поддерживают и меняют физические условиях в ткани, в ответ на которые клетка принимает определенную форму и растет в определенную сторону (задается полярность клетки).

Вот, например, эпителиальная клетка покоится на базальной мембране и поддерживает механический контакт со своими соседями. При этом она имеет вытянутую полигональную форму.

базальная мембрана

Но стоит ей оторваться от базальной мембраны и других эпителиальных клеток, и она становится круглой.

У прикрепленной к БМ клетки помимо сложной формы есть еще апикально-базальная полярность. Это означает, что та сторона клетки, которая крепится базальной мембране, отличается от стороны, «смотрящей» в сторону внешней среды.

эпителиальная клетка

Химические и физической свойства ВКМ ткани определяют механические свойства органов, например, плотность и эластичность. Эти свойства могут сильно отличаться в разных органах (кости и легкие), в тканях одного органа (кора и мозговое вещество почки), и при разных физиологических состояниях (заживление раны и опухолевый рост).

Внеклеточный матрикс – это очень динамичная среда. Там все время происходят изменения состава и архитектуры, происходящие в ответ на действия и сигналы от клеток. Из диалог лежит в основе формирования тканей, заживления ран, роста мышц, реализации воспаления и так далее.

Однако, ВКМ влияет не только на форму клетки, но и на другие ключевые свойства:

  • Выживание и гибель (клеткам нужно и то и другое)
  • Пролиферацию (размножение)
  • Дифференциацию (приобретение навыков)
  • Миграцию (движение)

Поэтому клетки постоянно испытывают механические воздействия – сдавление и растяжение, а изменения этих сил являются сигналом. Например, сигналом к самоубийству клетки. Видели, наверное, на катерах и скутерах провод от человека к зажиганию? Его называют Kill Cord.

Kill cord

Если Вас выбросило – ключ вылетает из зажигания, и мотор глохнет. Аналогичным образом, эпителиальная клетка, потерявшая контакт с другими эпителиальными клетками или своей базальной мембраной, должна погибнуть от апоптоза. Так, например, эпителиальная клетка молочных протоков, отсоединившаяся от базальной мембраны, в норме теряет ее поддержку погибает в результате апоптоза.

апоптоз

Благодаря такой зависимости эпителиальной клетки от физического контакта со своей базальной мембраной осуществляется контроль над нежелательной автономностью клеток. Нарушение этой регуляции лежит в основе тяжелых заболеваний. Вот так выглядит прорыв клеток кожи человека сквозь базальную мембрану в интерстициальную строму, где им быть не положено. Такой феномен лежит в основе инвазии опухолевых клеток.

инвазия клеток

В следующих постах вернемся к этой теме и обсудим создание искусственного внеклеточного матрикса и тканевую инженерию.

Добавить комментарий

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

Вы ввели некорректные логин или пароль

Sorry that something went wrong, repeat again!

4комментария

сначала новые
по рейтингу сначала новые по хронологии
1

Очень интересно, ждём продолжения.

Автор2
Андрей Саватеев

"Прощай, плоская биология" читали?

3

Спасибо, что подсказали, а то я на дату статьи не обратила внимания, думала она новая. У вас здесь много интересного, сразу всего не охватить.

Автор4
Андрей Саватеев

Спасибо, накопилось за почти 2 года. Актуальности статья пока не потеряла. Со временем еще что-нибудь на эту тему напишу. Микроокружение мелькает во многих статьях.