Гормоны сердца

Представление о сердце как об эндокринном органе возникло в начале 70—х гг. XX века на основании открытия А. А. Галояном и соавторами кардиопептидов. Затем из ушек правого предсердия был выделен первый представитель другого семейства гормонов сердца: атриальный натрийуретический пептид (АНП), или гормон.

Натрийуретические пептиды. Молекула АНП у млекопитающих состоит из 27—28 аминокислот, однако известны и другие изоформы, более распространенные у низших позвоночных и беспозвоночных. В настоящее время известно, что у крыс и человека в сердце АНП секретируется популяцией миоэндокринных клеток, которые Са²⁺— и механозависимо выделяют его при растяжении правого предсердия и ушек венозной кровью. Предполагается, что миоэндокринные клетки имеют механочувствительные Са²⁺—каналы в плазмалемме. В сердце крыс АНП секретируется и в отсутствие растяжения предсердия. Показана также секреция родственного АНП гормона — натрийуретического пептида желудочков сердца.

Из семейства натрийуретических гормонов наиболее консервативным является С—тип, молекула которого состоит из 22 аминокислот. Он синтезируется, главным образом, в головном мозгу и почках. У позвоночных животных в плазме крови концентрация гормона незначительна. К этому же семейству относятся гормон почек уродилатин и мозговой натрийуретический пептид. Для структуры молекулы всех натрийуретических гормонов характерно наличие кольца из 17 аминокислот. Сходными эффектами являются активация гуанилатциклазы плазмалеммы, усиление натрийуреза и сопряженного диуреза, регуляция артериального давления и компенсация сердечной недостаточности. Значительное перекрытие функций натрийуретических гормонов определяется не только сходством структуры их молекул, но и перекрестной аффинностью к рецепторам.

Натрийуретические гормоны являются связующим звеном между почками и сердцем, регулируя не только экскрецию жидкости, но и перераспределение ее в организме сердечно—сосудистой системой. Так, предотвращая возможное механическое повреждение сердца при увеличении объема венозного возврата, АНП усиливает сокращения кардиомиоцитов. Воздействие натрийуретических гормонов на миогенные пейсмекеры приводит к увеличению частоты сердечных сокращений. Изгнанию крови из сердца способствует и цГМФ—зависимая дилатация гладкомышечных структур стенки аорты. Снижение артериального давления, увеличение диуреза и Na—уреза приводят к последующему уменьшению венозного возврата в сердце.

Для АНП и в разной степени для других натрийуретических гормонов характерно участие в регуляции объема жидкости в малых и больших полостях организма, будь это полости желудочков сердца или головного мозга, желудок, полость фолликула яичников или просвет семенных канальцев и т. п. Те же эффекты определяют участие АНП в регуляции объема клеток, как это показано для астроглии: гормон уменьшает их объем путем подавления входа воды или увеличением ее выхода из клетки через регуляцию активности Na⁺/H⁺—обменника, К⁺— и Cl^——каналов.

В центрах гипоталамуса натрийуретические пептиды как медиаторы или гормоны подавляют (цГМФ— и NO—зависимо) возбудимость центра жажды и снижают солевое предпочтение и жажду. Это согласуется с общей направленностью эффектов гормонов этого семейства на уменьшение объема жидкости в организме. Кроме того, установлено влияние АНП на гормонопоэз в аденогипофизе. Оно может опосредоваться двояко: либо через контроль микроциркуляции в медиальном возвышении, где оканчиваются содержащие АНП аксоны либо в капиллярном сплетении аденогипофиза (портальный кровоток).

Атриопептины. Ранее отнесенные к фрагментам молекулы АНП, атриопептины (кардиопептины) образуют другое семейство кардиальных гормонов. Секретируемые при росте осмотического давления крови, они выделяются из сердца и увеличивают системное артериальное давление. Кроме того, для атриопептина III показано антидиуретическое действие.

Высокое содержание кардиопептинов в паравентрикулярном, супраоптическом и преоптических ядрах гипоталамуса, в циркумвентрикулярных органах указывает на возможность участия этих гормонов не только в регуляций объема ликвора и микроциркуляции в структурах головного мозга, но и в коррекции сосудодвигательными центрами и центрами регуляции жажды объема жидкости в организме. При этом реципрокное влияние натрийуретических гормонов и атриопептинов на секрецию нейрогипофизарного вазопрессина может иметь место в других вазопрессин—секретирующих структурах ЦНС. К ним, например, относятся ядра перегородки, собственное ядро терминальной полоски, обонятельный мозг и другие. Следовательно, это может определять влияние гормонов названных семейств на жажду и питьевое поведение, сон и бодрствование, внутричерепное давление, память и общий уровень возбудимости ЦНС. Показано прямое подавление, солевого аппетита и возбудимости ЦНС при внутримозговом введении кардиопептинов.

В сердце секретируется также релаксин — один из гормонов надсемейства инсулина. Как и инсулин, он состоит из двух цепей А и В, связанных дисульфидным мостиком. У крыс релаксин выделяется кардиомиоцитами правого предсердия и оказывает позитивный хроно— и инотропный эффекты на сердце, увеличивая также системное артериальное давление. В семенниках релаксин клеток Сертоли способствует поддержанию оптимальной вязкости семенной жидкости. При родах, расслабляя связки лобкового симфиза, гормон обеспечивает увеличение просвета родовых путей и успешное прохождение по ним плода.

Лекция 5. Роль межклеточного матрикса в регуляции метаболизма сердца и сосудов.

5.1.Механорецепторы. Структура и свойства интегринов.

5.2.Адгезивные белки межклеточного матрикса. Фибронектин. Ламилин.

5.3.Структурные белки межклеточного матрикса. Коллаген. Эластин.

5.4.Гликозаминогликаны межклеточного матрикса. Структура и классификация.

5.5.Структура протеогликанов, отличие от гликопротеинов.

5.1.Механорецепторы. Структура и свойства интегринов.

Тактильные механорецепторы сосредоточены в наружных покровах животных и человека, они воспринимают прикосновение.

Барорецепторы расположены в стенках кровеносных сосудов, сердца, полых гладкомышечных органов; они реагируют на растяжение вследствие повышения давления крови, скопления газов в желудке или кишечнике и т. п.

Проприорецепторы — сосредоточены в мышечно-суставном аппарате — реагируют на растяжение при сокращении или расслаблении скелетных мышц.

Вестибулорецепторы (или механорецепторы вестибулярного аппарата) реагируют на ускорения, вибрации, наклон тела или головы.

Обнаружены два типа Мчк (механочувствительных каналов): МчкВ (каналы высокой проводимости) - с проводимостью порядка 3000 пСи и МчкМ каналы малой проводимости - с проводимостью около 1000 пСи. Если латеральное натяжение фиксируемой мембраны увеличивается вследствие ее всасывания в микропипетку, каналы открываются. То, что высокая и низкая проводимости МчкВ и МчкМ - следствие активности двух разных типов каналов, а не разных состояний одного и того же доказывается с помощью нокаута гена МчкВ. Характеристики проводимости МчкМ определяются именно в таких "нокаутных" бактериях. Натяжение, требуемое для открывания этих каналов, составляет прибл. 0,7 от того, которое необходимо для открывания МчкВ. Существуют и данные о присутствии в мембране каналов с еще меньшей проводимостью. Анализ МчкВ был продолжен с помощью сложной техники современной молекулярной биологии. Метод состоит в включении фрагментов мембраны в липосомы из фосфолипидов другого вида и повторной локальной фиксации потенциала, чтобы подтвердить наличие механочувствительных каналов. Белки из таких липосом могут быть экстрагированы умеренными детергентами и очищены с помощью биохимических методик, каждая стадия тестируется методом фиксации потенциала и так до получения чистой фракции каналов. Выяснилось, что молекулярная масса канала Mr составляет около 17 кДа. N-конец аминокислотной последовательности 17 КДа-белка сиквенирован, а затем в полной к настоящему времени базе данных генома E.coli проведен поиск гена, содержащего соответствующую последовательность нуклеотидов. Эта последовательность была обнаружена в гене, функция которого ранее не была известна. путем сложных молекулярно-биологических процедур ген был экспрессирован, а полученный белок встроен в фосфолипидные липосомы, которые, будучи локально фиксированы по потенциалу, продемонстрировали наличие механочувствительных каналов. Поскольку МчкВ удалось выделить и встроить в искусственные фосфолипидные липосомы, стало возможным детально изучить биофизические характеристики каналов. Как и большинство других мембранных каналов, они обладают различными состояниями проведения (рис. 5.2). Существует и строгая их зависимость от латерального натяжения мембраны. Зависимость вероятности открытого состояния канала от натяжения описывается крутой сигмовидной кривой. Данных об их ионной селективности нет, и это, вместе с большой проводимостью канала, предполагает наличие широкой водной поры

Изоляция белка МчкВ и идентификация соответствующего гена позволила молекулярным биологам определить их молекулярную структуру. Это - сравнительно небольшой белок из 136 аминокислотных остатков. Изучение аминокислотной последовательности показало, что на N-конце находится участок гидрофильных остатков, затем - сильно гидрофобных аминокислот (19 - 49), далее - еще один гидрофильный (50 - 69), второй гидрофобный сегмент (72 - 100) и, наконец, гидрофильная последовательность до С-конца. Тщательное изучение физико-химических характеристик полипептила показывает, что два гидрофобных сегмента образуют альфа-спирали (М1 и М2), пронизывающие мембрану. И N-, и C-концы локализованы внутриклеточно, и есть основания полагать, что существует короткий спиральный участок (S3) во внеклеточном сегменте между М1 и М2 (рис. 5.3а). По аналогии с другими потенциал-зависимыми каналами, такими, как Na+-канал, было сделано предположение, что участок S3 образует часть белка, выстилающую канал. Действительно, как мы увидим ниже, накапливаются данные исследований мутагенеза, подтверждающие такое предположение. Одиночный белок МчкВ не в состоянии сформировать канал с воротными свойствами, характерными для природного МчкВ. Работоспособный канал должен быть мультимерным комплексом. Это соответствует структуре многих других канальных белков (см. БАЗОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ). Хотя н екоторые дебаты на эту тему и продолжаются, общее мнение в настоящее время сводится к тому, что МчкВ состоит из шести субъединиц, сгруппированных вокруг центрального водного канала (рис. 5.3б). Когда мембрана подвергается механическому напряжению, субъединицы несколько удаляются друг от друга и канал, образуемый ими, открывается. Выделение белка МчкВ и его гена mscl открыло возможность генетических исследований структурно-функциональных продолжаются и сейчас получены некоторые интересные сведения. Один из аминокислотных остатков в "нижней части" периплазматической спирали S3 кажется особенно критичным. Это глютаминовый остаток в положении 56 (Q56)(см. рис. 5.3.а). Различные замещения аминокислотных остатков в этом положении значительно увеличивают время открытого состояния канала при данном значении механического напряжения. Некоторые замены, в частности замена в этом положении глютамина на пролин (принятое у молекулярных биологов обозначение - Q56Р), делает чувствительность канала к напряжению поверхности значительно ниже, чем та, которая требуется для его открывания. Замены в других частях цепи канального белка, хотя и не имеют таких драматических эффектов, однако изменяют его функцию интересным и наводящим на размышления образом. Продолжающиеся и сегодня генетические исследования структурно-функциональных взаимоотношений в конце концов приведет к пониманию организации механочувствительных каналов во всей полноте их молекулярных и даже атомарных деталей.

Интегрины представляют собой поверхностные гетеродимерные белки, которые обеспечивают адгезию клеток к компонентам внеклеточного матрикса и иногда к другим клеткам. Многие интегрины проявляют сродство к гликопротеидам и базальной мембраны, и внеклеточного матрикса. Утрата некоторых интегринов (при раке молочной железы, раке предстательной железы, раке толстой кишки) или их избыток (при меланоме, плоскоклеточном раке полости рта, носоглотки, гортани) сопряжены с высокой степенью злокачественности опухоли. Связывание интегринов с лигандами и сближение клеток необходимы для перестройки базальной мембраны, идущей при ангиогенезе. Взаимодействие интегринов с белками внеклеточного матрикса в некоторых случаях препятствует апоптозу. Так, клетки меланомы избегают апоптоза в дерме за счет связывания альфа(ню)-бета3-интегрина с коллагеном. Нейтрализация этого интегрина антителами, напротив, способствует апоптозу. Таким образом, информация, которую интегрины передают от внеклеточного матрикса внутрь клетки, в одних случаях стимулирует адгезию и миграцию опухолевых клеток, в других - приводит к их гибели. Иными словами, интегрины играют роль своеобразного "переключателя", определяющего дальнейшую судьбу опухолевой клетки.

Интегрины (Buck C.A., Horwitz A.F., 1987) - семейство родственных белков с М.м. 100-160 кД, способных узнавать в матриксных белках пептид RGD.

Это большое семейство трансмембранных линкерных белков, являющихся расположенными на клеточной поверхности рецепторами большинства белков внеклеточного матрикса, включая коллаген, фибронектин, витронектин, ламинин. Одновременное множественное, но слабое связывание интегринов со своими лигандами позволяет клеткам исследовать свое окружение, сохраняя способность двигаться, что было бы невозможно при слишком прочных взаимодействиях. Интегрины работают как рецепторы клеток и ЕСМ белков. Клеточное соединение с помощью интегринов быстрое - в течение минут (Giancotti F.G., ea, 1990).

Интегрины - это молекулы межклеточной адгезии, которые присутствуют на поверхности различных клеток, в том числе и лейкоцитов. Они участвуют в адгезии лейкоцитов к внеклеточному матриксу и к эндотелию. Все белки, входящие в это крупное семейство, состоят из двух нековалентно связанных полипептидых цепей (альфа и бета). Обе цепи пронизывают клеточную мембрану. Альфа цепь содержит 3 или 4 тандемных повтора мотива связывающего двухвалентные ионы и нуждаются в Mg и Ca для функционирования.Альфа цепи при связывании с бета цепью дают функциональный рецептор (Giancotti F.G., ea, 1990). Бета цепь имеет функциональное значение и интегрины классифицируются по ним. Так интегрины с бета 1 или бета 3 цепью преимущественно вовлечены во взаимодействие клетки - ЕСМ. Интегрины с бета 2 цепью преимущественно вовлечены во взаимодействие лейкоцитов между собой. Семейство интегринов делят на три основных подсемейства по типу бета-цепи (бета1, бета2 и бета3). Тип альфа-цепи не так важен для функциональной активности.

Интегрины бета1 участвуют, в основном, в связывании клеток со структурами внеклеточного матрикса; бета-цепь представляет собой маркер CD29.

Интегрины бета2 участвуют в адгезии лейкоцитов к эндотелию или другим клеткам иммунной системы; бета-цепь представляет собой маркер CD18.

Интегрины бета3 (цитоинтегрины) участвуют в слипании тромбоцитов с нейтрофилами в очагах воспаления или местах повреждения сосудов.

Из этой простой схемы есть несколько исключений и, кроме того, описаны дополнительные бета-цепи (например, бета7).

Каждая бета-цепь может ассоциировать с одной из различных альфа- цепей, в результате чего образуются различные молекулы адгезии.

Способность интегринов связываться со своими лигандами зависит от двухвалентных катионов.

К наиболее важным для миграции клеток относятся следующие интегрины.

VLA-1 (альфа1бета1) экспрессируется на T-клетках и фибробластах.

VLA-2 (альфа2бета1) экспрессируется на активированных T-клетках и тромбоцитах. Лигандом для этого интегрина является коллаген.

VLA-3 (альфа3бета1) экспрессируется на почках и щитовидной железе. Лиганды, с которыми связывается этот интегрин, - ламинин, коллаген, фибронектин.

VLA-4 (альфа4бета1) экспрессируется на лимфоцитах и некоторых типах фагоцитов. Лиганды: VCAM-1, фибронектин.

VLA-5 (альфа5бета1) экспрессируется на некоторых типах лейкоцитов и тромбоцитах. Лигандом является фибронектин.

VLA-6 (альфа6бета1) экспрессируется на многих типах клеток. Лиганд - ламинин.

LPAM-1 (альфа4бета7) экспрессируется на некоторых субпопуляциях T-клеток. Лиганды: MAdCAM-1 (VCAM-1).

LFA-1 (альфаLбета2) экспрессируется на большинстве типов лейкоцитов. Лиганды: ICAM-1, ICAM-2 (ICAM-3)

CR3 (альфаMбета2) экспрессируется на мононуклеарных фагоцитах, нейтрофилах. Лиганды: C3b, C4b, ICAM-1.

CR4 (альфаXбета2) экспрессируется на макрофагах. Лиганды C3b, C4b и, возможно, ICAM-1.

Многие из молекул лейкоцитарной поверхности, обеспечивающих взаимодействие с внеклеточным матриксом, входят в группу бета1- интегринов. Они названы "очень поздними антигенами" (very late antigens - VLA), поскольку впервые были идентифицированы на поверхности T-клеток в поздней стадии активации. Теперь все бета1-интегрины называют VLA, хотя большинство их присутствует не только на лимфоцитах. Эта группа включает рецепторы для коллагена, ламинина и фибронектина.

Альфа цепь содержит 3 или 4 тандемных повтора мотива связывающего двухвалентные ионы и нуждаются в Mg и Ca для функционирования.Альфа цепи при связывании с бета цепью дают функциональный рецептор (Giancotti F.G., ea, 1990). Бета цепь имеет функциональное значение и интегрины классифицируются по ним. Так интегрины с бета 1 или бета 3 цепью преимущественно вовлечены во взаимодействие клетки - ЕСМ. Интегрины с бета 2 цепью преимущественно вовлечены во взаимодействие лейкоцитов между собой.

К середине 90-х гг было известено 14 видов альфа субъединиц и 8 видов бета субъединиц, а также 20 из 112 теоретически возможных альфа/бета комбинаций. Каждая субъединица пронизывает мембрану один раз и, в основном, почти вся молекула находится вне клетки (за исключением бета 4). В цитоплазме находятся короткие хвосты, размером от 15 до 77 аминокислот, не обладающие какой-либо энзиматической активностью. Внутриклеточный домен многих интегринов взаимодействует с цитоскелетом, например, в фокальных контактах с актиновыми филаментами (Springer T.A., 1990, Giancotti F.G., ea, 1990).

В середине 90-х гг был известен 21 интегрин. Экспрессия индивидуального интегрина обуславливает определенные адгезионные свойства какой-либо группы клеток. Имеется по крайней мере 3 семейства интегринов;

первое семейство включает рецептор фибронектина (фибробласты) и еще 5 других белков.

второе- включает рецептор тромбоцитов IIбета/IIIальфа, связывающий некоторые компоненты матрикса, в том числе и фибриноген.

Третье семейство - это интегрины на поверхности лейкоцитов (LFA-1, Mac-1).

Клеточно-матриксные контакты образованные с помощью интегринов хорошо изучены в гладкомышечных клетках и в местах прикрепления культивируемых фибробластов к внеклеточному матриксу.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИЯ РЕЦЕПТОРОВ ТРОМБОЦИТОВ

Рецепторы тромбоцитов — гликопротеины мембраны, боль­шинство из которых относят к семейству так называемых интегринов. Интегрины — гетеродимерные молекулы, состоящие из семейства а- и р-субъединиц, различные комбинации которых и служат специфическими рецепторами для различных лигандов. Интегрины находят на поверхностях практически всех клеток, они участвуют во многих физиологических реакциях. Извест­но несколько интегринов, участвующих в адгезии тромбоцитов: гликопротеин I_a/II_a (ct₂Pi) — основной рецептор для коллагена, гликопротеин I_c/II_a («5Р1) — для фибронектина, o^Pi — рецептор для ламинина, сс5р3 — рецептор для витронектина. Последний ре; цептор способен узнавать и другие лиганды: фибриноген, фФВ, связывающиеся и с рецептором Пь/Ш_а. Известно несколько ре­цепторов, по структуре не относящихся к интегринам, участву­ющих в адгезии тромбоцитов: гликопротеин IV — рецептор для коллагена и тромбоспондина, а также гликопротеин 1^, связыва­ющий фФВ.

Таким образом, за процесс адгезии тромбоцитов ответственно несколько рецепторов мембраны тромбоцитов, среди которых есть представители семейства интегринов и других семейств. Однако основной рецептор, узнающий наибольшее количество лигандов, а именно фибриноген, фибронектин, фФВ и витро-нектин и участвующий в процессе агрегации, — гликопротеин Пь/Ша («2Р3) поверхностной мембраны тромбоцитов.

Нь/Ша-рецептор тромбоцитов — типичный представитель семейства интегринов. Его а-субъединица, или гликопротеин lit, (молекулярная масса 36 кД), состоит из тяжелой и легкой цепей. Легкая цепь имеет короткий цитоплазматический хвост, транс­мембранную часть и короткий внеклеточный домен. Тяжелая цепь расположена снаружи клетки. р-Субъединица, или глико­протеин Ш_а (молекулярная масса 92 кД), состоит из единствен­ного полипептида (762 аминокислоты) с коротким цитоплаз­матический хвостом, трансмембранной частью и большим вне­клеточным доменом. Субъединицы нековалентно связаны друг с другом, для сохранения гетеродимерной структуры необхо­дим кальций. Пь/Ша-рецепторы наиболее распространены, на поверхности одного тромбоцита содержится примерно 50000 ре­цепторов. Щ/Ша-рецепторы тромбоцитов изучены в наиболь­шей степени благодаря проведению исследований по изучению тромбастении Глянцмана — врожденной патологии, связанной с отсутствием или резким снижением количества Пь/Ша-рецеп-торов. Исследования крови больных с тромбастенией Глянцмана показали, что 11ь/1Н_а-рецепторы способны связываться не только с фибриногеном и тем самым осуществлять процесс агрегации тромбоцитов, но и с другими адгезивными гликопротеинами: фибронектином, фФВ, витронектином, в большей степени отве­чающими за адгезию тромбоцитов к субэндотелиальным струк­турам.

Механизм действия 11ь/Ш_а-рецептора заключается в его спо­собности узнавать 2 характерные аминокислотные последова­тельности. Первая состоит из аминокислот Arg-Gly-Asp, она об­наружена в фибронектине, фФВ, витронектине, а также и в а-це-пях молекул фибриногена, причем на каждую половину молеку­лы фибриногена приходится по 2 ключевые последовательности Arg-Gly-Asp. Следует подчеркнуть, что ключевая последова­тельность Arg-Gly-Asp узнаваема большинством представите­лей семейства интегринов. Тонкие механизмы взаимодействия Пь/П1_а-рецепторов с адгезивными молекулами до конца не изуче­ны, но очевидно, что пептиды или мелкие молекулы, содержащие ключевую последовательность аминокислот Arg-Gly-Asp, могут быть потенциальными ингибиторами взаимодействия Пь/Ш_а-ре-цепторов тромбоцитов с фибриногеном.

Вторая цепочка аминокислот, узнаваемая II_b/III_a-рецептора­ми тромбоцитов, — Lys-Gln-Ala-Gly-Asp-Val. Она находится в карбоксильном конце у-цепей фибриногена. В отличие от це-«почки Arg-Gly-Asp цепочку Lys-Gln-Ala-Gly-Asp-Val обна-* ружили только в молекуле фибриногена и, вероятно, именно* в этом месте фибриноген связывается с Пь/Ша-рецепторами тромбоцитов. Взаимосвязь между 2 цепочками до конца не яс-1 на. Показано, что пептиды из у-цепей фибриногена ингибируюч! связывание фибронектина и фФВ с тромбоцитами. Это может быть связано с тем, что места на 11ь/1П_а-рецепторах, узнающие как первую, так и вторую цепочку, частично перекрываются, или] же с аллостерическим взаимодействием участков рецепторов^ узнающих 2 упомянутые цепочки аминокислот. Предполагают, что обе цепочки аминокислот взаимодействуют с несколькими участками 11ь/Ш_а-рецептора.

5.2.Адгезивные белки межклеточного матрикса. Фибронектин. Ламилин.

Белки матрикса: Структурные: коллаген, эластин

Адгезивные: фибронектин, ламинин

Матриксные металлопротеиназы

гемонектин и различные протеогликаны

Участвуют в организации внеклеточного матрикса и в процессе прикрепления клеток к матриксу.

Фибронектин, помимо его роли в адгезии клеток к матриксу, направляет миграцию клеток в эмбрионах позвоночных. Вероятно, фибронектин способствует миграциям клеток, помогая им прикрепляться к матриксу. Адгезивный белок тенасцин, распространенный в матриксе эмбриональных тканей.

Белки внеклеточного матрикса могут также сами служить молекулами адгезии.

См. Белки внеклеточного матрикса: повышенный синтез и патологии почек

Белки Ena/VASP в клеточной или клеточно-матриксной адгезии

Фибронектин - это гликопротеид клеточных мембран, который обеспечивает адгезию грамположительной микрофлоры ротоглотки на эпителиальных клетках. По мере его разрушения на поверхности эпителия обнажаются рецепторы к грамотрицательным аэробным палочкам.

Адгезивные белки внеклеточного матрикса, к которым относится фибронектин, обычно содержат домены со специфическими сайтами связывания с другими макромолекулами матрикса, а также рецепторами на клеточной поверхности. Фибронектин - гликопротеин, димер из двух неидентичных субъединиц, соединенных парой дисульфидных связей. Каждая субъединица содержит функционально определенные стержнеобразные домены, которые, в свою очередь, содержат определенные повторы, обычно кодируемые отдельным экзоном.

Существуют множественные формы фибронектинов, кодируемые одним геном. Ген фибронектина, вероятно, возник в результате множественных дупликаций экзонов

На ранних этапах развития базальная мембрана состоит в основном из сети ламинина и не содержит (или содержит мало) коллагена типа IV. Ламинин, адгезивный гликопротеин - большой (молекулярная масса 850000) гибкий комплекс из длинных полипептидных цепей (А, B1, B2), ассоциированных в форме асимметричного креста и удерживаемых вместе при помощи дисульфидных связей. Содержит несколько функциональных доменов: связывающиеся с коллагеном типа IV, с гепаран сульфатом, с энтактином, c рецепторами ламинина на клеточной поверхности.

Ламининовые пептиды (Laminin Peptides) H-Cys-Ser-Arg-Ala-Arg-Lys-Gln-Ala-Ala-Ser-Ile-Lys-Val-Ala- Val-Ser-Ala-Asp-Arg-OH MW 2017,4

Пептид соответствует участку 2091-2108 A-цепи 6елка ламинина (включая N-концевой Cys). Опосредует прикрепления клеток к матриксу. Подобно ламинину, стимулирует рост нейрональных отростков (Sefel G. et al., 1989, Kanemoto T. et al., 1990).

H-Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg-NH2 MW 593,7

Фрагмент, соответствующий последовательности 929-933 домена III В1-цепи ламинина. Минимальный пептидный участок, необходимый для связи с рецептором ламинина и ответственный за прикрепление клеток. При конкуренции с ламинином за связывание с рецептором клеточной поверхности, этот пентапептид ингибирует прикрепление клеток к базальной мембране; предупреждает образование метастазов, способствует миграции клеток

Фибронектин, компонент ЕСМ (внеклеточный матрикс) вовлечен в связывание со стромой в TBMC (Zuckerman K.S., ea, 1985, Bentley S.A., ea, 1983).

Гемопоэтические клетки синтезируют, выделяют и связывают фибронектин. (Zuckerman K.S., ea, 1983).

В работах Patel (Patel V.P., ea, 1984, Patel V.P., ea, 1985, Patel V.P., ea, 1986, Patel V.P., ea, 1987) изучалось связывание фибронектина с предшественниками зритроидных клеток в процессе развития.

В этих работах впервые было показано, что не индуцированные MEL клетки специфически связываются с фибронектином и что индукция дифференцировки резко уменьшает связывание фибронектина. Можно предположить, что освобождение ретикулоцитов может быть вызвано модификацией сайтов связывания фибронектина на поверхности клеток (Patel V.P., ea, 1984).

Показано, что в процессе созревания ретикулоциты теряют способность к связываннию фибронектина (Patel V.P., ea, 1985).

(Patel V.P., ea, 1986) идентифицировали рецептор фибронектина на поверхности MEL клеток.

Фибронектин необходим для дифференцировки MEL клеток в ретикулоциты (Patel V.P., ea, 1987). Фибронектин способен также связывать предшественники лимфоидных клеток и клетки других фенотипов (Bernardi P., ea, 1987, Giancotti F.G., ea, 1986).

Клетки лимфоидных линий связываются с двумя сайтами фибронектина, один из которых содержит RGD последовательность, а другой на С конце и содержит сайт высокой афинности для связывания гепарана (Bernardi P., ea, 1987).

Фибронектин вовлечен в процессы взаимодействия гемопоэтических клеток человека (Long M.W., ea, 1990, Coulombel L., ea, 1988, Tsai S., ea, 1986, Tsai S., ea, 1987) и мыши (Bentley S.A., ea, 1983).

Эритроидные бурст колонии образуют клетки (BFC-E) ассоциированные с клетками стромы. Они развиваются в ассоциации с фибробластами (Tsai S., ea, 1986) и эта связь нарушается антителами к фибронектину (Tsai S., ea, 1987).

Адгезия клеток-предшественников лишь частично ингибируется антителами к фибронектину (Coulombel L., ea, 1988), что подтверждает идею о том, что и другие компоненты матрикса вовлечены в адгезивный процесс.

Множественные формы образуются в результате альтернативного сплайсинга одной молекулы РНК. Одна из форм - фибронектин плазменный - растворим, циркулирует в крови. Все другие формы собираются на поверхности клеток в фибронектиновые филаменты, откладывающиеся во внеклеточный матрикс. У человека образуется около 20 различных мРНК фибронектина, каждые из которых кодируют чем-то различающиеся субъединицы, в составе которых имеются домены, отвечающие за связывание с различными макромолекулами внеклеточного матрикса, (например, коллагена, гепарина), а также со специфическими рецепторами на поверхности различных типов клеток (основным элементом рецепторо-связывающих повторов является RGD-последовательность.

Альтернативный сплайсинг, предположительно, позволяет клетке также образовывать наиболее подходжящую для нужд данной ткани и данного этапа развития форму фибронектина

Нектофибрины (Nectofibrin Peptides)

H-Gly-Ala-Val-Ser-Thr-Ala-OH /человек/

H-The-Val-Pro-Thr-Ala-OH /крыса/

"Антифибронектиновые" пептиды. Структура "считана" с комплементарного участка ДНК, соответствующего домену фибронектина, ответственного за связывание клетки. При взаимодействии нектофибрина с участком Arg-Gly-Asp-Ser- оба пептида эффективно тормозят связывание фибронектина с рецептором. Антитела против нектофибрина могут служить средством распознавания рецептора фибронектина

Пептид, ингибирующий связывание фибриногена

(Fibrinigen-Binding Inhibitor Peptide)

H-His-His-Leu-Gly-Gly-Ala-Lys-Gln-Ala-Gly-Asp-Val-OH

Синтетический пептид; соответствует участку гамма-цепи фибриногена человека (последовательность 400-411) специфического узнавания рецептора тромбоцита. Сильный ингибитор связывания фибриногена, фибронектина, фактора Виллебрандта с тромбоцитами, активированными тромбином или АДФ (Timmons S. et al., 1984, Ferrell J. & Martin G., 1989).

Дистрофин и ламинин - составные части большого дистрофин-гликопротеидного комплекса

Дистрофин в больших количествах находится в области сарколеммы, поддерживая целостность мембраны. Структурные изменения в сарколемме приводят к дегенерации цитоплазматических компонентов, усиленному входу ионов калия внутрь волокон, что вызывает гибель миофибрилл.

Причиной миопатии Дюшенна является дефект дистрофина - белка с молекулярной массой 427000, находящегося на внутренней поверхности сарколеммы. Дистрофин - составная часть большого дистрофин-гликопротеидного комплекса, состоящего из многих белков и связывающего внутриклеточный актин с ламинином внеклеточного матрикса (рис. 383.1). Для понимания патогенеза миопатии компоненты этого комплекса можно разделить на 3 группы.

Первая группа включает в себя дистрофин, а также альфа- и бета- дистрогликаны. Дистрофин N-концом связан с F-актином, а карбоксильным концом - с бета-дистрогликаном. В свою очередь, бета-дистрогликан связывается с внеклеточным гликопротеидом альфа-дистрогликаном. В базальной мембране альфа-дистрогликан связан с ламинином альфа2.

Вторая группа объединяет четыре саркогликана: альфа-саркогликан (прежнее название "адгалин"), бета-саркогликан (прежнее название "A3b"), гамма-саркогликан и дельта-саркогликан.

В третью группу входит ламинин - компонент базальной мембраны; ламинин скелетных мышц называют ламинином-2. Молекула ламинина имеет гетеротримерную крестовидную структуру с одной тяжелой альфа-цепью и двумя легкими цепями - бета1 и гамма1. Альфа-цепь ламинина скелетных мышц называют ламинином альфа2. Функции отдельных компонентов этого комплекса еще не вполне изучены, но в целом он, видимо, играет роль в укреплении сарколеммы.

Ген дистрофина - один из самых крупных идентифицированных генов человека, его длина - 2 млн нуклеотидов. Он находится в сегменте Хр21. В настоящее время известные мутации удается выявить примерно у двух третей больных миопатией Дюшенна. Делеции располагаются по длине гена неравномерно, чаще в его начале (5'-концевая область) и в середине. Течение болезни не зависит от размера делеции. Реже встречаются дупликации гена и точечные мутации.

5.3.Структурные белки межклеточного матрикса. Коллаген. Эластин.

Значительную часть объема тканей занимает внеклеточное пространство, заполненное сложной сетью макромолекул, образующих внеклеточный матрикс. В соединительных тканях внеклеточный матрикс часто более обилен, чем окружаемые им клетки, и определяет физические свойства ткани. В промежутке между эпителиальными и соединительными тканями матрикс образует базальную мембрану - тонкую, но жесткую подстилку, играющую важную роль в контролировании клеточного поведения.

Протеогликаны и гликозаминогликаны во внеклеточном матриксе агрегируют друг с другом с образованием гигантских полимерных комплексов (например, протеогликан хряща аггрекан соединяется через связующие белки семейства гиаладгеринов с гиалуронаном; агрегат содержит одну молекулу гиалуронана и примерно 100 молекул аггрекана, рис. 12-59). GAG и протеогликаны, помимо ассоциации друг с другом, связываются также с фибриллярными белками матрикса (например, протеогликан декорин - с коллагеновыми фибриллами) и с ячеистой белковой сетью внеклеточного матрикса, такой как базальная мембрана

В дополнение к возможной роли белков Ena/VASP в сборке актина, существуют свидетельства в пользу того, что они могут участвовать в клеточной или клеточно-матриксной адгезии. Белки Ena/VASP локализуются в местах адгезии, а также в цитоплазме и на растущих полюсах клеток. В кератиноцитах VASP и Mena обнаружены в клеточных контактах и предположительно действуют в качестве преобладающего негативного регулятора установления контакта (Vasuokhin и др., 2000).

Вероятно, VASP и Mena содействуют сборке актина в контактах, поскольку авторы наблюдали "выпячивания" филлоподий между соседними клетками при установлении контакта. Предыдущие исследования с использованием VASP мыши показали сокращение ингибирования cAMP и cGMP индуцируемой коллагеном аггрегации тромбоцитов и возрастание активации альфаIIbбета3-интегрином.

Это предполагает наличие негативной регуляторной функции VASP при адгезии тромбоцитов. Разумеется, между Ena/VASP и адгезией существует некоторая связь, зависящая, однако, от типа клеток и ситуации.

(Белки дрозофилы Ena и их гомологи у млекопитающих составляют семейство Ena/VASP. Члены этого семейства обладают сходными мотивами последовательности (Рис 1), включая N-концевой домен EVH1, связывающийся с белками, обладающими консенсусом D/EFPPPPXD и осуществляющий связь белков-представителей семейства с основными мишенями (Niebuhr и др., 1997). Незначительная часть представителей семейства Ena/VASP более разнородна, причем Ena более богаты глутамином, а гомологи у млекопитающих содержат сайты cAMP- и cGMP-зависимых протеинкиназ. Близ С-конца всех представителей семейства Ena/VASP находится обогащенная пролином последовательность, связывающаяся с белком цитоскелета профилином, белками, содержащими домены SH3 и домены WW.В удалении от С-конца расположен домен EVH2, связывающийся с F- актином in vitro и также могущий способствовать полимеризации (Рис 1, а также Lanier и Gertler, 2000). Белки семейства Ena/VASP были выявлены во множестве различных систем и, как предполагается, играют универсальную роль в управлении клеточной подвижностью и динамикой актина. Белки Ena ("Enabled") были первоначально обнаружены как генетический супрессор мутаций гена Abl (Abelson) - тирозинкиназы дрозофилы. У млекопитающих присутствуют родственные Ena белки, в том числе и VASP (" vasodilator-stimulated phosphoprotein " - "фосфорилированный белок, стимулируемый расширителями сосудов), EVL (Ena-VASP-подобные), Mena, а также Mena+, Mena++, Mena+++ (три возможных варианта сплайсинга белка Mena, Gertler и др., 1996).

VASP белок, принимает участие в регуляции активации тромбоцитов. Активация тромбоцитов ингибируется простагландинами и донорами NO, которые повышают уровень cAMP или cGMP. VASP фосфорилируется в тромбоцитах в ответ на повышение уровеня cAMP или cGMP и это коррелирует с ингибированием активации тромбоцитов. VASP ассоциирован с микротрубочками и связывается с винкулином

Филоподии, индуцированные контролируемым подсоединением Cdc42 к мембране [ Castellano, ea 1999 ], подсоединяли VASP см. обзор [ Holt, ea 1998 ]). Обнаружение VASP в этих структурах особенно интересно из-за демонстрации роли VASP в направленной подвижности Listeria в цитоплазматических экстрактах [ Lament, ea 1999 ]. Когда VASP удалялся из экстрактов, вокруг бактерий формировались диффузные актиновые облака, но хвосты не образовывались. Добавление VASP или других белков семейства VASP к обедненным экстрактам восстанавливало формирование хвостов и подвижность бактерий. Исследование молекулярных взаимодействий VASP показало, что N-концевой EVH1 домен VASP (Ena/VASP homology) стабильно связывает бактериальный ActA белок, а C-концевой EVH2 домен связывает актиновые филаменты более слабо. Авторы предложили модель, согласно которой VASP работает как скользящий молекулярный мостик между бактериальной стенкой и растущим (+)-концом актинового филамента. Этот механизм допускает разветвленную полимеризацию актина но предполагает структурные ограничения на положение и ориентацию растущих (+)-концов.

Похоже что VASP играет такую же роль в клетках, но использует другие компоненты для привязывания (+)-концов к мембране. Кандидатом в такие компоненты является зиксин (Zyxin), поскольку VASP взаимодействует с самим зиксином и зиксино-подобной пролин-богатой областью ActA (см. обзор [ Beckerle, ea 1998 ]). Более того, наблюдается обогащение зиксином концов филоподий индуцированных Cdc42 на мембранах [ Castellano,1999 ].

Было установлено, что белки Rho-семейства, Cdc42 и Rac, работают как сигналы при образовании филоподий и ламеллоподий соответственно [ Hall, ea 1998 ]. В экстрактах, Cdc42 в комбинации GTPS индуцирует полимеризацию актина [ Zigmond, ea 1997, Zigmond, ea 1998, Ma, ea 1998, Ma, ea 1998a, Mullins, ea 1999 ].

Белки семейства WASP обеспечивают потенциальную связь между этими сигнальными молекулами и актиновым цитоскелетом [ Bi, ea 1999, O'Sullivan, ea 1999, Ramesh, ea 1999 ]. Генетические данные показывают, что N-концы WASP и N-WASP включают места присоединения для малых GTPаз (GBD/CRIB домены) и фосфоинозитидов (РН-домены) и могут прямо связывать Cdc42 и, менее интенсивно, Rac [ Aspenstrom, ea 1996, Symons. ea 1996 ].

Структурная организация белков семейства WASP показывает возможный механизм их регуляции при помощи Cdc42. Высококислотный домен VCA у N-WASP является более сильным стимулятором комплекса Arp2/3 чем белок полной длины [ Rohatgi, ea 1999 ], возможно вследствие автоингибиторного межмолекулярного взаимодействия между ним и основной областью на N-конце с доменом GBD/GRIB. При связывании с Cdc42 это взаимодействие разрушается и высвобождается VCA домен, что приводит к активации N-WASP [ Miki, ea 1998 ]. N-WASP может регулироваться PI(4,5)P2

Дальнейшие сигнальные пути всех белков семейства WASP оказываются различными.

Было показано, что N-WASP, но не WASP является Cdc42 зависимым эффектором для формирования филоподий [ Miki, 1998, Suetsugu, ea 1998 ].

WASP может действовать в линиях клеток гематопоэтического происхождения (кроветворных клеток) в формировании поверхностных структур в Т-клетках [ Kirchhausen, ea 1996 ] и в направленной подвижности макрофагов [ Zicha, ea 1998 ].

Дрожжевые Bee1p, несмотря на их общую схожесть с WASP, не содержат доменов GBD/GRIB [ Li. ea 1997 ] и поэтому должны регулироваться по иному. Bee1p дрожжей важен для формирования актиновых пэтчей.

Передвижение клеток осуществляется за счет протрузии ведущего края клеточной мембраны, координированного с перемещением тела клетки, и зависит от механизма работы цитоплазматических структур, способных реагировать на сигналы от внешнего мира. Протрузия, как теперь стало ясно, является следствием полимеризации актина [ Carlier, ea 1998, Machesky, ea 1997, Mogilner, ea 1996 ] и было показано что GTP-азы семейства Rho являются промежуточными звеньями для передачи сигналов от мембранных рецепторов (см. Обзор [ Hall, ea 1998 ]). Однако основной пробел в понимании регулируемой подвижности был заключен в непонимании связи между сигнальными путями и собственно механизмом подвижности. Структурные, биохимические и генетические исследования помогли идентифицировать некоторые отсутствовавшие связи и позволили получить обоснованную рабочую модель, описывающую пути распространения и механизмы передачи и декодировки сигналов управляющих передвижением клеток.)

Матриксные металлопротеиназы (MMP) - семейство внеклеточных, цинк- содержащих протеиназ. Члены этого семейства вовлечены в контроль роста злокачественных новообразований через метастазирование [ Matrisian, ea 1999 ] и ангиогенез [ Liotta, ea 1991, Bergers, ea 1999 ]. MMP синтезируются в виде неактивных проферментов и активируются после отщепления пропептида. Активность MMP в клетке регулируется на разных уровнях, включая транскрипцию, активацию белка и взаимодействие с эндогенными ингибиторами такими как тканевые ингибиторы металлопротеиназ (TIMP) [ Kleiner, ea 1999 ].

К настоящему времени описано около 30 MMP. Традиционно MMP классифицируются по субстратной специфичности.

За способность этих ферментов специфически гидролизовать все основные белки матрикса они были названы матриксными металлопротеиназами или матриксинами [ Woessner J.F., 1991 ]. Матриксные металлопротеиназы (MMP) играют центральную роль в обмене белков соединительной ткани, в процессах нормального развития матрикса, при онкогенной трансформации клеток, при ангиогенезе и патологии. Семейство белков MMP, или матриксины, относятся к надсемейству цинковых металлопротеиназ.

ММP синтезируются и секретируются целым рядом клеток:, резорбция и ремоделирование тканей, миграция, адгезия, дифференцировка и пролиферация клеток, а также при патологических состояниях (ревматоидный артрит, гломерулонефрит, пародонтиты, изъязвление роговой оболочки глаз и др.). Особое место отводится ММP в генерализации процессов инвазии и метастазирования опухолей

Важный компонент базальной мембраны и соединительной ткани - коллаген. Этот белок, состоящий из свернутых в спираль трех полипептидных цепей, формирует решетчатую структуру внеклеточного матрикса. В соединительной ткани преобладает коллаген I и III типов, а в базальной мембране - коллаген IV и V типов. Именно коллаген служит главным препятствием инвазивному росту, и для распространения опухолевых клеток он должен быть разрушен. Расщепление коллагена осуществляют матриксные металлопротеиназы, специфичные для каждого типа коллагена. Синтез и расщепление коллагена происходят и в норме.

Как и можно было ожидать в случае такой древней и вездесущей молекулы, коллаген присутствует во множестве различных вариантов (по крайней мере - 19). К счастью, все они имеют множество общих важных черт - состоят из цепочек аминокислот, но с поразительно малым количеством различающихся остатков. Глицин - каждый третий остаток, пролин и оксипролин также очень распространены. Такой незатейливый состав навязан коллагену его вторичной структурой. Аминокислотные цепочки коллагена обернуты друг вокруг друга и образуют "трехволоконный канат", где отдельные "волокна" связаны между собой водородными связями. Такая пространственная структура возможна, только если аминокислотная последовательность строго соблюдается. В результате образуется трехволоконная фиброзная молекула - тропоколлаген, обладающая большой прочностью на растяжение. Это название происходит от "тропос" - обращенный внутрь из-за того, что коллагеновые волокна соединительных тканей, включая роговицу, выстланы тропоколлагеновыми молекулами, соединенными "конец в конец" и бок о бок - в шахматном порядке (рис. 15.11). Гидрокисльные группы некоторых остатков лизина и оксилизина окислены, и это позволяет установить связи между соседними молекулами тропоколлагена. Таким образом формируется жесткое нерастяжимое волокно. Показано, что фибробласты синтезируют молекулы тропоколлагена и выбрасывают их в матрикс, и только здесь происходит сборка коллагеновых волокон (рис. 15.11).

По определению коллагены это белки, которые:

a) содержат несколько повторов аминокислотной последовательности -Gly-X-Y-, в X-положении которой чаще всего расположен пролин, а в Y-положении - 4- гидроксипролин;

b) могут состоять из трех цепей с повторяющимися последовательностями, обладающими способностью к сворачиванию в характерную тройную спираль. По меньшей мере 19 белков и более 30 генных продуктов определены в настоящее время как принадлежащие к коллагенам. 10 "дополнительных" белков содержат коллагеноподобные домены.

Количество классифицированных в пределах данного суперсемейства белков быстро увеличивается. Большинство коллагенов образует внеклеточные фибриллы, другие же образуют сетеподобные структуры. Остальные связываются с поверхностями коллагеновых фибрилл, образуют "бусоподобные" филаменты, функционируют в качестве заякоривающих фибрилл кожи, а также трансмембранных белков.

Экзон-интронная структура большинства коллагеновых генов сложна, большинство генов широко распространены в геноме, однако, три пары генов локализованы в уникальной позиции "голова к голове" с перекрывающимися промоторами.

Клонированы некоторые из восьми высокоспецифичных посттрансляционных ферментов, участвующих в биосинтезе коллагена. Бета-субъединица пролил-4-гидроксилазы идентична ферменту дисульфидизомеразе белков и, вероятно, обладает несколькими другими характерными функциями.

Эксперименты с рекомбинантными проколлагенами, представляющими собою растворимые предшественники фибриллообразующих коллагенов подтвердили первоначальные предположения о самоорганизации коллагенов в фибриллы согласно классическому механизму нуклеации и расширения. Результаты также показали, что различий первичных структур двух наиболее широко распространенных фибриллообразующих коллагенов (типы I и II) достаточно для объяснения многих характерных морфологических различий между двумя указанными видами фибрилл.

Значительный интерес представляет способность участвующих в биосинтезе коллагена уникальных посттрансляционных ферментов предоставлять мишени для специфического ингибирования избыточного накопления коллагеновых фибрилл, происходящего в рубцах, а также при фиброзной реакции на повреждение, наблюдаемой в большинстве тканей. Ингибирование пролил-4-гидроксилазы и проколлаген-C-протеиназы являются, вероятно, наиболее перспективными направлениями.

Важная роль коллагенов в биологии продемонстрирована результатами, показавшими, что более 400 мутаций по коллагенам 6-ти различных типов вызывают множество заболеваний человека.

Мутации генов коллагена I-го типа приводят к возникновению дефектов кости и родственных ей тканей; от летальных форм osteogenesis imperfecta до остеопороза.

Мутации гена коллагена II-го типа могут приводить к заболеваниям хряща, варьирующих от хондродисплазии до выявляемого на ранних стадиях остеоартрита.

Мутации гена коллагена X-го типа, экспрессируемого в гипертрофированных хондроцитах, также приводят к возникновению хондродисплазий, гены двух дополнительных коллагенов хряща также связаны с возникновением данного фенотипа.

Мутации коллагена III-го типа приводят к дефектам строения кровеносных сосудов и других тканей; от тяжелых форм синдрома Элерса-Данлоса до обычных аневризмов аорты. Мутации нескольких полипептидных цепей коллагенов базальных мембран (IV-го типа) приводят к возникновению заболевания почек, известного как синдром Алпорта, могущего быть ассоциированным с диффузным лейомиоматозом пищевода.

Мутации образующего заякоривающие фибриллы базальных мембран коллагена VII-го типа вызывают образование множества волдырей и рубцевание кожи.

Мутации по коллагенам других типов также, по-видимому, приводят к возникновению заболеваний человека, однако, доподлинно известно, что некоторые заболевания со сходными фенотипами сцеплены с неколлагеновыми генами.

Эксперименты с трансгенными мышами особенно важны для определения структуры и функции коллагенов, поскольку данные белки являются большими, нерастворимыми и трудно поддающимися функциональному тесту. В дополнение к этому трансгенные мыши оказались полезными при демонстрации последствий патологических мутаций генов коллагенов, поскольку мутации влияют на множество тканей, не подлежащих должному исследованию у пациентов. Эксперименты с мутантными генами коллагена I-го типа воспроизводили фенотипы osteogenesis imperfecta и остеопороза. Эксперименты с мутантными генами коллагена II-го типа воспроизводили фенотипы тяжелых форм хондродисплазий и остеоартрита. Аналогичные эксперименты с геном коллагена III-го типа воспроизводили лишь сглаженные фенотипические проявления. Эксперименты с геном коллагена IX- го типа воспроизводили возникающий на ранних стадиях развития остеоартрит. Эксперименты с доминантным негативным вариантом гена коллагена X-го типа приводили к возникновению фенотипа специфической хондродисплазии, однако, эксперимент по "выключению" того же гена не дал ярко выраженного фенотипического проявления.

При исследовании возможностей генной терапии было показано, что олигонуклеотиды обладают способностью к частичному ингибированию экспрессии коллагеновых генов в культуре клеток. В постоянных экспериментах по трансфекции клеток было обнаружено, что гибридный ген, содержащий 5'-фрагмент гена коллагена I-го типа, с высокой внедрялся в обе аллели нормального локуса данного гена. Результаты предполагают возможность направленной инсерции экзогенных генов в предварительно определенные локусы генов коллагенов. Фенотип тяжелой формы osteogenesis imperfecta у экспрессирующих мутантный ген коллагена I-го типа трансгенных мышей частично сохранялся при скрещивании данных мышей с другими трансгенными мышами, экспрессирующими антисенс-вариант того же человеческого гена.

Эласти н первоначально синтезируется как растворимый полипетид - тропоэластин с молекулярной массой 72 kD. Эластин в большом количестве содержит глицин, пролин и другие гидрофобные аминокислоты. На основе эластина формируются волокна эластиновые.

Волокна эластина состоят из 2 отдельных компонентов, в преобладающем количестве из аморфного компонента - эластина и микрофибриллярного компонента, состоящего из белка - фибриллина. Индивидуальные эластиновые молекулы выстраиваются на подмостье или каркасе микрофибрилл из фибриллина. Выравнивание эластиновых молекул стабилизируется формированием межмолекулярных лизиновых сшивок, так называемых десмосинов (desmosines), обусловливающих нерастворимость эластина. Связывание индивидуальных полипептидных цепей десмосинами формирует резиноподобную сеть. Гидрофобные области цепей эластина между сшивками (десмосинами) высоко мобильны. Образование десмосимов инициируется окислительным деаминированием центральных лизиновых остатков медь-зависимой лизиловой оксидазой.

Кроме эндотелия, во всех сосудах, за исключением капилляров, имеются эластиновые волокна, коллагеновые волокна и гладкомышечные волокна, количество которых различается в разных сосудах

Эластичные нити покрыты микрофибриллами внеклеточного матрикса, а их сердцевина состоит из основного компонента эластичных нитей - гидрофобного белок эластина, богатого остатками пролина и глицина. Секретируемые молекулы эластина собираются в эластичные нити во внеклеточном пространстве вблизи от клеточной поверхности. После секреции между молекулами эластина (между остатками лизина) в большом количестве образуются ковалентные поперечные связи, что приводит к формированию обширной сети нитей.

Представления о конформации молекул эластина в эластичных нитях спорны. Согласно одной из точек зрения молекула эластина имеет структуру неплотной беспорядочной спирали. Полагают, что такая структура молекул, поперечно-связанных в сеть эластичной нити, придает нити свойство растягиваться и сокращаться подобно резиновому стержню

5.4.Гликозаминогликаны межклеточного матрикса. Структура и классификация.

Желеобразная консистенция основного вещества объясняется его составом. Основное вещество - это сильно гидратированный гель, который образован высокомолекулярными соединениями, составляющими до 30 % массы межклеточного вещества. Оставшиеся 70 % - это вода.

Высокомолекулярные компоненты представлены белками и углеводами. Углеводы по своему строению являются гетерополисахаридами - глюкозоаминогликаны (ГАГ). Эти гетерополисахариды построены из дисахаридных единиц, которые и являются их мономерами.