Знание-сила, 2001 №07 (889)

Юрий Ровенский

Клетки-домоседы и клетки-путешественники. – «Внеклеточный матрикс» – гибкий костяк ткани. – «Самоубийство» клетки – гибель одной клетки спасает клеточное сообщество в целом. – Особая форма перемещающихся клеток – веерообразный передний конец и вытянутый хвост

Большинство клеток нашего организма выполняет свои функции, находясь на определенном месте, в том или ином органе. То есть каждая клетка знает, где должна находиться. Но так было не всегда. Когда развивался эмбрион, клетки разных типов до поры до времени свободно перемещались, отыскивая те генетически запрограммированные участки, где должно было начаться формирование зачатков различных тканей и органов. Достигнув этих участков, мигрирующие клетки из бродяг превращались в домоседок, включаясь в определенную ткань или орган. Так строился организм.

В органах и тканях клетки сцепляются друг с другом, но не только. Они держатся еще за «внеклеточный матрикс», который состоит из макромолекул белков и мукополисахаридов. Белки образуют волокна, а переплетенные цепи мукополисахаридов – гидратированный гель, в который эти волокна погружены. Эти вешества создаются самими клетками – они, можно сказать, «своими руками» выстраивают тот тяж, за который будут потом держаться.

Контакты клеток друг с другом и с внеклеточным матриксом – это не только механические связи, но и «провода». По ним распространяются сигналы, которые регулируют размножение клеток и их работу. Кроме того, через проницаемые межклеточные контакты клетки обмениваются ионами и небольшими молекулами, осуществляя нечто вроде натурального хозяйства – «метаболическую кооперацию». Все это превращает клеточное сообщество данного органа или ткани в хорошо организованную систему, работающую как целое.

Функционирование отдельных клеток при этом подчиняется общей программе. Пример такого подчинения – «самоубийство» клеток, у которых в результате мутаций возникли неустранимые повреждения в генетическом аппарате. При дальнейшем размножении таких клеток генетические повреждения воспроизводились бы в их потомстве и в популяции накапливались бы больные клетки. Поэтому в поврежденных клетках включается специальная генетическая программа, которая приводит к их смерти. Этот альтруистический суицид (он именуется апоптозом) ценой гибели отдельных клеток спасает клеточное сообщество в целом. Такова клеточная жизнь.

Подавляющее большинство клеток взрослого организма пребывает в оседлом состоянии и не перемешается на сколько-нибудь значительные расстояния. Разумеется, перемещаются клетки крови – эритроциты и лейкоциты, – свободно циркулирующие в кровеносной системе. А из тканевых клеток подвижностью об-: ладают макрофаги – клетки соединительной ткани, которые защищают организм: захватывают (фагоцитируют) микроорганизмы, части погибающих клеток и инородные частицы. Но и они не перемешаются свободно, а действуют «на своем поле», в пределах соединительной ткани данного органа. Так сказать, у каждого органа своя охрана.

В экстремальных случаях подвижность приобретают некоторые клетки, которые в обычных условиях живут оседло. Например, при ранении эпителиальные клетки на краях раны начинают размножаться и перемещаться на поврежденный участок, пока дефект не будет восстановлен. Но и это – перемещение в пределах своего поля.

Иногда клетки могут мигрировать на значительные расстояния, вторгаясь в другие ткани или даже другие органы. Такое перемещение клеток называется инвазией. Пример – проникновение нейтрофилов и моноцитов (разновидность лейкоцитов) через стенку кровеносного сосуда в окружающие ткани и дальнейшая миграция этих клеток к очагу воспаления. Или проникновение в толщу стенки матки наружного слоя клеток развивающегося зародыша.

Но наиболее часто инвазируют не нормальные, а опухолевые клетки. Они могут перемещаться в глубину окружающих здоровых тканей вплоть до того, что прорастают сквозь весь пораженный орган, могут проникать внутрь кровеносных или лимфатических сосудов через их стенки и распространяться с током крови или лимфы на значительные расстояния. В каком-либо отдаленном участке сосудистого русла эти плавающие опухолевые клетки проникают сквозь стенку сосуда в глубину окружающих тканей, давая начало развитию нового опухолевого очага – метастаза. Способность к инвазии клеток злокачественных опухолей имеет драматические последствия для организма. Но как же опухолевые клетки утрачивают оседлое состояние и обретают мобильность?

Когда все в порядке, клетки в тканях сцеплены друг с другом и с окружающим их внеклеточным матриксом. Сцепление осуществляют молекулы адгезии – гликопротеины, сложные белки, содержащие углеводные компоненты. Эти молекулы расположены поперек внешней мембраны клетки так, что одна их часть (или домен) обращена наружу, во внеклеточное пространство, другая – внутрь клетки. Внеклеточные домены могут связываться с внеклеточным матриксом или с молекулами адгезии соседних клеток.

Сцепление клетки с матриксом происходит не всей поверхностью, а отдельными участками, которые называются фокальными контактами. В них сосредоточены интегрины – молекулы адгезии, которые своими внеклеточными доменами связываются с белками внеклеточного матрикса (фибронектином, коллагенами и другими). А внутриклеточный домен молекулы интегрина связан с цитоскелетом (системой нитей, пронизывающих всю метку и состоящих из белка актина). То есть клетка цепляется за поверхность своей самой прочной частью.

Клетки тканей соединяются не только с матриксом, но и друг с другом посредством особых молекул адгезии – кадхеринов. Межклеточные контакты особенно прочны в эпителии кожи и слизистой оболочки, где клетки образуют сплошной пласт. В нормальной ситуации эпителиальные клетки не отрываются друг от друга, но при нанесении раны межклеточные контакты нарушаются, клетки начинают ползти в рану, постепенно покрывая ее своими телами. После этого контакты между клетками восстанавливаются, и опять формируется сплошной клеточный пласт. Ослабление контактов между нормальными клетками носит временный характер и является обратимым. Увы, так бывает не всегда.