WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 ||

лишь в некоторых его участках. Такое неравномерное распределение псевдоподиальной активности придает МИКРОЭЛЕКТРОНИКА фибробластам характерную более или менее вытянуПРИХОДИТ НА ПОМОЩЬ тую форму и делает их способными к перемещению по Специальные субстраты были созданы с помощью мето- поверхности субстрата. К поляризованным относятся дов, используемых в стекловолоконной оптике и микро- также нервные или мышечные клетки. Эпителиальные электронике. Впрочем, первые специальные субстраты клетки неполяризованы: у них псевдоподии образубыли получены благодаря применению старой техники ются относительно равномерно по всей периферии РОВЕНСКИЙ Ю.А. КАК КЛЕТКИ ОРИЕНТИРУЮТСЯ НА МЕСТНОСТИ БИОЛОГ ИЯ клеток, которые приобретают характерную дисковид- На прерывистом субстрате в виде пластинок с мноную форму и неспособны перемещаться по субстрату. жественными вертикальными стержнями осевшие из взвеси клетки могли прикрепиться лишь к верхушкам При культивировании клеток на субстратах с “мустержней (рис. 3, а), тогда как дальнейшему распласзыкальными” (глубокими) канавками было обнаружетыванию этих клеток должно было препятствовать отно, что фибробласты, вначале оказавшиеся на дне касутствие субстрата: в свободных пространствах между навок, вскоре мигрируют из них и сосредоточиваются в стержнями клетки не имели опоры для своего припромежутках между канавками (см. рис. 2, б). Эта реаккрепления. Эти опыты показали, однако, что клетки ция значительно ослаблена у эпителиальных и опухоумеют перешагивать через пропасти. Прикрепившийся левых клеток, большинство которых так и оставалось в на верхушке стержня фибробласт выстреливает длинглубине канавок.

ные нитевидные выросты – филоподии (рис. 3, б). НеНа субстратах с гораздо более мелкими – с микрокоторые из них достигают верхушек других стержней и или наноканавками клетки разных типов (фибробласприкрепляются к ним. Между двумя натянутыми филоты, эпителиальные или нервные клетки) реагируют выподиями, словно по рельсам, клетка начинает распластягиванием и ориентацией вдоль канавок (см. рис. 2, в).

тываться. В конце концов полностью распластавшийся Эта реакция контактной ориентировки усиливается с фибробласт оказывается в своеобразном подвешенном возрастанием глубины канавок и уменьшением промесостоянии: он опирается только на верхушки нескольжутков между ними. У клеток, кроме того, происходят ких стержней, тогда как большая часть его тела лишена реорганизация цитоскелета и изменение экспрессии всякой опоры (рис. 3, в).

некоторых генов. Другими словами, клетки реагируют на геометрию поверхности не только морфологичес- Клетки, культивируемые на прерывистых субстратах в виде решеток, вначале прикрепляются и распласкими изменениями, но также серьезными сдвигами во внутриклеточных сигнальных путях, приводящими к тываются на прутьях решетки. Однако через несколько изменениям синтетической и функциональной актив- часов они смещаются в отверстия решетки: тело клетки ности клеток. почти целиком оказывается провисшим в свободном а в б 5 мкм 5 мкм 5 мкм г д 20 мкм 20 мкм Рис. 3. Клетки на прерывистых субстратах в виде вертикальных стержней (а–в) или решетки (г, д): а – нераспластанный фибробласт на верхушке стержня; б – длинные филоподии фибробласта, прикрепляющиеся к соседнему стержню; в – фибробласт, распластавшийся на верхушках стержней; г – фибробласт, пересекающий отверстие решетки; д – эпителиальная клетка, затягивающая отверстие решетки. Сканирующая электронная микроскопия.

Увел.: а–в – 2300; г, д – СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №3, БИОЛОГ ИЯ пространстве отверстия и лишь своими краями или МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ КЛЕТОК концами отростков клетка остается прикрепленной к НА ГЕОМЕТРИЮ ПОВЕРХНОСТИ прутьям решетки. При этом поведение фибробластов и Итак, клетки чувствуют кривизну, микрорельефы и эпителиальных клеток кардинально различается: фибразного рода нарушения непрерывности поверхности робласт сильно вытягивается и своим веретеновидным специальных культуральных субстратов, моделируютелом пересекает отверстие (рис. 3, г), тогда как эпитещих различную геометрическую конфигурацию внелиальная клетка, сохраняя присущую ей дисковидную клеточного матрикса. Клетки реагируют даже на ниформу, постепенно полностью затягивает отверстие чтожные (в сравнении с их собственными размерами) (рис. 3, д).

неровности нанорельефа, ведут себя подобно “принцессе на горошине”. Каковы же возможные механизмы На стекловолокнах цилиндрической формы реакклеточных реакций на геометрию поверхности ция клеток на кривизну поверхности субстрата была В основе многих клеточных реакций на геометрисовершенно различной у фибробластов и эпителиальческую конфигурацию поверхности лежит изометриченых клеток. Первые вытягивались и ориентировались ское натяжение клетки, создаваемое взаимодействием вдоль длинной оси цилиндра, причем в том же промолекул актина и миозина в цитоскелете [3]. Благодаря дольном направлении ориентировалось большинство натяжению пучков актиновых микрофиламентов, сопучков микрофиламентов актинового цитоскелета этих единенных с фокальными контактами, клетка постоклеток (рис. 4, а, в). Эпителиальные клетки на цилиндянно пребывает в напряженном, растянутом состоярических субстратах сохраняли дисковидную форму и нии. Сила натяжения пучков микрофиламентов может перегибались поперек субстрата, при этом пучки актизависеть от их формы: прямые пучки развивают более новых микрофиламентов приобретали такую же попе- сильное натяжение по сравнению с пучками, находящиречную ориентацию (рис. 4, б, г). мися в условиях сгибания. Как показали опыты Г. Дана в а б 20 мкм 20 мкм в г 20 мкм 20 мкм Рис. 4. Клетки на цилиндрических субстратах. а, в – фибробласт: клетка вытянута и ориентирована вдоль цилиндра (а), продольная ориентация пучков актиновых микрофиламентов (в); б, г – эпителиоцит: клетка перегибается поперек цилиндра (б), поперечная ориентация пучков актиновых микрофиламентов (г). а, б – сканирующая электронная микроскопия; в, г – иммунофлуоресцентная микроскопия. Увел.: а, в – 820; б, г – РОВЕНСКИЙ Ю.А. КАК КЛЕТКИ ОРИЕНТИРУЮТСЯ НА МЕСТНОСТИ БИОЛОГ ИЯ страте (см. рис. 4, б). Из механики известно, что сгиба2° ние тела, способного к деформации, сопровождается генерацией силы, противодействующей сгибанию. Сила натяжения согнутой на цилиндрическом субстрате эпителиальной клетки будет максимальной в направ4° лении, перпендикулярном оси цилиндра. Эта сила и выстраивает пучки актиновых микрофиламентов поперек цилиндра (см. рис. 4, г).

В механизме реакции клеток на прерывистый суб8° страт типа решетки важен момент, когда клетка, распластавшаяся на одном из прутьев решетки, начинает переползать с него на другой, перпендикулярный ему прут. При этом возникают силы, растягивающие тело 16° клетки, расположенное на двух прутьях решетки, в двух взаимно перпендикулярных направлениях. РавнодейРис. 5. Фибробласт, ползущий по грани призмы. Со ствующая этих сил тянет клетку к отверстию решетки.

снижением угла схождения двух граней ведущий край клетки постепенно укорачивается; при угле ме- Однако фибробласты и эпителиальные клетки по-разнее 164° переползание фибробласта через ребро ному реагируют на эту тянущую силу. Благодаря сильпризмы становится невозможным ному натяжению боковые края фибробласта сравнительно легко отрываются от прутьев решетки, клетка Англии, фибробласты, культивируемые на стеклянном ретрактирует (сжимается с боков), оставаясь прикрепсубстрате в виде призмы, не в состоянии переползти с ленной к прутьям лишь своими концами. В итоге фибодной ее грани на другую через ребро призмы, если робласт своим сильно вытянувшимся телом пересекает угол схождения двух граней менее 164° (рис. 5). Переотверстие решетки (см. рис. 3, г). В отличие от фиброползанию фибробласта, очевидно, препятствует более бласта эпителиальная клетка не теряет контактов с сильное натяжение прямых пучков актиновых микропрутьями решетки по всему клеточному краю: клетка филаментов, которые связаны с фокальными контакравномерно растягивается над отверстием решетки, тами на поверхности грани призмы, по сравнению с тепостепенно целиком его покрывая (рис. 3, д). Эти разми пучками, которые вынуждены перегибаться через ее личия в реакциях, возможно, связаны с характером расребро. В результате фибробласт проявляет устойчипределения фокальных контактов по клеточному краю:

вость к сгибанию под углом выше критического. Если у фибробластов фокальные контакты сосредоточены это так, то миграцию фибробластов из канавок (см.

преимущественно в концевых отделах, тогда как у эпирис. 2, б) можно объяснить неспособностью клеток с телиальных клеток фокальные контакты распределены сгибанию, неизбежному для них на дне треугольной относительно равномерно по всей периферии и силы канавки; фибробласты перемещаются на плоские учанатяжения выражены слабее, чем у фибробластов.

стки поверхности субстрата. Что же касается эпитеУдивительная способность клеток реагировать на лиальных клеток, для которых более характерны не микро- или нанорельефы типа параллельных канавок линейные, а кольцевидные пучки актиновых микроостается во многом загадочной. Каким образом клетка филаментов [1] или опухолевых клеток, в которых акощущает на поверхности субстрата неровности, разметиновый цитоскелет значительно редуцирован, то в тары которых в десятки тысяч раз меньше размеров саких клетках силы натяжения значительно слабее, чем в мой клетки (если речь идет о нанорельефах) Одно из фибробластах, и соответственно такие клетки, по-випредположений состоит в том, что в реакциях клеток димому, менее устойчивы к сгибанию и поэтому могут на геометрическую конфигурацию поверхности субстраспластываться на дне треугольных канавок.

рата участвуют так называемые рецепторы растяжения.

Сходным механизмом можно объяснить реакцию Эти рецепторы плазматической мембраны клеток, возклеток на иную геометрию субстрата, а именно реак- можно, реагируют на кривизну или микронеровности цию на кривизну его поверхности. По-видимому, фиб- поверхности субстрата, вызывая реорганизацию актиробласты на цилиндрической поверхности принимают нового цитоскелета и неравномерное перераспределеположение, исключающее возможность их сгибания, ние сил натяжения в клетке. В результате этого клетки то есть вытягиваются вдоль цилиндра в направлении начинают вытягиваться и ориентироваться в определенсил максимального натяжения (см. рис. 4, а). Что же ном направлении (например, вдоль микро- или нанокакасается эпителиальных клеток, то на цилиндре они навок). Активация рецепторов растяжения включает распластываются так же, как на обычном плоском суб- внутриклеточную сигнализацию, которая вызывает фоСОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №3, БИОЛОГ ИЯ сфорилирование некоторых белков и изменение ген- но также и опухолевых клеток, изучение регуляции их ной экспрессии. Одним из вероятных кандидатов на размножения и других функций является предметом роль рецепторов растяжения являются ионные хлорид- исследований клеточных биологов во всем мире.

ные каналы в мембране клеток: в среде с дефицитом хлоридов вытягивание клеток вдоль микроканавок резЛИТЕРАТУРА ко ослабевает. Однако необходимы дальнейшие исследования.

1. Васильев Ю.М. Клетка как архитектурное чудо. Ч. 2: Цитоскелет, способный чувствовать и помнить // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 4. С. 4–10.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 2. Агол В.И. Генетически запрограммированная смерть клеток Клетки в организме подчиняют свою форму и функцио- // Там же. № 6. С. 20–24.

нальную активность требованиям, предъявляемым та3. Васильев Ю.М. Клетка как архитектурное чудо. Ч. 4: Натякими характеристиками внеклеточного матрикса, как жения цитоскелета контролируют архитектуру клетки и ткаего химические свойства или геометрическая конфигу- ней // Там же. 2000. Т. 6. № 6. С. 2–7.

рация. Анизотропность (неоднородность) химически 4. Ровенский Ю.А. Клеточные и молекулярные механизмы опуопосредованных адгезивных свойств матрикса, а также холевой инвазии // Биохимия. 1998. Т. 63, вып. 9. С. 1204–1221.

кривизна его поверхности или микрорельеф (наноре5. Ровенский Ю.А., Ашкинази Л.А. Ползком по поверхности:

льеф), различные нарушения непрерывности матрикСпор о том, может ли клетка освоить сопромат // Химия и са – все это служит своеобразными опознавательными жизнь. 1994. № 5. С. 60–66.

знаками для выбора направления клеточных мигра6. Ровенский Ю.А. Как клетки перешагивают пропасти // Там ций, сосредоточения определенных типов клеток в же. 1999. № 1. С. 20–21.

участках регенерации (например, при заживлении ран) или закладки будущих органов (в эмбриогенезе), регуРецензент статьи Ю.М. Васильев ляции размножения клеток и их синтетической активности. Практически важным является и медицинский * * * аспект этой проблемы. Дело в том, что клетки опухолей имеют особенность отделяться от основного опухолеЮрий Александрович Ровенский, доктор медицинских вого узла и распространяться в глубину окружающих наук, главный научный сотрудник лаборатории механизздоровых тканей с неприятными последствиями для мов канцерогенеза НИИ канцерогенеза Всероссийскоорганизма больного. Это явление называется опухолего онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина вой инвазией [4]. Борьба с инвазией – одна из главных РАМН. Область научных интересов – топографические задач практической онкологии. Поэтому изучение закоклеточные реакции, сканирующая электронная микрономерностей и механизмов прикрепления и перемеще- скопия нормальных и опухолевых клеток. Автор более ния во внеклеточном матриксе не только нормальных, 90 научных работ, включая монографию и атлас.

РОВЕНСКИЙ Ю.А. КАК КЛЕТКИ ОРИЕНТИРУЮТСЯ НА МЕСТНОСТИ

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.