лений "асоциального" поведения опу­ холевых клеток, как тканевая аплазия, инвазивный рост и метастазирование, лежат нарушения клеточного морфо­ генеза — реакций, сопровождающихся изменениями формы клеток. К морфогенетическим реакциям относится прежде всего псевдоподиальная ак­ тивность — образование на краях клетки динамичных выростов (псев­ доподий), которые способны прикре­ пляться к твердым неклеточным по­ верхностям (субстрату, на котором располагается клетка) и затем разви­ вать центростремительное натяжение.

Псевдоподиальная активность клетки лежит в основе более сложных морфогенетических перестроек: рас­ пластывания клеток на поверхности субстрата, перемещения (локомоции) клеток, контактного взаимодействия клеток друг с другом (включающего феномены "контактного паралича" и "контактного торможения движе­ ний"), реакции клеток на адгезивные или конфигурационные характеристи­ ки твердого субстрата (контактной ориентировки топографических реак­ ций).

Морфогенетические реакции тесно связаны с другими формами функ­ циональной активности клеток, осо­ бенно с регуляцией пролиферации: многие тканевые клетки в культурах могут размножаться, только прикре­ пившись к твердому субстрату (суб­ стратная зависимость размножения), размножение клеток тормозится после установления межклеточных контак­ тов (топоингибиция, или контактное торможение размножения).

Нарушения морфогенетических ре­

нарушений возрастают на каждой ста­ дии опухолевой прогрессии и опреде­ ляют такие ее проявления, как утрата контроля пролиферации клеток, тка­ невая анаплазия, инвазивный харак­ тер роста опухоли и метастазирование.

7.1.Цитоскелет

Во всех морфогенетических реак­ циях клетки ключевую роль играет цитоскелет. Он представлен тремя ти­ пами структур: актиновыми микрофиламентами (рис. 7.1), микротрубочка­ ми (рис. 7.2) и промежуточными фи - ламентами (рис. 7.3).

7.1.1. Актиновые микрофиламенты

Мономерный белок актин имеет глобулярную форму. Глобула содер­ жит щель, в которой имеются участки связывания АТФ или АДФ, а также ионов Са или Mg. Мономеры могут связываться друг с другом и формиро­ вать полимерные нитевидные образо­ вания диаметром 6—7 нм — актино­ вые микрофиламенты (схема 7.1). Эти структуры обладают чрезвычайной ди­ намичностью: мономеры в цитоплаз­ ме постоянно присоединяются к кон­ цам микрофиламентов или отделяют­ ся от них, соответственно удлиняя или укорачивая (вплоть до полного исчезновения) микрофиламенты. В условиях in vitro полимеризация акти­ на, т. е. присоединение новых моно­ меров, может происходить на обоих концах микрофиламента, но с разной скоростью: на так называемом опе­ ренном (barbed) конце быстрее, чем

Рис. 7.2. Микротрубочки в цитоплазме фибробласта крысы. МНИФ с применени­ ем антител против тубулина. Ув. 600. (Пре­ парат А. Ю. Александровой.)

его конце происходит деполимериза­ ция актина. Микрофиламенты, таким образом, обладают структурной по­ лярностью: рост нити происходит с оперенного конца, укорочение — с за­ остренного.

Организация и функционирова­ ние актинового цитоскелета обеспе­ чиваются целым рядом актинсвязывающих белков, которые регулируют

С х е м а 7.1. Взаимодействие миозина II

сактиновыми микрофиламентами: сколь­ жение двух микрофиламентов, вызывае­ мое биполярным агрегатом миозина II (объяснение в тексте)

Необходимая для этих двигатель­ ных актов энергия освобождается благодаря гидролизу А Т Ф (АТФазной активностью миозина). Актин - мио - зиновая контрактильность контроли­ руется белком Rho, являющимся чле­ ном семейства малых ГТФаз (раздел 7.2.5). Rho активирует Rho-киназу, которая фосфорилирует фосфатазу легкой цепи миозина II, снижая ее активность и тем самым усиливая контрактильность актиновых микро­ филаментов.

Другой механизм усиления кон - трактильности микрофиламентов Rho-киназой связан с ее фосфорили - рующим действием на миозин II. Не­ гативная регуляция контрактильности осуществляется белком кальдесмоном, который ингибирует АТФазную активность миозина II.

Способность актиновых микрофи­ ламентов к механическому напряже­ нию лежит в основе таких важнейших проявлений жизнедеятельности клет­ ки, как ее распластывание и локомоция.

Формирование новых актиновых микрофиламентов в клетке происхо­ дит путем их ответвления от предсуществующих нитей (схема 7.2). Чтобы новый микрофиламент смог образо­ ваться, необходимо, чтобы несколько связавшихся между собой актиновых мономеров не распались, а стабилизи­ ровались, образуя своеобразную "за-

С х е м а 7.2. Образование новых актино­

вых микрофиламентов (объяснение в разделе 7.1.1)

травку" для роста будущей нити. В формировании такой "затравки" клю­ чевую роль играет белковый комплекс Агр 2/3, состоящий из 7 белков, из которых 2 белка весьма сходны с актиновыми мономерами. Будучи акти­ вирован белками семейства WASp/ Scar, комплекс Аrр 2/3 прикрепляется к боковой стороне предсуществующего актинового микрофиламента и из­ меняет свою конфигурацию, приобре­ тая способность присоединить к себе еще один мономер актина. Так возни­ кает "затравка" для дальнейшей поли­ меризации актина и быстрого роста нового микрофиламента, отходящего в виде ответвления от боковой сторо­ ны старой нити под углом около 70 0 (см. схему 7.2). При этом комплекс Аrр 2/3 остается в участке ответвления нового филамента, кэпируя его заост­ ренный конец; рост нити осуществля­ ется за счет присоединения мономе­ ров актина к оперенному концу. Тем самым в клетке формируется разветв­ ленная сеть актиновых микрофила­ ментов. Быстрый рост отдельных ни­ тей вскоре заканчивается из-за кэпирования их оперенных концов, заост­ ренные концы освобождаются и под­ вергаются деполимеризации. Нить разбирается на отдельные АДФ-содер- жащие мономеры актина (чему спо­ собствует связывание с кофилином), которые после замены в них АДФ на АТФ (катализируемой профилином) вновь готовы вступить в реакцию по­ лимеризации.

7.1.2.Микротрубочки

Микротрубочки представляют со­ бой полые цилиндры с внешним диа­ метром 25 нм. Они состоят из глобу­ лярного белка тубулина, молекулы ко­ торого соединяются друг с другом в нитевидные комплексы, образуя ци­ линдрическую структуру.

Микротрубочки, как и актиновые микрофиламенты, чрезвычайно дина­ мичны. Их сборка из молекул тубули­ на сходна со сборкой микрофиламен­ тов из субъединиц: они легко обмени-

личных типах движения, как переме­ щение внутриклеточных органелл, расхождение полюсов митотического веретена, колебательные движения ресничек и жгутиков. Эти движения осуществляются благодаря специаль­ ным моторным белкам — динеинам и кинезинам, связывающимся с микро­ трубочками. Одним своим концом молекула моторного белка прикрепля­ ется к боковой стороне микротрубоч­ ки, а другим — к соседней микротру­ бочке или к какой-либо мембранной органелле. Подобно миозину, соеди­ ненному с актином, моторный белок (при наличии АТФ) развивает тяну­ щее воздействие, результатом которо­ го является скольжение микротрубо­ чек относительно друг друга (что вы­ зывает изгибание жгутика или биение ресничек) или перемещение органеллы вдоль микротрубочки. Направле­ ние движения определяется моторным белком: кинезины перемещают органеллу к плюс-концу, динеины — к минус-концу микротрубочки. Внутри­ клеточный транспорт органелл вдоль микротрубочек или актиновых микро­ филаментов играет важную роль в морфогенетических реакциях, в част­ ности в регуляции псевдоподиальной активности клетки.

7.1.3. Промежуточные филаменты

Промежуточные филаменты пред­ ставляют собой фибриллярные белко­ вые структуры толщиной 8—10 нм. По сравнению с актиновыми микрофила­ ментами и микротрубочками они от­ личаются высокой стабильностью: по­ скольку в клетке нет пула соответст­ вующих белковых мономеров-субъ- единиц (как в случае с актином или тубулином), то отсутствует динамиче­ ское равновесие между растворимой и полимеризованной формами. Тем не менее система промежуточных филаментов может легко реорганизовы­ ваться (при митозе) и затем вновь вернуться в исходное состояние. Про­ межуточные филаменты являются са­

мыми труднорастворимыми компо­ нентами клетки: термин "цитоскелет" был первоначально введен для обо­ значения именно этих устойчивых структур. В клетках разного типа про­ межуточные филаменты различаются по своему белковому составу. Фила­ менты эпителиальных клеток состоят из белков кератинов (см. рис. 7.3). Известно несколько десятков различ­ ных кератинов, комбинирующихся по два типа в каждой клетке, причем раз­ ные наборы кератинов экспрессируются в различных типах эпителиев и даже в разных участках одного эпите­ лия. Несколько различных белков входят в состав промежуточных филаментов (нейрофиламентов) в нейро­ нах. Особый белок имеется в филаментах клеток нейроглии. Клетки мезенхимального происхождения, вклю­ чая остеобласты, лимфоциты и фибробласты, содержат промежуточные филаменты, состоящие из белка виментина, а мышечные клетки содер­ жат филаменты, состоящие из белка десмина.

Тканевые различия в белковом со­ ставе промежуточных филаментов ис­ пользуют для иммуноморфологической диагностики анаплазированных опухолей неясного генеза: используя моноклональные антитела к керати­ нам и виментину, легко дифференци­ ровать, например, карциномы от сар­ ком.

Функции промежуточных фила­ ментов в клетке остаются недостаточ­ но выясненными. Возможно, они вы­ полняют структурные функции, под­ держивая механическую целость клет­ ки. Известно, что виментиновые фи­ ламенты фибробластов более ригидны при значительной механической на­ грузке, чем актиновые микрофила­ менты или микротрубочки.

Цитоскелет играет роль структур­ ного организатора цитоплазмы. Опи­ санные цитоскелетные системы тесно связаны друг с другом. Так, например, разрушение микротрубочек вызывает сильную реорганизацию — коллапс промежуточных филаментов, а разру-