- •3.1. Онкогены
- •4.2. Выявление и мониторинг химических канцерогенов
- •5.1. Общая характеристика онкогенных вирусов
- •5.2. Онкогенный потенциал вирусов и механизмы его проявления
- •5.3. Вирусы папиллом и их роль в канцерогенезе шейки матки
- •5.4. Роль вируса гепатита в развитии рака печени
- •5.8. Ретровирусы типа D (SRV)
- •5.9. Эндогенные ретровирусы человека
- •5.10. О возможном участии ретровирусов в индукции рака молочных желез человека
- •7.1. Цитоскелет
- •7.2. Распластывание и локомоция нормальных клеток
Г л а в а 7
МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ КЛЕТОК И ИХ НАРУШЕНИЯ ПРИ ОПУХОЛЕВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ
Ю.А. Ровенский, Ю. М. Васильев
Воснове таких важнейших прояв акций и степень выраженности этих
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
376
Рис. 7.1. Пучки актиновых микрофиламентов в цитоплазме фибробласта крысы. Метод непрямой иммунофлюоресценции (МНИФ) с применением антител 'против актина. Ув. 600. (Препарат А. Ю. Алексан дровой.)
Рис. 7.3. Промежуточные филаменты в цитоплазме эпителиоцитов почки собаки. МНИФ с применением антител против ке ратина. Ув. 800. (Препарат Т. А. Чипышевой.)
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)
на так называемом заостренном (pointed) конце. В клетке, однако, по лимеризация актина идет лишь на оперенном, обращенном к плазмати ческой мембране конце микрофиламента, тогда как на противоположном
377
процессы полимеризации-деполиме |
|
фимбрин, сшивающий |
отдель |
||||||||||
ризации микрофиламентов, связыва |
|
ные микрофиламенты |
в |
парал |
|||||||||
ют их друг с другом и придают кон- |
|
лельные |
пучки; |
|
|
|
|||||||
трактильные |
свойства. |
|
|
|
Φ |
тропомиозин, располагающийся |
|||||||
К |
этим |
вспомогательным |
белкам |
|
вдоль |
|
микрофиламента, |
при |
|||||
относятся: |
|
|
|
|
|
|
дающий |
последнему |
необходи |
||||
• |
белки, |
способствующие |
изоля |
|
мую жесткость и стабилизирую |
||||||||
|
щий его; |
|
|
|
|||||||||
|
ции мономеров актина и препят |
|
|
|
|
||||||||
|
Φ |
миозин, являющийся АТФазой, |
|||||||||||
|
ствующие их полимеризации |
на |
|||||||||||
|
|
взаимодействие которого с акти |
|||||||||||
|
оперенных |
концах |
микрофила |
|
|||||||||
|
|
ном |
порождает |
смещение мик |
|||||||||
|
ментов. К ним относятся актин- |
|
|||||||||||
|
|
рофиламента. |
|
|
|
||||||||
|
деполимеризующий |
фактор |
и |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
кофилин, |
вызывающие |
фраг |
Среди |
вспомогательных |
|
белков |
||||||
|
ментацию |
микрофиламента, |
ус |
особую роль выполняют миозины. |
|||||||||
|
коряющие процесс деполимери |
Миозины |
весьма разнообразны по |
||||||||||
|
зации актина и препятствующие |
молекулярной |
структуре: их семейство |
||||||||||
|
освободившимся |
мономерам |
насчитывает около 100 членов, отли |
||||||||||
|
вновь вступить в реакцию поли |
чающихся друг от друга различными |
|||||||||||
|
меризации |
(пока они остаются |
признаками. В основе мышечного со |
||||||||||
|
связанными с указанными бел |
кращения лежит взаимодействие мио |
|||||||||||
|
ками); |
|
|
|
|
|
зина |
II с |
актином. |
В немышечных |
•белки, связывающиеся с моно клетках (например, в фибробластах)
мерами актина: профилин, свя |
взаимодействие миозина II с актино- |
|||
зывающийся с мономерами ак |
выми микрофиламентами придает по |
|||
тина и стимулирующий в них за |
следним |
контрактильные |
свойства |
|
мену АДФ на АТФ (после отде |
способность к |
механическому напря |
||
ления профилина такой моно |
жению. |
|
|
|
мер быстро вступает к реакцию |
Молекула миозина состоит из тя |
|||
полимеризации на оперенных |
желых и легких цепей и имеет две "го |
|||
концах микрофиламентов) и ти- |
ловки" |
и "хвост", фосфорилирование |
||
мозин β4; |
легких |
цепей |
вызывает |
соединение |
•кэпирующие белки, способные молекул миозина в короткие биполяр
присоединяться к тому или ино |
ные агрегаты (по 10—20 молекул). |
|||||||||||||
му концу микрофиламента, пре |
Миозиновые |
агрегаты |
связываются |
|||||||||||
дотвращая |
добавление |
или от |
"головками" |
с |
боковыми сторонами |
|||||||||
щепление |
актинового |
|
мономера |
двух |
актиновых |
|
микрофиламентов |
|||||||
и регулируя тем самым длину |
противоположной |
полярности. |
При |
|||||||||||
нити. К таким белкам относятся: |
соединившиеся |
к |
микрофиламентам |
|||||||||||
виллин, гельзолин и кэпирую- |
"головки" |
миозина |
изменяют |
свою |
||||||||||
щий белок, вызывающие Са2+- |
конформацию и благодаря этому ока |
|||||||||||||
зависимую |
фрагментацию мик |
зывают тянущее воздействие по отно |
||||||||||||
рофиламентов, |
но |
способные |
шению к микрофиламентам. Результа |
|||||||||||
также |
кэпировать |
оперенные |
том является скольжение двух микро |
|||||||||||
концы |
последних; |
|
|
филаментов |
в |
противоположных (от |
||||||||
Φ белки, связывающие друг с дру |
носительно |
друг |
друга) |
направлениях |
||||||||||
(см. |
схему |
7.1). |
Если |
миозин |
своей |
|||||||||
гом отдельные |
микрофиламен |
|||||||||||||
"головкой" прикрепляется к микрофи- |
||||||||||||||
ты. К этим белкам относятся фи - |
||||||||||||||
ламенту, а "хвостом" — к какой-либо |
||||||||||||||
ламин и альфа-актинин, образующие |
||||||||||||||
гибкие |
связи между филамента- |
внутриклеточной |
органелле (напри |
|||||||||||
мер, |
к митохондрии |
или к лизосоме), |
||||||||||||
ми, в |
результате чего |
создается |
||||||||||||
результатом |
будет |
перемещение |
орга- |
|||||||||||
трехмерная |
сетчатая структура; к |
|||||||||||||
неллы вдоль микрофиламента. |
|
|||||||||||||
этой же группе относится белок |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
378
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-
379
ваются мономерами с цитоплазмати- |
булиновых |
затравок |
для |
полимериза |
||||||||||||||||
ческим пулом растворенного тубули- |
ции микротрубочек. Расходящиеся от |
|||||||||||||||||||
на. Как и микрофиламенты, микро |
центросомы микротрубочки связаны с |
|||||||||||||||||||
трубочки |
обладают |
структурной |
по |
ней не постоянно, а лишь в течение |
||||||||||||||||
лярностью (плюс- и минус-концы). |
определенного |
|
времени, |
после |
чего |
|||||||||||||||
Большинство |
микротрубочек |
|
ассо |
они с некоторой вероятностью отде |
||||||||||||||||
циировано со вспомогательными бел |
ляются от γ-тубулиновых затравок и |
|||||||||||||||||||
ками: MAP — белками, ассоцииро |
уходят в цитоплазму. На освободив |
|||||||||||||||||||
ванными с микротрубочками, и тау- |
шихся затравках может иницииро |
|||||||||||||||||||
белками, |
индуцирующими полимери |
ваться рост новых микротрубочек. |
||||||||||||||||||
зацию тубулина и связывающимися с |
Описанная |
схема |
не |
противоречит |
||||||||||||||||
новообразованными |
микротрубочка |
факту существования в клетке цито- |
||||||||||||||||||
ми. Вспомогательные белки, по-види |
плазматических |
микротрубочек, |
спо |
|||||||||||||||||
мому, участвуют в регуляции процес |
собных к спонтанной самосборке и |
|||||||||||||||||||
сов сборки микротрубочек и обеспе |
разборке вне связи с какими-либо |
|||||||||||||||||||
чивают их взаимодействие с другими |
структурами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
внутриклеточными |
структурами. |
|
|
Центриоли, |
|
подобно |
хромосомам, |
|||||||||||||
В отличие от актиновых микрофи |
способны удваиваться и служат цен |
|||||||||||||||||||
ламентов |
система |
микротрубочек |
в |
трами инициации микротрубочек ми- |
||||||||||||||||
клетке централизована: они растут из |
тотического веретена. У клеток, обла |
|||||||||||||||||||
определенного |
места, |
называемого |
дающих |
жгутиками |
или |
ресничками |
||||||||||||||
центром |
организации микротрубочек. |
(жгутики |
или |
реснички |
простейших, |
|||||||||||||||
В интерфазной клетке этот центр рас |
жгутики |
спермиев, |
реснички |
клеток |
||||||||||||||||
полагается вблизи ядра и называется |
эпителия дыхательных путей или яй |
|||||||||||||||||||
центросомой |
(или |
клеточным |
|
цен |
цеводов), центрами организации мик |
|||||||||||||||
тром). В состав центросомы входит |
ротрубочек служат базальные тельца — |
|||||||||||||||||||
пара центриолей (материнская и до |
образования, |
структурно |
идентичные |
|||||||||||||||||
черняя). Центриоли — цилиндриче |
центриолям. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ские структуры, образованные 9 три |
Некоторые |
растительные |
яды, |
на |
||||||||||||||||
плетами микротрубочек. На материн |
пример колхицин или колцемид, при |
|||||||||||||||||||
ской центриоли располагаются пери- |
соединяясь |
к |
|
мономерам |
тубулина, |
|||||||||||||||
центриолярные |
сателлиты, |
которые |
препятствуют |
его |
полимеризации и |
|||||||||||||||
являются |
центрами |
инициации |
|
мик |
блокируют рост микротрубочек. По |
|||||||||||||||
ротрубочек, |
ответственными |
за |
поли |
скольку |
процесс |
|
деполимеризации |
|||||||||||||
меризацию |
микротрубочек, |
расходя |
при этом продолжается, микротрубоч |
|||||||||||||||||
щихся от центросомы. Микротрубоч |
ки постепенно разрушаются (в том |
|||||||||||||||||||
ки быстро растут своими плюс-конца |
числе митотическое веретено, что ос |
|||||||||||||||||||
ми к периферии клетки (см. рис. 7.2). |
танавливает клеточный цикл на ста |
|||||||||||||||||||
Характерная |
черта |
микротрубочек |
— |
дии митоза). Другой растительный |
||||||||||||||||
смена фаз роста и укорочения (ис |
агент — таксол — не подавляет, а, на |
|||||||||||||||||||
ключением |
являются |
стабильные |
оборот, |
активирует |
полимеризацию |
|||||||||||||||
микротрубочки |
ресничек |
и жгутиков, |
тубулина, |
препятствуя деполимериза |
||||||||||||||||
сохраняющие постоянную длину). В |
ции микротрубочек: последние стано |
|||||||||||||||||||
последнее время показано, что значи |
вятся стабильными и не укорачивают |
|||||||||||||||||||
тельная |
часть |
микротрубочек, |
расхо |
ся, однако такая дополнительная ста |
||||||||||||||||
дящихся |
от |
центросомы, |
оказывается |
билизация |
также |
останавливает |
кле |
|||||||||||||
с ней не связанной: микротрубочки |
точный цикл на стадии митоза. Таким |
|||||||||||||||||||
имеют |
свободные |
проксимальные |
образом, лабильное состояние микро |
|||||||||||||||||
концы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трубочек |
(сборка—деполимеризация) |
|||||||||
В настоящее время принята так на |
необходимо |
для |
|
нормального |
функ |
|||||||||||||||
зываемая |
конвейерная гипотеза сбор |
ционирования клетки. |
|
|
|
|
||||||||||||||
ки микротрубочек, |
согласно |
которой |
Важнейшей функцией микротрубо |
|||||||||||||||||
центросома |
является носителем |
γ-ту- |
чек является их |
участие |
в |
таких |
раз- |
380
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-
381