4.10. Межклеточные контакты

 

До сих пор мы говорили только об изолированных клеточных мембранах. Однако большинство клеток входит в состав тканей, где их мембраны тем или иным образом объединяются, оставаясь разделенными узким пространством, заполненным в основном внеклеточной жидкостью. В некоторых тканях, включая эпителий, гладкие мышцы, сердечную мышцу, ткани центральной нервной системы и многие ткани эмбриона, соседствующие клетки связаны специализированными обращенными друг к другу участками поверхностной мембраны. Эти участки подразделяются на два основных типа, называемых щелевыми контактами и плотными контактами (рис. 4–39 и 4–42). Плотный контакт между соседними клетками создает основу для: 1) сообщения между клетками через миниатюрные, заполненные водой каналы, которые связывают клетки в месте щелевого контакта; 2) трансэпителиального транспорта веществ клетками, которые более или менее плотно «сшиты», образуя единый слой в месте плотных контактов.

 

Рис. 4.39. Электронные микрофотографии контактов между мембранами соседних клеток. А. Щелевой контакт между панкреатическими клетками морской свинки; препарат получен методом замораживания–скалывания. Видны характерные плотно упакованные частицы. Часть верхней мембраны сколота целиком, обнажая частицы, связывавшие ее с мембраной соседней клетки, расположенной внизу. Видны ямки, образуемые этими частицами в мембране верхней клетки. Увеличение 78 500. Б. Поперечный срез в области плотных контактов между двумя клетками печени мыши. Обратите внимание на то, как плотно примыкают друг к другу унитарные мембраны. Увеличение 130000 В. Препарат тонкой кишки крысы, полученный с помощью замораживания–скалывания, на котором видно «кружево» плотных контактов, связывающих две эпителиальные клетки – одну выше, другую ниже плоскости скола. Выемки (1) принадлежал верхней клетке, а выступы (2) – нижней. Цилиндрические выступы внизу – это микроворсинки эпителиальных клеток. Увеличение 55000. (С любезного разрешения N.B. Gilula,D.S. Friend.)

 

 

 

4.10.1. Щелевые контакты

 

Расстояние между двумя мембранами в области щелевого контакта составляет всего 2 нм; кроме того, мембраны соединены между собой гексагональными структурами из шести субъединиц, которые пронизывают узкую щель между мембранами. Эти структуры имеют диаметр примерно 5 нм (рис. 4–40, А) и напоминают миниатюрные пончики, полая сердцевина которых образует каналы, соединяющие внутриклеточное пространство соседних клеток. Непрерывность таких путей сообщения между клетками была продемонстрирована с помощью введения флуоресцентных красителей, например флуоресцеина (мол. масса 332) и проциона желтого (мол. масса 500), в одну из клеток с последующим прослеживанием их диффузии в соседние клетки (рис. 4–41). Непрерывность подтверждается также данными о прямом обмене ионами, о чем свидетельствует свободное распространение электрического тока между клетками, соединенными щелевыми контактами. Через межклеточные каналы в области этих контактов могут проходить молекулы с мол. массой до 500, и малые молекулы – ионы, аминокислоты, сахара и нуклеотиды – беспрепятственно переходят из одной клетки в другую (рис. 4–40, Б). Такой обмен малыми молекулами ответствен за опосредованные щелевыми контактами межклеточные коммуникации.

 

Рис. 4.40. Щелевые контакты. А. Две мембраны, принадлежащие соседним контактирующим клеткам, содержат гексагональные образования из шести субъединиц, причем каждая субъединица связана с соответствующей субъединицей противоположной мембраны. В центре структуры проходит канал, обеспечивающий связь между контактирующими клетками. (Staehelin, 1974.) Б. Детальное строение канала. Молекулы размером более 2 нм  (например, белки и нуклеиновые кислоты) слишком велики, чтобы пройти через этот канал. (Bretscher, 1985.)

 

Рис. 4.41. Введение флуоресцентной метки в одну из клеток эпителия слюнной железы насекомого. Диффузия метки в соседние клетки, не сопровождающаяся выходом ее в межклеточное пространство, указывает на прямое сообщение между цитоплазмой соседних клеток. В таких сопряженных клетках всегда обнаруживаются щелевые контакты.

 

 

Щелевые контакты лабильны и нарушаются при любом воздействии, приводящем к повышению внутриклеточной концентрации Са²⁺ или Н⁺. Разобщение клетки с ее соседями происходит при прямом введении Са^2 + или Н⁺ в цитоплазму при снижении температуры или под действием ядов, подавляющих энергетический метаболизм. Результаты таких экспериментов указывают на разобщение, проявляющееся в утрате способности к проведению электрического сигнала между клетками. Щелевые контакты сохраняют свою интактность только при условии, что метаболическая активность поверхностной мембраны обеспечивает поддержание низкого уровня свободных Са²⁺ и Н⁺ внутри клетки. Механизм закрывания каналов щелевых контактов до конца не установлен, но, по–видимому, состояние каналов зависит от относительного положения тех шести субъединиц, которые образуют канал (рис. 4–40, В).