Структурно-Адгезивные неколлагеновые белки

Внеклеточный матрикс содержит большое число адгезивных неколлагеновых белков гликопротеиновой природы. Например, фибронектин и фибриллин в зрелой соединительной ткани, ламинин и нидоген в базальных мембранах. Структурной особенностью адгезивных белков является наличие доменов, способных специфически связываться с другими макромолекулами и рецепторами на поверхности клеток. Непременным компонентом доменов, обеспечивающих взаимодействие с клетками, является последовательность аминокислот арг-гли-асп (RGD-модуль).

Фибронектин

Фибриллин

Фибриллин – большой гликопротеин (молекулярная масса 350 кДа), входит в семейство фибронектина. Он является структурным компонентом микрофибрилл, толщиной 10-20 нм, которые возникают раньше эластина и обеспечивают образование и ориентацию эластиновых волокон. Фибриллин найден в хрусталике, периосте, связан с эластиновыми волокнами в аорте.

Такое расположение позволяет объяснить нарушения, которые обнаруживаются при синдроме Марфана – врожденном заболевании, сопровождающемся поражением соединительной ткани. При этом синдроме поражаются глаза (эктопия хрусталика), скелет (у многих больных развиваются длинные пальцы, арахнодактилия, разболтанность суставов) и сердечно-сосудистая система (слабость средней оболочки аорты, ведущая к расширению нисходящей аорты). Подобный синдром описан у президента США А. Линкольна. В большинстве случаев заболевание возникает вследствие мутации гена (хромосома 15), кодирующего белок фибриллин. Другой ген фибриллина обнаружен на хромосоме 5. Правда, дефекты в этом участке выявляются у лиц с врожденной контрактурной арахнодактилией, но не с синдромом Марфана.

Ламинин

Ламинин (молекулярная масса 850 кДа, длина 70 нм) – это один из первых белков внеклеточного матрикса у развивающегося эмбриона, а в дальнейшем – обязательный компонент всех базальных мембран организма и их главный гликопротеин. Он содержит до 40 олигосахаридных цепей. Его локализация соответствует распространению коллагена IV типа.

Рис. Схема строения ламинина (1 – места соединения с клетками; 2 – места соединения с коллагеном IV типа; 3 – место связывания с гепарансульфатом; 4 – место связывания с гепарином).

Ламинин имеет большое количество цистеина, а гидроксипролин и гидроксилизин отсутствуют. Белок состоит из трёх полипептидных цепей (α, β₁, β₂), соединённых 40-50 дисульфидными мостиками. Организован в форме крестообразной структуры с глобулярными концами, имеет несколько функциональных доменов: один связывает коллаген IV типа, другой – гепарансульфат, 2 или более (RGD-модуль, N-конец) связываются с интегринами рецепторов на поверхности клеток.

Ламинин мультифункционален, но основная его функция – обеспечение адгезии (прилипания) клеток вдоль базальных мембран и дальнейшего взаимодействия этих клеток с базальными мембранами.

Ферменты распада молекул межклеточного матрикса

Образование матрикса, его распад или ремоделирование – всё это важные и необходимые процессы, участвующие в перестройке тканей. Они сопутствуют развитию организма, заживлению ран, некрозу опухолей или воспалению. Ключевыми компонентами обмена белково-углеводных ком­плексов внеклеточного матрикса и его регуляции являются металлопротеазы матрикса и их тканевые ингибиторы, а также ряд гликозидаз, разрушающих полисахаридные компоненты протеогликанов.

Металлопротеазы матрикса соединительной ткани

Металлопротеазы матрикса – это группа ферментов, активность которых зависит от цинка. Семейство металлопротеаз матрикса состоит, во-первых, из ферментов мембранного типа, активирующих прожелатиназу А, во-вторых, из каскада металлопротеаз, полностью разрушающих молекулы матрикса. Они катализируют распад белковой части всех молекул внеклеточного матрикса (протеогликанов, гликопротеинов и различных типов коллагена).

Клетки секретируют эти ферменты в форме прометаллопротеаз. Механизм их активирования в организме не вполне изучен. Полагают, что здесь преобладает активация ферментов путём автокатализа с удалением N-концевого пептида протеазы (ковалентная модификация способом частичного протеолиза). Металлопротеазы матрикса in vitro могут быть активированы протеолитическими ферментами (плазмин, трипсин, калликреин, стромализин) путём индукции конформационных изменений с образованием промежуточной формы частично активированного фермента. Далее промежуточная форма автокаталитически удаляет часть молекулы с образованием полностью активного фермента.

Таблица. Семейство протеаз внеклеточного матрикса и их субстратная специфичность

Фермент	Масса молекул	Субстрат
Металлопротеазы матрикса (МПМ)
Желатиназы 72 кДа желатиназа (МПМ-2; тип IV, коллагеназа А)	72	Денатурированный коллаген, коллагены IV, V, VII, X, эластин, фибронектин
92-кДа желатиназа (МПМ-9; тип IV, коллагеназа B)	92	Желатин, коллагены IV, V, фибронектин
Коллагеназы Интерстициальная коллагеназа (фибробластный тип коллагеназы, МПМ-1)	52	Колаген типов I-III, VII, VIII, X
Нейтрофильная коллагеназа (ПМЯ тип коллагеназы, МПМ-8)	75-85	Коллаген типов I-III
Коллагеназа-3 (МПМ-13)	52	Коллаген типов I-III, VII VIII, X
Стромализины Стромализин-1 (МПМ-3; Транзин)	57-60	Протеогликаны, фибронектин, ламинин, денатурированный коллаген
Стромализин-2 (МПМ-10, Транзин-2)	55	Коллаген III-IV, фибро-нектин, желатин, предшественники МПМ
Стромализин-3 (МПМ-11)	61	альфа-1-антитрипсин
Матрилизин (МПМ-7, путативная металлопротеиназа pump-1)	28	Фибронектин, ламинин, протеогликаны, желатин, эластин, энтактин
Металлоэластаза (МПМ-12)	54	Эластин, фибронектин
Мембранные МПМ MT-МПМ (МПМ-14) MT-МПМ-2 MT-МПМ-3	66	Прожелатиназа-А
Сериновые протеиназы
Урокиназный тип активатора плазминогена	55	Гликопротеины, аморфный коллаген
Тканевой активатор плазминогена	70	Гликопротеины, аморфный коллаген

Биологическое время полураспада белковоуглеводных комплексов колеблется от нескольких дней (протеогликаны кожи) до нескольких месяцев (зрелый коллаген кожи). В таблице приведены основные представители семейства протеаз внеклеточного матрикса с указанием их молекулярной массы и субстратной специфичности. Известны десятки металлопротеиназ матрикса, но наиболее изучены первые три из указанных в таблице. Это интерстициальная (матриксная) металлопротеиназа (МПМ-1) и 2 желатиназы – коллагеназы А и В (соответственно MПM-2 и MПM-9). Кроме того, в таблице приведены сведения о сериновых протеиназах, вносящих важный вклад в деградацию белковых составляющих межклеточного матрикса.

Катаболизм углеводной части протеогликанов матрикса

Распад белково-углеводных комплексов катализируется с участием большого набора лизосомальных гидролаз. Катаболизм углеводной составляющей протеогликанов происходит под действием специфических сульфатаз и гликозидаз, включающих α-нейраминидазу, β-галактозидазу, β-гексозаминидазу, α- и β-маннозидазы, α-фукозидазу, эндо-β-N-ацетилглюкозаминидазу, аспартилглюкозаминидазу и др.

В частности, β-гиалуронидаза гидролизует β(1-4)-гликозидную связь между дисахаридными единицами гиалуроновой кислоты. При этом образуется дисахарид, состоящий из глюкуроновой кислоты и (β1-3)N-ацетилглюкозамина, который дальше гидролизует лизосомальная β-гликозидаза. В результате разрушения гиалуроновой кислоты гиалуронидазой, повышаются проницаемость и диффузия межклеточного вещества. Этот фермент выделяют некоторые микроорганизмы, он рассматривается как фактор агрессии, дающий способность патогенной микрофлоре распространяться в тканях. К этой категории микрофлоры относятся многие пародонтопатогенные бактерии, возбудители гнойных инфекций, газовой гангрены.

Генетически детерминированный дефект отдельных лизосомальных гликозидаз приводит к нарушению распада белково-углеводных комплексов, и в организме формируется та или иная разновидность мукополисахаридозов – тяжёлых заболеваний, относящихся к болезням накопления. Диагностика этих патологий основана на исследовании активности соответствующих ферментов (чаще всего в лейкоцитах). В ряде случаев возможна пренатальная диагностика путём анализа соответствующих ферментов в амниотической жидкости и крови матери.

Эти болезни проявляются избыточным накоплением в клетках белково-углеводных комплексов (особенно неполных продуктов их распада в лизосомах) и выделением олигосахаридных фрагментов протеогликанов. Хотя болезни, связанные с недостаточностью гликозидаз, имеют самые разные проявления, их основными признаками являются:

1) аутосомно-рецессивное наследование;

2) различные проявления, сопровождающиеся нарушением психики;

3) вакуолизация некоторых клеток, видимая под микроскопом;

4) присутствие ненормальных продуктов распада в моче.

Наиболее известные заболевания этого типа – маннозидозы, сиалидозы, фукозидозы и аспартилглюкозаминурия. Их причиной является недостаточность соответственно α-маннозидазы, α-нейраминидазы, α-фукозидазы, аспартилглюкозаминидазы. Иногда такие болезни относят к муколипидозам.

Изменения соединительной ткани при старении, заживлении ран

Процесс старения во всех видах соединительной ткани сопровождается следующими изменениями: уменьшается количество гиалуроновой кислоты, воды и соотношение «основное вещество / волокна»; замедляется метаболизм гликопротеинов основного вещества; повышается структурная стабильность коллагена в результате увеличения числа и прочности поперечных мостиков; уменьшается растворимость эластина, замедляется его метаболизм и ухудшается эластичность; увеличивается содержание кальция в связи с увеличением сродства к нему коллагена и эластина.

При заживлении ран в месте повреждения образуется грануляционно-фиброзная ткань. Это происходит в результате следующих процессов.

1. Из разрушенных клеток высвобождаются биологически активные вещества, повышающие проницаемость капилляров.

2. Фибриноген в ране превращается в фибрин, блокирующий капилляры и лимфатические сосуды.

3. Нарушение кровообращения приводит к некрозу тканей, продукты некроза стимулируют накопление лейкоцитов, пролиферацию элементов соединительной ткани (воспаление).

4. Накопление фибробластов связано с усилением их биосинтетической активности (фаза пролиферации). Фибробласты синтезируют протеогликаны (3 - 4 дня), затем коллаген (с 5 - 6-го дня). Интенсивность синтеза нарастает к 12 - 15-му дню.

Формирование рубцовой ткани – уменьшается количество клеточных элементов и липидов, идёт резорбция избытка коллагена и уплотнение ткани.