Для идентификации белков клеточной поверхности, участвующих во взаимодействиях между клетками, с успехом использовались моноклональные антитела. Соответствующие белки были названы молекулами клеточной адгезии, или САМ. Наиболее полно охарактеризовано семейство гликопротеинов, участвующих в адгезии нейронов. Сходные молекулы были обнаружены в мозгу мыши, цыпленка и человека. Во время развития отдельного организма N-CAM экспрессируются в нескольких формах в разное время в различных тканях. Не исключено, что сложная картина адгезии нейронов во время развития мозга обусловлена дифференциальной экспрессией и посттрансляционными модификациями небольшого числа молекул, а не участием большого количества высокоспецифичных белков адгезии. N-CAM являются гомофильными соединениями, т. е. молекула N-CAM одной клетки связывается со сходной молекулой другой клетки. Хотя эти белки адгезии гликозилированы, углеводы не являются необходимыми для взаимодействия, приводящего к связыванию. Однако гликозилирование может влиять на взаимодействие, так, при переходе от эмбрионального мозга к мозгу взрослого организма число остатков сиаловой кислоты в N-CAM уменьшается в три раза, что коррелирует с увеличением адгезивиости. Возможно, гликозирование играет регуляторную роль.
Другие посттрансляционные модификации N-CAM включают фосфорилирование сериновых и треониновых остатков в цитоплазматическом домене, ацилирование жирных кислот и сульфирование N_концевых олигосахаридов. Возможно, все эти модификации являются способами регуляции биологических функций N-CAM. Кроме того, из-за альтернативного сплайсинга мРНК N-CAM продуцируются в трех разных формах. Эти варианты N_САМ экспрессируются в разное время и в различных местах. Два из них предположительно содержат гидрофобную спираль, погруженную в мембрану, и протяженные С-концевые домены на цитоплазматической стороне мембраны. Эти две формы отличаются наличием в цитоплазматическом домене участка длиной 261 аминокислотный остаток. У третьей формы гидрофобный домен отсутствует, и, по-видимому, этот белок связывается с наружной поверхностью мембраны с помощью фосфоинозитольного мостика. Специфические биологические функции разновидностей N-CAM неизвестны.
Анализ аминокислотной последовательности N-CAM, проведенный с помощью кДНК, показал, что N-CAM относятся к иммуноглобулиновому суперсемейству. N-CAM содержат пять смежных доменов протяженностью - 100 аминокислотных остатков каждый, которые гомологичны ие только друг другу, но и иммуноглобулинам. Следовательно, N-CAM состоят из иммуноглобулиноподобных доменов и филогенетически родственны иммуноглобулинам. Это суперсемейство включает также другие белки клеточной поверхности, которые функционируют как рецепторы, в том числе Т-клеточный рецептор и главные комплексы гистосовместимости МНС. В него входит также миелинсвязанный гликопротеин, который, вероятно, участвует во взаимодействии между аксонами и миелинизированными клетками периферической нервной системы. По своей структуре он весьма сходен с N-CAM, что предполагает наличие общей структурной основы у представителей одного класса молекул клеточной адгезии.
Основную роль в функционировании N-CAM играют гомофильные белок-белковые взаимодействия между иммуноглобулиноподобными доменами. Однако N-CAM связывается также с гепарином с помощью домена, расположенного вблизи N_конца, и это взаимодействие может играть роль в межклеточных контактах. Таким образом, N-CAM полифункционален. На рис. 9.4 схематически представлена структура N-CAM, построенная по результатам исследований с использованием моноклональных антител.
Идентифицированы и другие виды САМ, отличные от N-CAM.
Один из них, нейроглиальный, или Ng-CAM, выделен из эмбриона цыпленка. N-CAM участвует в адгезии нервных клеток, a Ng-CAM - нервных клеток и клеток глин. Время появления и клеточная локализация Ng-CAM отличны от таковых у N-CAM. Возможно, запрограммированное появление Ng-CAM вместе с N-CAM помогает в регуляции образования нервной сети. Взаимодействия, в которых участвуют эти САМ, не зависят от ионов кальция.
Обнаружен отдельный класс белков САМ, которые опосредуют Са2 +-зависимые межклеточные взаимодействия. Эти белки были названы кадхеринами и включают в себя эпителиальный кадхерии, плацентарный кадхерин н увоморулин мышей. Гомолог Е-кадхерина цыпленка называется L^CAM; оба этих гликопротеина опосредуют взаимодействия между эпителиальными клетками. Сходство аминокислотных последовательностей Са2 +-зависимых белков САМ свидетельствует о том, что они образуют отдельное суперсемейство молекул адгезии. Например, результаты определения полной аминокислотной последовательности L-CAM по данным секвенирования кДНК показывают, что его мол. масса составляет 79,7 кДа, однако гомология с белком N-CAM отсутствует и L-CAM не принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов. Тем не менее, в молекуле САМ имеются три соседних гомологичных сегмента длиной по 113 аминокислотных остатков, а в молекуле N-CAM - пять таких сегментов, что указывает на сходство структурной организации упомянутых белков.
Дальнейшие исследования белков САМ прольют свет на механизмы межклеточного узнавания и адгезии во время эмбриогенеза и множества других клеточных процессов.
2.4 Рецепторы, участвующие в межклеточных взаимодействиях при иммунном ответе
При исследовании САМ выявился один неожиданный факт: в межклеточных взаимодействиях при эмбриогенезе участвует относительно небольшое число структурно различающихся САМ, а для взаимодействий между лимфоцитами, опосредующими иммунный ответ, наблюдается обратная картина. В индукции антител, направленных против специфического антигена, участвуют по крайней мере три разных типа клеток: 1) В-клетки, которые продуцируют антитела; 2) Т-клетки, которые секретируют факторы роста; 3) макрофаги, или дополнительные клетки. У каждой из этих клеток имеются поверхностные рецепторы, которые участвуют в специфических межклеточных взаимодействиях и в активации В-клеток с целью их дальнейшей пролиферации и секреции антител против специфического антигена. Известны два основных рецептора, участвующих в этом процессе: 1) Т-клеточный рецептор; 2) гликопротеины МНС класса II. Оба они входят в иммуноглобулиновое суперсемейство. Специфические межклеточные взаимодействия, участвующие в иммунном ответе, определяются в первую очередь белок-белковыми взаимодействиями между этими рецепторами клеточной поверхности. Приведем упрощенную последовательность событий.
Антиген захватывается А-клетками, подвергается процессингу и образует на клеточной поверхности комплекс с гликопротеинами МНС класса II.
Т-клетка взаимодействует с А-клеткой при участии Т-клеточного рецептора. Подразумевается, что Т-клеточный рецептор одновременно узнает глнкопротеины МНС класса II и антиген. При этом с А-клеткой будут взаимодействовать только Т-клетки с подходящими антигенспецифичными рецепторами. В популяции Т-клеток существует много разнообразных структур Т-клеточных рецепторов, однако каждая отдельная клетка продуцирует только один из них. Результатом такого взаимодействия между А- и Т-клетками является, в частности, образование факторов роста, которые стимулируют пролиферацию субпопуляции Т-клеток, а также других лимфоидных клеток.
В-клетки могут экспрессировать большое число разных мембраносвязанных иммуноглобулинов, но, как и в случае Т-клеток, индивидуальная В-клетка экспрессирует лишь один тип иммуноглобулина. В-клетки данной субпопуляции будут нести поверхностные иммуноглобулины, связывающиеся со специфическим антигеном, представленным системе. Активность и пролиферация В-клеток усиливаются при их взаимодействии с активированными Т-клетками и факторами, которые этими клетками высвобождаются. По-видимому, взаимодействие включает узнавание Т-клеткой антигена, который связывается с гликопротеинами МНС класса II на поверхности В-клетки. Это явление известно как МНС-ограниченная иммунная реакция. Пролиферация активированных В-клеток приводит к образованию популяции клеток, секретирующих антигенспецифичное антитело.
Глнкопротеины МНС класса II являются гетеродимерами, в которых каждая полипептидная цепь имеет единственный трансмембранный сегмент. Обе цепи гликозилированы. Методом рентгеноструктурного анализа была установлена структура главной части гликопротеинов МНС класса II и локализован участок связывания с пептидными антигенами. В работе приводится информация о взаимодействии пептидных антигенов с гликопротеинами МНС класса II. Данные по передаче энергии электронного возбуждения свидетельствуют о том, что очищенные гликопротеины МНС класса II, встроенные в плоскую мембрану, образуют тройной комплекс с Т-клеткой и антигеном, что напоминает антигенспецифичное взаимодействие между В- и Т-клетками. Новые данные о взаимодействии между компонентами, участвующими в адгезии клеточных мембран, вероятно, позволят получить опыты с использованием искусственных мембран.
Т-клеточный рецептор состоит из двух частей. Антигенспецифичная часть является а/З-гетеродимером, который имеет моноклональную специфичность и принадлежит к иммуноглобулиновому суперсемейству. Этот а/З-димер образует в мембране комплекс со структурно инвариантным компонентом. Данный комплекс охарактеризован для мышиных и человеческих Т-клеток; он состоит из четырех или пяти полипептидов. Вероятно, эта часть Т-клеточного рецептора участвует в передаче сигнала, приводящей к активации Т-клетки.
Гликопротеины МНС класса II, присутствующие на антиген-представляющих клетках, могут взаимодействовать и с другим гликопротеиновым рецептором, находящимся на поверхности Т-клеток. Это рецептор CD4; его взаимодействие с гликопротеинами МНС класса II, возможно, облегчает межклеточное взаимодействие.
Существует и вторая пара рецепторов, участвующих в адгезии между антигенпредставляющей клеткой и Т-хелпером. Т-лимфоциты содержат мембранный гликопротеин CD2, который специфически взаимодействует с другим белком адгезии, обозначаемым LFA_3, который присутствует в мембранах множества типов клеток. Интересно, что как CD2, так и LFA_3 являются членами иммуноглобулинового суперсемейства и структурно родственны N-CAM. Как и N-CAM, рецептор LFA_3 существует в разных формах и может фиксироваться на мембране с помощью трансмембранной спирали или фосфатидилинозитольного якоря. Взаимодействие между рецепторами LFA_3 и CD2, по-видимому, существенно для активации Т-хелперов.
После активации Т-клеток происходит экспрессия рецептора для фактора роста Т-клеток - интерлейкина_2. Клонирован и секвенирован ген, кодирующий одну субъединицу этого рецептора; по-видимому, рецептор имеет единственный трансмембранный сегмент и лишь очень небольшой С-концевой цитоплазматический домен. Это весьма необычно для митогенных рецепторов, которые, как правило, имеют протяженный цитоплазматический домен, обладающий тирозинспецифичной протеинкиназной активностью.
2.5 Интегрины - семейство рецепторов, которые связываются с компонентами внеклеточного матрикса и белками адгезии
Помимо суперсемейства иммуноглобулиновых рецепторов клеточной поверхности идентифицировано и другое многочисленное семейство рецепторов клеточной адгезии, называемых интегринами. Интегрины участвуют в связывании с белками внеклеточного матрикса и другими белками адгезии. Во многих случаях интегрины узнают трипептид Arg-Gly-Asp и связываются с белками, содержащими его. Интегрины являются гетеродимерами, в которых каждая субъединнца предположительно содержит один трансмембранный сегмент вблизи С-конца. В каждой субъединице имеются короткий цитоплазматический домен и большой внеклеточный домен. Более крупная а-субъединица во многих случаях подвергается протеолитическому расщеплению с образованием двух полипептидных цепей, соединенных дисульфидной связью. в-субъединица содержит четыре повтора длиной 40 аминокислотных остатков каждый, богатых цистеином, которые содержат многочисленные внутрицепочечные дисульфидные связи. Обе субъединицы гликозилированы. Идентифицировано примерно 20 разных членов этого семейства рецепторов в разных типах клеток. О сходстве членов этого семейства свидетельствуют результаты перекрестного иммунохимического анализа и/или данные о гомологии аминокислотной последовательности. Примеры интегринов приведены в табл. 9.1. Показано, что эти белки связываются с множеством матриксных белков или белков адгезии, однако индивидуальные интегрины строго специфичны. Решающее значение для взаимодействия имеют трипептиды RGD, но для полного объяснения специфичности нужно привлекать и другие детерминанты.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
