Функции_ПАК_контактн,_рецепт_и_др

Теоретическая часть занятия.

КОНТАКТНАЯ ФУНКЦИЯ ПАК

Классификации клеточных контактов
Временные
Постоянные
Клеточно-субстратные
Межклеточные
Механические (адгезивные)
Изолирующие (плотные)
Коммуникационные: щелевые и химические синапсы

Соединительный комплекс
Изолирующий контакт
Адгезивные контакты
Коммуникационный контакт (щелевой)
Клеточно-субстратный контакт
Апикальная поверхность
Базальная поверхность
Опоясывающие десмосомы связаны с актиновыми филаментами соседних клеток
Точечные десмосомы связаны с промежуточными филаментами соседних клеток
Щелевые контакты позволяют соседним клеткам обмениваться сигнальными молекулами и ионами
Полудесмосомы связаны с промежуточными филаментами и внеклеточным матриксом
Плотные контакты (изолирующие) связаны с актиновыми филаментами, микротрубочками и внеклеточными матриксом
Изолирующие контакты очень плотно соединяют ПАК соседних клеток
.
ИЗОБРАЖЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ КОНТАКТОВ

Семейства адгезивных молекул

СЛОЖНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ – ТОЧЕЧНЫЕ ДЕСМОСОМЫ
Гомофильные взаимодействия между белками семейства кадгеринов
ПФ
Периферическая плотная пластинка
ПФ
ПМ
Десмоплакин
Плакоглобин
Плакофиллин
А
А
Соединяющие белки
А
Десмоглеин
Десмоколлин
КАМ
А
А

Точечные десмосомы

МЕХАНИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ – ТОЧЕЧНЫЕ И ОПОЯСЫВАЮЩИЕ ДЕСМОСОМЫ

Взаимодействующие ПМ
Межклеточное пространство
Полоска трансмембранных белков
Внутренний монослой липидов БЛС
Клетка 1
Клетка 2
.
Клетка 1
Клетка 2
.
200 нм
ИЗОЛИРУЮЩИЕ КОНТАКТЫ

ИЗОЛИРУЮЩИЕ КОНТАКТЫ

Изолирующий контакт
Десмосома
.
.
Актин в микроресничке
(клаудины)
Плотный контакт
(кадгерины)
(кадгерины)
Кератиновые филаменты
.
КЛЕТКА 1
КЛЕТКА 2
КЛЕТКА 3
.
.
ПРОСВЕТ КИШЕЧНИКА
Трейсерные молекулы (быстро перемещающиеся)
.

ЗНАЧЕНИЕ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ КОНТАКТОВ В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОКЛЕТОЧНОГО ЗАРОДЫША
Ч
Ч
Ч
Ч
1.5 дня
2 клетки
3.5 дня
32 клетки
Раннее развитие эмбриона мыши.
Во время дробления клетки слабо связаны друг с другом.
На стадии 8 клеток начинается экспрессия Е-кадгерина и клетки плотно соединяются друг с другом.

Пласт эпителиальных клеток
Механические контакты, ассоциированные с актиновыми филаментами
Эпителиальная трубка
ИНВАГИНАЦИЯ ЭПИТЕЛИАЛЬНОГО ПЛАСТА ВСЛЕДСТВИИ СИНХРОННОГО СОКРАЩЕНИЯ МИКРОФИЛАМЕНТОВ ОПОЯСЫВАЮЩИХ ДЕСМОСОМ В АПИКАЛЬНОЙ ЧАСТИ КЛЕТОК
ЭПИТЕЛИАЛЬНАЯ ТРУБКА ОТДЕЛЯЕТСЯ ОТ НИЖЕЛЕЖАЩЕГО ПЛАСТА КЛЕТОК
ЗНАЧЕНИЕ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ КОНТАКТОВ В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ НЕРВНОЙ ТРУБКИ

Некоторые представители суперсемейства кадгеринов
MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL, 5/E (GARLAND SCIENS, 2008)

Эпителиальная клетка
Кератиновые филаменты
Полудесмосома
БМ
Коллаген
Ламинин
Коллаген XVII
Интегрин (α6β4)
Кератин
Дистонин
Плектин
КЛЕТОЧНО-СУБСТРАТНЫЕ КОНТАКТЫ – ПОЛУДЕСМОСОМЫ

.
Патология механических контактов - пузырные дерматозы
(А). Гистологический препарат кожи при пемфигусе. Происходит образование антител к белкам механических контактов (десмоплакину, плакофиллину), в результате чего структура контакта разрушается. Образование пузыря на коже. (В). Окраска антителами при флуоресцентной микроскопии. Фиксация специфических IgG на поверхности кератиноцитов (стрелка).
В
DERMATOLOGICA SINICA 28 (2010) 1-14

Проявление пузырчатки (на примере буллезного эпидермолиза)

.
Два коннексона формируют канал между соседними клетками
Коннексон состоит из 6 интегральных белков (коннексинов)
Взаимодействующие ПМ
Канал 2 нм в диаметре
Щель
2-4 нм
.
.
.
КОММУНИКАЦИОННЫЕ КОНТАКТЫ
ЩЕЛЕВЫЕ КОНТАКТЫ

Мембраны
Большой щелевой контакт
Малый щелевой контакт

Патология коннексинов
.

КОММУНИКАЦИОННЫЕ КОНТАКТЫ
ХИМИЧЕСКИЕ СИНАПСЫ
Пассивный транспорт ионов натрия
.
.
.
.
.
.
.

ОПОРНО-СОКРАТИТЕЛЬНАЯ (ЛОКОМОТОРНАЯ) ФУНКЦИЯ ПАК

Стресс-фибриллы
Филоподии
Сократительные филаменты
Гель-подобная сборка
Параллельная плотная сборка
Кортикальные фибриллы
Варианты организации актиновых микрофиламентов в клетке на примере фибробласта

ОРГАНИЗАЦИЯ МИКРОФИЛАМЕНТОВ В ПУЧКИ АКТИНОВЫХ НИТЕЙ
Микроворсинка
F-актин
ПМ
Терминальный район
Аморфный, плотный регион
Плюс конец F-актина
ПМ
Латеральные АСБ
(миозин I, кальмодулин)
Поперечные АСБ (виллин, фимбрин)
Микроворсинки эпителия тонкого кишечника. (А) Актиновые филаменты связанные АСБ. (В) Электронная микрофотография замороженного образца и (С) обычного образца.
(А)

ОРГАНИЗАЦИЯ МИКРОФИЛАМЕНТОВ В СЕТИ АКТИНОВЫХ НИТЕЙ
ПМ обозначена серым плато на схеме

MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL, 5/E (GARLAND SCIENS, 2008)
Анкирин
Спектрин
Актин в клеточном контакте

Мембранопатии эритроцитов
* - включая случаи компаудных гетерозигот

Наследственный сфероцитоз: в периферической крови обнаруживаются маленькие сферические клетки и большие полихромные эритроциты.
Наследственный эллиптоцитоз: в периферической крови обнаруживаются эллипсовидные эритроциты.
Наследственный стоматоцитоз: в периферической крови обнаруживается множество клеток с особенностями организации ПМ. Увеличена пассивная проницаемость ПМ.

MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL, 5/E (GARLAND SCIENS, 2008)
ПРОФИЛЬ
ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ
ОРГАНИЗАЦИЯ МИКРОТРУБОЧЕК В РЕСНИЧКАХ МЕРЦАТЕЛЬНОГО ЭПИТЕЛИЯ

Схематическое изображение нормальной структуры центриоли (9/2 + 2) в поперечном сечении микрореснички
Микротрубочка А
Микротрубочка В
Аксонема
Нексин
Ось
Мост
Цилиарная мембрана
Наружная динеиновая ручка
.
Дуплет микротрубочек
Центральная микротрубочка
Междуплетная сшивка (нексин)
Центральная сшивка
Радиальная сшивка
.
Внутренняя динеиновая ручка
SCHWEIZ MED WOCHENSCHR 2000; 130; N19

Варианты организации ресничек
Электронная микрофотография ресничек в поперечном сечени. а) Нормальная ультраструктура. в) Цилиарная дискинезия (ЦД), дефект наружных и внутренних динеиновых ручек (стрелка). с) ЦД, дефект радиальных белков.
80 nm
80 nm
80 nm
EUROPEAN RESPIRATORY MONOGRAPH 2011; 54: 201-217

Электронная микрофотография микроресничек в поперечном сечении. а) Нормальное распределение, без отклонения направления биения ресничек (в пределах 11.6 градусов). в) Цилиарная дискинезия, отклонение направления биения (до 51.9 градусов).
.
JOURNAL OF CLINICAL PATHOLOGY 1989; 42: 613-619
Ориентация микроресничек мерцательного эпителия бронхов

Проявления первичных цилиарных дискинезий (ПЦД)
EUROPEAN RESPIRATORY JOURNAL, VOL.34, N6, 2009; 34: 1264-1276

РЕЦЕПТОРНО-СИГНАЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ ПАК

Виды и функции клеточных рецепторов
Мембранные:
- участвуют в транспорте через ПМ,
в клеточных контактах,
в фиксации на мембране белковых комплексов и органоидов,
в передаче сигнала в клетку и в его усилении (быстрый ответ на сигнал)
Цитоплазматические:
участвуют в передаче сигнала в ядро и в изменении активности ядерных генов (медленный ответ на сигнал)

Запуск молекулярного процесса
Ответ клетки
Внеклеточная сигнальная молекула
Мембранный рецептор
Ядро
Передача сигнала внутрь клетки
ДНК
РНК
БЫСТРЫЙ ОТВЕТ
(< сек - мин)
МЕДЛЕННЫЙ ОТВЕТ
(мин - часы)
Изменение активности уже существующих белков в клетке
Синтез новых белков
Стероидный гормон
Цитоплазматический
рецептор

АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНАЯ РЕЦЕПТОРНО-СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА (1)
Сигнальная молекула
Аденилатциклаза
Передача сигнала
ЦИТОПЛАЗМА
цАМФ
ПМ
Активированная а-субъединица G-белка
Инактивированная Протеинкиназа А
Активированная ПКА
Быстрый ответ на сигнал – фосфорилирование уже существующих белков

Работа фермента аденилатциклазы
АТФ
Пирофосфат
цАМФ
Аденилатциклаза

АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНАЯ РЕЦЕПТОРНО-СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА (2)
Активированная ПКА
ЦИТОПЛАЗМА
ЯДРО
Активированная ПКА
ДНК
иРНК
ТРАНСКРИПЦИЯ
Активация генов
Активированный (фосфорилированный) фактор транскрипции CREB
Ядерная пора
Медленный ответ на сигнал – сначала идет синтез белков,
а затем изменение их активности

ФОСФАТИДИЛ-ИНОЗИТОЛОВАЯ РЕЦЕПТОРНО-СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА
Сигнальная молекула
Активация рецептора
Активация
ФосфолипазыС
Активированная а-субъединица G-белка
Активированная а-субъединица G-белка
И3Ф
Диацилглицерол
Активация Протеинкиназы С
Открытие
гЭПС

Эффекты рецепторно-сигнальных систем
ГСБ – гуанилат-связывающий белок (G-белок); АЦ – аденилат-циклаза; ФЛС – фосфолипаза С; ФИФ – фосфатидил-инозитол фосфат; ДАГ – диацилглцерол; И3Ф – инозитол-3-фосфат; ВП – вторичный посредник; ПКА – протеин-киназа А; ПКС - протеин-киназа С; ПМ – пазматическая мембрана

ИНДИВИДУАЛИЗИРУЮЩАЯ ФУНКЦИЯ ПАК

Клеточные маркеры (антигены)
- Индивидуализирующие (групповые) маркеры - локализованы на одинаковых типах клеток у разных организмов
- Дифференцировочные маркеры - локализованы на разных типах клеток одного организма
Структура маркера кодируется аллельными вариантами определенного гена

Трансфузионно-значимые группы крови
ГРУППОВЫЕ МАРКЕРЫ

СТРУКТУРА ГРУППОВЫХ МАРКЕРОВ
Гликолипиды
Протеины
Гликопротеины

L-фукоза
N-ацетил-глюкозамин
D-галактоза
Структура антигенов А, В и Н на поверхности эритроцитов у людей с разными группами крови.
Квадрат – D-галактоза; шестиугольник – N-ацетил-галактозамин; треугольник – N-ацетил-глюкозамин; круг – L-фукоза

Прекурсор – церамид ПМ
гены
Н антиген
Н антиген не образуется
гены
Отсутствие антигенов на поверхности эритроцитов
гены
гены
гены
гены
антиген
и Н антигены
и Н антигены
и Н антигены

Частота встречаемости групп крови системы АВО
Частоты указаны для европейской популяции

Safe transfusions
From
To
A, B, O, AB
AB
B, O
B, AB
A, O
A, AB
O
A, B, O, AB
Группа крови
Плазма крови
Безопасное переливание крови
от к
Эр
АВ
В
А
О

Значение системы резус при беременности (1)
Женщина с Rh(-) группой крови, генотип:
Мужчина с Rh(+) группой крови, генотип:
Мужчина с Rh(+) группой крови, генотип:
Все дети имеют Rh(+) группу крови, генотип Dd
50% детей имеют Rh(-) группу крови, 50% детей имеют Rh(+) группу крови
D
D
D
d
d
d

Rh(-)
Rh+
Rh(-)
Rh+
Rh(-)
Rh+
Rh(-)
Rh+
Значение системы резус при беременности (2)
Трансплацентарный переход Rh(+) эритроцитов плода к Rh(-) женщине:
Сенсибилизация материнского организма (образование антител против белка Rh)
Трансплацентарный переход антител
Гемолитическая болезнь плода

ГКС – группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, необходимые для распознавания чужеродных клеток
Эти маркеры экспрессируются на поверхности всех ядросодержащих клеток
У человека они называются HLA-антигены
Каждый человек имеет минимум 12 генов системы HLA, они содержат большое число аллелей, каждый из которых не доминирует над другими
HLA система, расположенная в виде группы сцепленных генов на хромосомах родительского происхождения, называется гаплотипом
Крайне невероятно, что два неродственных человека будут иметь идентичные наборы аллелей этих генов (эти различия обуславливают сложности в подборе идеального донора при пересадке органов)
ДИФФЕРЕНЦИРОВОЧНЫЕ МАРКЕРЫ – МАРКЕРЫ ГЛАВНОГО КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ

Комплекс сцепленных генов HLA
Хромосома 6
ГКС класса 2
ГКС класса 1
Маркеры первого класса ГКС расположены на поверхности всех соматических клеток и необходимы для дифференцировки нормальных клеток от чужеродных:
зараженных вирусами, внутриклеточными бактериями или простейшими;
трансформированных опухолевых клеток;
трансплантатов
Маркеры второго класса ГКС расположены на поверхности клеток иммунной системы (макрофагах и дендритных клеток) и необходимы для взаимодействия этих клеток с другими в процессе иммунного ответа

Количество аллелей генов системы HLA
CLINICAL AND TRANSLATIONAL MEDICINE 2013; 2:6

Биологическое и медицинское значение системы HLA
Подбор доноров органов или костного мозга перед трансплантацией
Определение отцовства
Идентификация генетической предрасположенности ко многим заболеваниям
Расчет риска развития болезней в семье
Антропологическая характеристика разных рас и этнических групп
Изучение работы иммунной системы

Функция родства (узнавания)
распознавание сигналов
образование клеточных контактов

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА В АЛЬБОМЕ

Задание для стоматологического факультета по теме «Транспортная функция ПАК»
Составить «Схему видов транспорта через ПАК» (транспорт молекул и ионов – виды;; цитоз – виды).
Нарисовать «Схему работы Na+/ K+ -насоса» : указать ПМ, ЦП; количество ионов Na+ и K+, транспортируемых из и в клетку за 1 цикл; обозначить количеством знаков «+» поляризацию ПМ как результат работы насоса.

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЙ В АЛЬБОМЕ
Тема
«Функции поверхностного аппарата клетки (контактная, рецепторно-сигнальная)».
Задания для лечебного, педиатрического и стоматологического факультетов.

Нарисовать с таблицы на следующем слайде
«Схема аденилатциклазного пути передачи сигнала через плазматическую мембрану»

АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНАЯ РЕЦЕПТОРНО-СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА
Сигнальная молекула
Аденилатциклаза
Передача сигнала
ЦИТОПЛАЗМА
цАМФ
ПМ
Активированная а-субъединица G-белка
Инактивированная Протеинкиназа А
Активированная ПКА
ПКА фосфорилирует белки

Нарисовать с таблицы на следующем слайде
«Схема фосфатидилинозитоловой системы»

ФОСФАТИДИЛ-ИНОЗИТОЛОВАЯ РЕЦЕПТОРНО-СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА
Сигнальная молекула
Активация рецептора
Активация
ФосфолипазыС
Активированная а-субъединица G-белка
Активированная а-субъединица G-белка
И3Ф
Диацилглицерол
Активация Протеинкиназы С
Открытие
гЭПС

Изобразить со схемы на следующем слайде
«Схема работы синаптического контакта»
Указать
аксон и дендрит /мышечное волокно,
пре- и постсинаптическую мембрану,
синаптическую щель,
Na+/ K+ -насос,
Ca2+-канал,
МТ в аксоне,
индуцируемый экзоцитоз нейромедиатора,
рецепторы к нейромедиатору.

«Схема работы синаптического контакта»
Пассивный транспорт ионов натрия
.
.
.
.
.
.
.

Изобразить со схемы на следующем слайде
«Схема строения контактов: механических, изолирующих, коммуникационных».
Подписать на схеме виды контактов и их основные компоненты.