Эпителиальная полярность является одним из примеров клеточной полярности , которая является фундаментальной особенностью многих типов клеток . Эпителиальные клетки имеют отдельные «апикальные», «латеральные» и «базальные» домены плазматической мембраны . Эпителиальные клетки соединяются друг с другом через свои боковые мембраны, образуя эпителиальные листы , выстилающие полости и поверхности по всему телу животного. Каждый домен плазматической мембраны имеет особый белковый состав, что придает им разные свойства и обеспечивает направленный транспорт молекул через эпителиальный лист. Как эпителиальные клетки генерируют и поддерживают полярность, остается неясным, но было обнаружено, что определенные молекулы играют ключевую роль.
На апикальной мембране расположены разнообразные молекулы , но лишь несколько ключевых молекул действуют как детерминанты, необходимые для поддержания идентичности апикальной мембраны и, следовательно, эпителиальной полярности. Этими молекулами являются белки Cdc42 , атипичная протеинкиназа C (aPKC), Par6 , Par3 /Bazooka/ASIP. [1] Крошки, «Звездная пыль» и белок в плотных соединениях (PATJ). Эти молекулы, по-видимому, образуют два отдельных комплекса: комплекс aPKC-Par3-Par6 «aPKC» (или «Par»), который также взаимодействует с Cdc42; и комплекс Crumbs-Stardust-PATJ «Crumbs». Из этих двух комплексов комплекс aPKC является наиболее важным для полярности эпителия, он необходим даже тогда, когда комплекс Crumbs не требуется. Crumbs - единственный трансмембранный белок в этом списке, и комплекс Crumbs служит апикальным сигналом, удерживающим апикальный комплекс aPKC во время сложных изменений клеточной формы. [ нужна цитата ]
В контексте физиологии почечных канальцев термин базолатеральная мембрана относится к клеточной мембране , которая ориентирована от просвета канальца , тогда как термин апикальная или просветная мембрана относится к клеточной мембране , ориентированной к просвету. Основная функция этой базолатеральной мембраны заключается в захвате продуктов метаболизма эпителиальными клетками для их выведения в просвет эпителия, где они выводятся из организма в виде мочи . Вторичная роль базолатеральной мембраны заключается в обеспечении рециркуляции нужных субстратов, таких как глюкоза , которые были спасены из просвета канальцев и секретированы в интерстициальную жидкость . [2]
Базальные и латеральные мембраны имеют общие детерминанты — белки LLGL1 , DLG1 и SCRIB . Все эти три белка локализуются в базолатеральном домене и необходимы для базолатеральной идентичности и эпителиальной полярности.
Как поляризуются эпителиальные клетки, до сих пор до конца не понятно. Для поддержания полярности были предложены некоторые ключевые принципы, но механизмы, лежащие в основе этих принципов, еще предстоит раскрыть.
Первый принцип – положительная обратная связь . В компьютерных моделях молекула, которая может быть связана либо с мембраной, либо с цитоплазмой, может поляризоваться, когда ее связь с мембраной подвергается положительной обратной связи: такая мембранная локализация происходит наиболее сильно там, где молекула уже наиболее сконцентрирована. С помощью аналогичных моделей исследователи показали, что эпителиальные клетки могут самособираться в богатый набор надежных биологических форм. [3] У дрожжей saccharomyces cerevisiae имеются генетические доказательства того, что Cdc42 подвержен положительной обратной связи такого рода и может спонтанно поляризоваться даже в отсутствие внешнего сигнала. У плодовой мухи Drosophila melanogaster Cdc42 рекрутируется комплексом aPKC и затем способствует апикальной локализации комплекса aPKC в вероятной петле положительной обратной связи. Т.о., в отсутствие Cdc42 или комплекса aPKC апикальные детерминанты не могут поддерживаться на апикальной мембране и, следовательно, апикальная идентичность и полярность теряются.
Второй принцип – разделение детерминант полярности. Резкое различие между апикальным и базолатеральным доменами поддерживается активным механизмом, который предотвращает смешивание. Природа этого механизма неизвестна, но она явно зависит от детерминант полярности. В отсутствие комплекса aPKC базолатеральные детерминанты распространяются в бывший апикальный домен. И наоборот, в отсутствие любого из Lgl, Dlg или Scrib, апикальные детерминанты распространяются в бывший базолатеральный домен. Таким образом, две детерминанты ведут себя так, как будто они оказывают друг на друга взаимное отталкивание.
Третий принцип – направленный экзоцитоз . Белки апикальной мембраны передаются от Гольджи к апикальной, а не к базолатеральной мембране, поскольку апикальные детерминанты служат для идентификации правильного пункта назначения для доставки везикул . Сходный механизм, вероятно, действует и на базолатеральных мембранах.
Четвертый принцип – модификация липидов. Компонент липидного бислоя, фосфатидилинозитолфосфат (PIP), может фосфорилироваться с образованием PIP 2 и PIP 3 . В некоторых эпителиальных клетках PIP 2 локализован апикально, тогда как PIP 3 локализован базолатерально. По крайней мере, в одной культивируемой клеточной линии, клетках MDCK, эта система необходима для обеспечения полярности эпителия. Связь этой системы с детерминантами полярности в тканях животных остается неясной.
Поскольку базальные и латеральные мембраны имеют одни и те же детерминанты, различие между этими двумя доменами должно определяться другим механизмом. Форма клеток и контакты представляют собой вероятный механизм. Латеральные мембраны являются местом контакта между эпителиальными клетками, тогда как базальные мембраны соединяют эпителиальные клетки с базальной мембраной , слоем внеклеточного матрикса, который лежит вдоль базальной поверхности эпителия. Определенные молекулы, такие как интегрины , специфически локализуются на базальной мембране и образуют связи с внеклеточным матриксом.
Эпителиальные клетки имеют различную форму , которая зависит от их функции в развитии или физиологии. Как эпителиальные клетки принимают определенные формы, плохо изучено, но это должно включать пространственный контроль актинового цитоскелета , который играет центральную роль в форме клеток во всех растительных клетках.
Апикальные рыла , также называемые апикальными пузырьками , представляют собой небольшие выступы цитоплазмы в просвет. Обычно они обнаруживаются в апокриновых клетках, а также могут появляться при апокринной метаплазии и изменениях столбчатых клеток в молочной железе. [4]
Все эпителиальные клетки экспрессируют молекулу трансмембранной адгезии E-кадгерин , кадгерин , который наиболее заметно локализуется в месте соединения апикальной и латеральной мембран. Внеклеточные домены молекул Е-кадгерина из соседних клеток связываются друг с другом посредством гомотипического взаимодействия. Внутриклеточные домены молекул Е-кадгерина связываются с актиновым цитоскелетом через адаптерные белки альфа-катенин и бета-катенин . [5] Таким образом, E-кадгерин образует адгезионные соединения , которые соединяют актиновые цитоскелеты соседних клеток. Адгерентные соединения являются первичными силовыми соединениями между эпителиальными клетками и имеют фундаментальное значение для поддержания формы эпителиальных клеток и для динамических изменений формы во время развития ткани. Как E-кадгерин локализуется на границе между апикальной и латеральной мембранами, неизвестно, но поляризованные мембраны необходимы для поддержания E-кадгерина в адгезионных соединениях.
Брюс Альбертс; Александр Джонсон; Джулиан Льюис; Мартин Рафф; Кейт Робертс; Питер Уолтер, ред. (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Гирляндная наука. ISBN 978-0-8153-3218-3.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )