Клеточная адгезия

В середине прошлого века в биологии возникает огромный интерес к проблеме клеточной адгезии. Как клетки взаимодействуют друг с другом, какие механизмы при этом задействованы? Почему этот вопрос начинает активно интересовать биологов?

В биологию был привнесен чисто технический термин – адгезия, что означает взаимодействие поверхностей. Форма клеток, состояние их взаимодействия и расположение в ткани (например, биопсийный материал, т.е. фрагмент патологической ткани, взятый у пациента) является важнейшим фактором диагноза заболевания. Гистологическое исследование долгое время, да и, пожалуй, до сих пор остается для врачей единственным достоверным способом определения патологии и стадии, на которой она находится. В результате многочисленных исследований было установлено, что клетки могут взаимодействовать друг с другом разнообразно, реализуя многочисленные механизмы. Важно, что эти данные в итоге явились основой важнейшего открытия: межклеточное пространство имеет сложное строение и организацию, и нарушение межклеточных взаимодействий приводит к развития патологического процесса. Оказалось, что клетки строят целые архитектонные сооружения, состоящие из многочисленных молекул белков, полисахаридов, липидов, которые обусловливают их взаимодействие. Их назвали ультраструктурами межклеточных контактов. Они подобно целым конструкциям соединяют клетки в ткани. Однако были найдены и небольшие образования белков между клетками, их назвали адгезивными сайтами, т.е. это места где клетки взаимодействуют опосредовано определенным ансамблям белков. Но самое главное открытие, которое состоялось во второй половине прошлого века – это идентификация макромолекулярной структуры межклеточного пространства, получившей название внеклеточного мактрикса (ВКМ). Ее обнаруживают практически во всех тканях животных, огромное количество исследователей изучают ее пространственную организацию и биологическое действие. Выходят в свет многочисленные работы, монографии, демонстрирующие результаты непосредственной связи между состоянием ВКМ и основными процессами, в которые включены клетки: ВКМ руководит их пролиферацией, дифференцировкой, апоптозом. В основном, исследователи, работающие в данной области изучая состав и строение межклеточного пространства тканей, старались найти участвующие в адгезии клеток новые белки, полисахариды. Наши зарубежные коллеги фактически полностью к началу 21 века открыли и охарактеризовали организацию межклеточного пространства тканей позвоночных животных. Они открыли множество семейств новых, ранее не изученных белков, полисахаридов, выявили гены, отвечающие за их синтез и работу, обнаружили связи, с помощью которых вся сложнейшая система макромолекулярных структур внеклеточного пространства тканей взаимодействует через плазматическую мембрану с другими супрамолекулярными системами клеток, например, цитоскелетом и, наконец, геномом. Еще в 1970 г замечательный исследователь Mina Bissel написала великолепную теоретическую статью, изданную в « J.Theoretical Biology» — How does extracellular matrix effect on gene expression? (Каким образом внеклеточный матрикс влияет на экспрессию генов?) Таких работ было много. Их наличие говорило о том, что исследовательский путь, объясняющий прохождение информационного (регуляторного) сигнала в клетку, был обозначен как возникающий из межклеточного пространства. Все ведущие биологические журналы постоянно печатали статьи по клеточной адгезии. Картина взаимодействия клеток между собой и с естественными подложками с каждым годом все более и более детализировалась. Более того, стало понятно, что при нарушении того или иного механизма клеточной адгезии возникают патологические состояния тканей: так нашли объяснения причины многих заболеваний.

Следует отметить, что все достижения наших коллег были получены исключительно за счет применения определенного методического подхода. Практически всегда для идентификации «новых» молекул адгезии применяли иммунохимический метод, т.е. молекулы адгезии находили с помощью антител к ним. Кроме того, иммунохимический метод позволял изучать локализацию адгезивных молекул в ткани, что было не менее ценно, чем их идентификация.

В нашей стране (еще в СССР) также достаточной активно изучались межклеточные контакты и адгезия. Однако, в основном, этой проблемой занимались биофизики, и поэтому методические подходы исследования отличались от подходов зарубежных коллег. В частности, у нас большой интерес вызывали вязко-упругие свойства отдельных структур межклеточных контактов, в том числе, и зоны «простого соединения», наиболее продолжительные структуры контакта двух соседних клеток, где их плазматические мембраны идут строго параллельно друг другу на расстоянии приблизительно 20нм.  В настоящее время считается, что эта самая обширная контактная поверхность представляет собой надмембранные компоненты клеточных поверхностей, и именно в этом пространстве нам удалось обнаружить новую супрамолекулярную структуру в тканях позвоночных животных.