Термины

Межклеточные взаимодействия

Межкле́точные взаимоде́йствия (межклеточные коммуникации), процессы, обеспечивающие обмен информацией между , необходимый для интеграции их функций и формирования

Взаимодействие между отдельными клетками у можно наблюдать, например, у , входящих в состав бактериальной плёнки. В организме межклеточные коммуникации обеспечивают качественный переход от клеточного уровня организации к тканевому. Взаимодействия вида «клетка – клетка» (cell-cell) и «клетка – » (cell-ECM) играют ключевую роль в существовании многоклеточных организмов. Ошибки взаимодействия приводят к нарушению организма, , , и другим заболеваниям.

Объекты и методы исследования межклеточных взаимодействий

Сегодня одними из наиболее интересных объектов для изучения межклеточных взаимодействий являются клетки , отличающиеся разнообразием видов и (, обеспечивающих взаимодействие между ними), а также клетки, коммуникации которых между собой и с окружающими клетками опосредованы широким перечнем меняющихся факторов. Исследования в области моделирования межклеточных взаимодействий позволяют понять принципы проектирования и разработать новые методы и ряда других заболеваний.

На смену традиционным подходам в изучении межклеточных взаимодействий в последние годы пришли методы микрофлюидики – отрасли, которая занимается изучением малых объёмов жидкостей и способов манипуляции ими. Микрофлюидные чипы позволяют работать с отдельными клетками и их группами в 2D- и 3D-среде, в том числе для исследования взаимодействий вида cell-ECM и получения ткане- и органоспецифических конструкций. Таким образом, речь идёт о создании , с помощью которых можно исследовать различные эффекты клеточных взаимодействий .

Виды межклеточных взаимодействий

Выделяют контактные и гуморальные межклеточные взаимодействия.

Контактные межклеточные взаимодействия

Разные типы тканей отличаются друг от друга по количеству, типу клеток и расстоянию между ними. Архитектура ткани у поддерживается белками, которые обеспечивают плотный контакт между клетками () и межклеточные коммуникации. Ключевую роль среди молекул адгезии играют – трансмембранные белки животных, связывающие клетки с внешними структурами и сигнальными () и способные передавать информацию в обоих направлениях. Интегрины также отвечают за феномен , наблюдаемый у мигрирующих клеток и, в частности, определяющий тканей и . К белкам адгезии также относятся (кальцийзависимые белки) и (связываются с углеводными структурами ). Плотные адгезивные контакты могут влиять на форму клеток, изменение её функциональных характеристик и . Межклеточные взаимодействия, возникающие при этом, определяют в процессах и играют ключевую роль в поддержании тканевого у взрослых организмов.

Контактные межклеточные взаимодействия определяются также типом , в зависимости от которых может меняться вид медиатора и других транспортируемых веществ. Некоторые контактные межклеточные соединения подразумевают межклеточную коммуникацию даже на некотором расстоянии. Туннельные нанотрубки и цитонемы могут достигать длины в несколько диаметров клетки, позволяя участникам коммуникации обмениваться сигнальными белками и даже целыми (раковые клетки могут передавать по туннельным нанотрубкам, что вместе с транспортируемыми таким же образом влияет на экспрессию генов клетки-получателя и активирует процессы ).

Гуморальные межклеточные взаимодействия

Выделяют три основных вида межклеточных взаимодействий, осуществляемых при помощи медиаторов – сигнальных соединений:

  • Аутокринные коммуникации: цитокин (или иной медиатор) вырабатывается клеткой, имеющей к этому же соединению. Таким образом, клетка общается «сама с собой» и другими клетками того же типа (гомотипическое межклеточное взаимодействие). Например, вырабатывают провоспалительные цитокины, обеспечивающие аутокринное стимулирующее действие на аналогичные клетки иммунной системы.

  • Паракринные коммуникации подразумевают участие, как минимум, двух типов клеток (гетеротипическое межклеточное взаимодействие): одни клетки вырабатывают цитокин (или иной медиатор), а другие клетки не умеют его производить, но имеют нужные рецепторы. Такой тип коммуникаций характерен для контроля работы клеток в пределах одного органа.

  • При юкстакринных коммуникациях одна из взаимодействующих клеток обладает связанным с , а другая – специфическим рецептором. Сигнальное соединение не вырабатывается ни одной из них, но, когда достигает их, запускает процесс межклеточного взаимодействия. Примером является взаимодействие между рецептором и молекулами на поверхности .

Разнообразие и эволюция межклеточных коммуникаций

Все указанные виды коммуникаций могут сочетаться в различных комбинациях с участием разных типов клеток и нескольких видов медиаторов, что обеспечивает многоклеточным организмам широту возможных реакций. Примером эффективной межклеточной коммуникации, сочетающей в себе контактные и гуморальные способы взаимодействия, является – область передачи сигнала между двумя . Иммунная система у в процессе обеспечения иммунного ответа формирует также (супрамолекулярные активирующие кластеры), обеспечивающие взаимодействие между и клетками-мишенями (антигенпрезентирующими клетками).

Клетки взаимодействуют между собой в пределах локальной ниши, размер которой определяется способностью медиатора. Например, для цитокинов и иммунных клеток размеры этой ниши составляют 30–150 мкм. Для взаимодействия отдельных ниш существуют определённые механизмы, в основе которых могут лежать количество простимулированных клеток в данной области (например, у при потере заданного количества ), продолжительность межклеточной коммуникации (например, длительность существования связи между комплекса гистосовместимости и рецепторами Т-клеток) и другие факторы.

Следующим этапом развития коммуникаций у многоклеточного организма стало формирование , благодаря которой появилась возможность передавать медиаторы на большие расстояния, запуская сходные процессы в разных удалённых системах и органах.

Редакция биологических наук
  • Клетки живых организмов