Junctional structures maintain the integrity of the endothelium. Recent studies have shown that, as well as promoting cell–cell adhesion, junctions might transfer intracellular signals that regulate contact-induced inhibition of cell growth, apoptosis, gene expression and new vessel formation. Moreover, modifications of the molecular organization and intracellular signalling of junctional proteins might have complex effects on vascular homeostasis.
Рис.1. | The organization of endothelial cell–cell junctions.
Рис.2. | Modulation of VEGFR2 signalling by VE-cadherin.
Рис.3. | VEGF signalling in confluent and sparse endothelial cells.
Box 3 | Mice vascular phenotypes produced by null mutations in endothelial junctional components
VE-cadherin
Embryos that are null for Cdh5, which encodes vascular endothelial cadherin (VE-cadherin), present significant defects in vascular remodelling and die in utero within 9.5 days after fertilization61. Although early phases of vascular development can occur, later stages are severely affected: vessels collapse, regress and large haemorrhages occur. The ENDOCARDIUM is markedly altered and cells detach from the matrix and form aggregates in the endocardial cavity.
β-catenin
Embryos that are null for the -catenin gene, Ctnnb1, die within 11.5 days of fertilization, but early phases of VASCULOGENESIS and angiogenesis are not affected76. However, the vascular patterning is altered and, in many regions, the vessel lumen is irregular, with lacunae and haemorrhages occurring at bifurcations. In cultured Ctnnb1-null endothelial cells, junctions are weaker, and desmoplakin substitutes, in part, for -catenin in binding plakoglobin, which leads to a different molecular composition of junctions. These structures are weaker than adherens junctions and might therefore result in vascular deformation and fragility when they are exposed to sustained blood flow.
N-cadherin
Embryos that are null for Cdh2, which encodes N-cadherin, die 10.5 days after fertilization107. This mutation mostly affects the development of the heart tube, but blood vessels in the yolk sac are also altered.
Desmoplakin
Dsp-null embryos die in utero with significant heart, neuroepithelium and skin epithelium defects108. However, they also have a reduced number of capillaries, which has been attributed to the weakening of endothelial cell–cell adhesion.
Density enhanced protein-1
Embryos that express an inactive mutant of Ptprj, which encodes density enhanced protein-1 (DEP1; also known as CD148), die in utero77. The overall vascular network is profoundly altered; vascular lumina are markedly enlarged and endothelial cells have a higher proliferation rate. These defects are consistent with a role for DEP1 in contact-induced inhibition of endothelial cell growth.
Claudin-5
No morphological defects are seen in the vasculature of embryos that are null for Cldn5, but there is a selective postnatal loss of the properties of the blood–brain barrier, which leads to death a few hours after birth19.
Occludin
There is no apparent vascular phenotype in Ocln-null embryos109.
Platelet endothelial cell adhesion molecule
There are no detectable developmental vascular defects in Pecam-null embryos. Inflammatory angiogenesis is reduced in the adult110, 111.
Табл.1Junctional proteins with transcriptional/signalling activity
Эндотелиальные клетки являются одним из главных клеточных составляющих кровеносных сосудов и одним из наиболее важных их свойств является отделение крови от подлежащих тканей. Эти клетки функционируют как привратники, контролирующие инфильтрацию белков крови и клеток в стенку сосудов. Эти уникальные характеристики достигаются благодаря специализированной трансцеллюлярной системе везикулярного транспорта и скоординированному открытию и закрытию межклеточных соединений1,2. Специализированная трансцеллюлярная система пузырьков включает органеллы эндотелиальных клеток, известные как vesiculo-vacuolar органеллы, которые участвуют в регулируемом транс-эндотелиальном прохождении растворимых макромолекул. Эти системы м. тонко регулироваться для поддержания интегральности эндотелия и для защиты сосудов от любого неконтролируемого увеличения проницаемости, воспаления или .
Однако, важной и новой концепцией является то, что межклеточные соединения являются не только местами прикреплений между эндотелиальными клетками, но они м. функционировать также и как сигнальные структуры, сообщающие клетке о её положении, границах роста и апоптозе, и регулировать сосудистый гомеостаз в целом. Следовательно, любые изменения в организации соединений м. иметь сложные последствия, которые будут нарушать эндотелиальные реакции с элементами крови или модифицировать нормальную архитектуру стенки сосудов.
Соединительные комплексы запускают внутриклеточную передачу сигналов разными способами. Они м. делать это непосредственно, ангажируя сигнальные белки или рецепторы факторов роста или косвенно, путём связывания и удерживания транскрипционных факторов на клеточной мембране, тем самым, ограничивая их транслокацию в ядро3-6.
Обзор посвящен роли эндотелиальных соединений в специфичных для эндотелия функциях , таки х как , контроль проницаемости, лейкоцитарный и реакция на кровоток.
The organization of endothelial junctions
В противоположность многим тапам эпителиальных клеток эндотелиальные клетки имеют менее жестко организованные соединения. ЭМ картины показывают, что межклеточные контакты между эндотелиальными клетками часто сложны и что имеются существенное количество перекрываний между клетками (Рис. 1).
Types of junction.
Как и эпителиальные клетки, эндотелиальные клетки имеют специализированные области соединений, которые сравнимы с (AJs) и (TJs). Однако. в то время как в большинстве эпителиальных клеток TJs концентрируются на наиболее апикальной стороне межклеточной щели, в эндотелии TJs чаще всего перемешаны с AJs на всём протяжении расщелины между клетками7<. Более того в противоположность эпителиальным клеткам, эндотелиальные клетки лишены 8. Однако, определенные типы эндотелиальных клеток, такие как те, что в лимфатической системе или венах, имеют десмосомо-подобные структуры, которые наз. adhaerentes, и которые содержат некоторые из компонентов эпителиальных десмосом, такие как plakoglobin и desmoplakin, которые ассоциированы с сосудистым эндотелиальным ()9. Причины, по которым эти структуры присутствуют в лимфатической системе, ещё неясны, но возможно, что они лучше отвечают, чем AJs и TJs нуждам динамического прохождения жидкостей и клеток.
TJs и AJs формируются разными молекулами, но обладают общими свойствами (Box 1; Рис. 1). В соединениях обоих типов независимо от типа клеток адгезия обеспечивается трансмембранными белками, которые способствуют гомофильным взаимодействиям и формируют околоклеточные структуры, подобные застежке молнии по краю клетки10-17. Эндотелиальные клетки экспрессируют специфические для типа клеток трансмембранные адгезивные белки, такие как VE-cadherin в AJs18 и в TJs19. Ограниченность клеточной специфичности эти х компонентов указывает на то, что они м.б. необходимы для селективного межклеточного распознавания и/или специфических функциональных свойств эндотелиальных клеток.
Благодаря своим цитоплазматическим хвостам адгезивные белки соединений связаны с цитоскелетом и сигнальными белками, они делают возможным закрепление адгезивных белков на актиновых микрофиламентах и перенос внутриклеточных сигналов внутрь клетки3-6. Ассоциация с актином необходима не только для стабилизации соединений, но и также для динамической регуляции открытия и закрытия соединений. Кроме того, взаимодействие адгезивных белков соединений с актиновым цитоскелетом м. иметь отношение к к поддержанию формы и полярности клеток2,20-22.
Помимо действия в качестве адапторов по обеспечению связывания адгезивных белков с актином, некоторые внутриклеточные junctional белки, когда они высвобождаются из соединений, транслоцируются в ядро и модулируют транскрипцию3,23,24 (Табл. 1). Др. характеристикой некоторых белков соединений является то, что они м. функционировать в качестве поддержек (scaffolds), соединяя некоторые эффекторные белки и облегчая их реципрокное взаимодействие. Типичным примером является компонент TJ zona occludens-1 (), который м. ассоциировать со многими трансмембранными белками, такими как claudins, occludin или адгезивными молекулами соединений (junctional adhesion molecules ()); с цитоскелетными связывающими белками, такими как cortactin, cingulin, α- и хотя и непрямо, с vinculin и α-actinin; с др. -содержащими белками, такими как ; или с сигнальными медиаторами, такими как (ZO1-associated nucleic-acid binding)3,25,26 (Box 1; Table 1).
Множество данных подтверждают идею, что AJs и TJs взаимосвязаны и что AJs м. влиять на организацию TJ. AJs формируются на более ранних ст. межклеточных контактов и в конечном счёте сопровождаются формированием TJs. Некоторые TJ компоненты, такие как ZO1 обнаруживаются в AJs на ранних стадиях образования соединений и концентрируются в TJs только впоследствии, когда соединения стабилизированы27. В некоторых, но не во всех28, клеточных системах блокирование AJs ингибирует корректную организацию и TJs29.
Организация соединений варьирует по составу и морфологическим свойствам по длине , по способу, который связан с дифференциальными режимами проницаемости. AJs повсеместны во всех типах сосудов. Напротив, TJs плохо организованы в динамических и быстро обменивающихся между кровью и тканью сосудах, как это наблюдается в пост-капиллярных венулах, но чрезвычайно сложны, где проницаемость строго контролируется, как это наблюдается в микрососудах головного мозга
30.
Nectin, afadin, PECAM and S-endo-1.
Важную роль в организации и AJ и TJ играет – система, которая описана в основном на эпителиальных клетках (Box 1). Нектин является членом и сцеплен внутри клетки с afadin (известным также как AF6), a через afadin с ponsin и actin31. Этот комплекс необходим для образования AJ, но и afadin и nectin м. также взаимодействовать с TJ белками, такими как ZO1 и JAMs, это указывает на то, что они м. также играть роль в образовании TJ32.
Помимо специализированных junctional структур эндотелиальные клетки экспрессируют и др. клеточно-специфические белки гомофильной слипчивости на межклеточных контактах. Лучше всего изучены platelet endothelial cell adhesion molecule (; известные также как CD31) (Box 1; Рис. 1) и (известны также как Muc18 или CD146), обе принадлежат к семейству immunoglobulin. PECAM присутствуют также в лейкоцитах и тромбоцитах, а S-endo-1 в гладкомышечных клетках33-35, но и PECAM и S-endo-1 отсутствуют в эпителии.
Signals and endothelial homeostasis
У взрослых физиологическое состояние эндотелиальных клеток сходно с их состоянием in vitro агрегации. В этих условиях клетки находятся в состоянии контактного ингибирования своего роста, защищены от апоптоза и полностью контролируют проницаемость.
Напротив, когда эндотелиальные клетки растут - напр., во время ангиогенеза - то их поведение сравнимо с тем, которое наблюдается in vitro в sparse/subconfluent клетках, которые в свою очередь ведут себя сходно с фибробластами или др. мезенхимными клетками. Они удлиняются, высоко подвижны и чувствительны к стимуляции факторами роста. Когда они достигают слияния (confluence) и их соединения становятся организованными, они теряют способность отвечать на ростовые факторы и переключаются на покоящееся состояние36,37. Эти наблюдения говорят в пользу роли junctional белков в поддержании клеток в покоящемся состоянии. Подтверждением этого является то, что после сосудистого повреждения и разрыва межклеточных контактов эндотелиальные клетки снова приобретают способность отвечать на ростовые стимулы и мигрируют в область раны (Box 2).
Недавно стало возможным определять некоторые из сигнальных путей, которые активируются при сборке соединений. В течение минут после инициально межклеточного контакта junctional белки запускают быстрые и коротко-живующие реакции38,39, которые важны для быстрых сообщений о позиции клетки. Затем, как только соединение установлено, junctional белки м. передавать прерывистые и длительные сигналы, которые вносят вклад в стабилизацию клеточного монослоя22,40.
Contact inhibition of cell growth.
Cadherins участвуют в контакт-индуцированном ингибировании роста клеток. Снижение экспрессии кадхеринов связано с негативным прогнозом у раковых пациентов и с повышенной клеточной инвазией13. Контакное ингибирование роста обусловлено, по крайней мере, частично индукцией ареста клеточного цикла в G1 фазе в результате дефосфорилирования retinoblastoma белка, повышением уровней -зависимого киназного ингибитора , и позднее редукцией уровней cyclin D1 41-44. Эти эффекты м.б. в свою очередь обусловлены способностью кадхеринов взаимодействовать с на клеточной мембране и тем самым ограничивать их транслокацию в ядро. В ядре β-catenin активирует транскрипцию D1 и , и т.о. ингибирование их активности м. косвенно ограничивать рост23,45-47 (Табл. 1).
Однако, эта модель не м. объяснить все опубликованные наблюдения. Напр., в разбросанных клетках, β-catenin остаётся ассоциированным с cadherins, но клетки не ингибируют своего роста. Это м.б. объяснено тем фактом, что даже небольшое - а в некоторых случаях не обнаружимое - увеличение уровней ядерного β-catenin м.б. достаточным для достижения активации транскрипции43. Альтернативно, имеются доказательства присутствия функционально разграниченных пулов β-catenin, которые вовлечены в адгезию и передачу сигналов, и которые м. регулироваться независимо46. Мы недавно нашли, что эндотелиальные клетки, которые являются нулевыми по гену CDH5, который кодирует VE-cadherin, теряют контактное ингибирование клеточного роста и достигают более высоких плотностей , чем CDH5-позитивные клетки40. Экспрессия и кластрирование VE-cadherin строго редуцирует клеточную реакцию на vascular endothelial growth factor (). Это действие, по-видимому, обусловлено ассоциацией VE-cadherin с VEGF receptor-2 (; известным также как FLK1 (fetal liver kinase-1) или KDR (kinase insert domain containing receptor)) и с density enhanced phosphatase-1 (; известной также как CD148), которая вызывает дефосфорилирование рецептора в ответ на активацию рецептора его лигандом (Рис. 2).
Др. рецепторы факторов роста, такие как fibroblast growth factor receptor-1 () и epidermal growth factor receptor (), м. взаимодействовать с нейрональным cadherin () и epithelial cadherin (), соотв.38,48,49, это указывает на то, что феномен м. не быть эксклюзивным для VE-cadherin и VEGFR2, и м. рассматриваться как общая модель. Следовательно, кадхерины м. скорее подобно интегринам50, формировать мультипротеиновые комплексы с рецепторами ростовых факторов и модулировать их активацию и/или стабильность на клеточной мембране. Однако, эта общая модель, по-видимому, является таковой, что в то время как интегрины обычно функционируют синергично с рецепторами факторов роста и способствуют пролиферации и подвижности сигналов, то function synergistically with growth-factor receptors and promote VE- или E-cadherins вместо этого ограничивают рост. Возможно, что когда клетки разбросаны и их соединения дизорганизованы, то ассоциация рецепторов факторов роста с интегринами превалирует. Напротив, после того как клетки соединяются - и если соединения полностью стабилизированы - то рецепторы ростовых факторов преимущественно ассоциируют с кадхеринами, которые в свою очередь будут ослаблять пролиферативные сигналы.
Однако, исключением из этого правила является N-cadherin. В опухолевых клетках N-cadherin ассоциирует с повышенной инвазивностью клеток51. Интересно, что его ассоциация с FGFR1 поддерживает рецептор на мембране, тем самым ингибируется его интернализация и индуцируется состояние непрерывной клеточной активации48. М. предполагать, что т.к. N-cadherin рекрутируется не на эндотелиальные межклеточные соединения, а на сайты, где эндотелиальные клетки встречают (Box 1;Рис. 1), N-cadherin-обусловленное вовлечение FGFR1 д. способствовать эндотелиальной подвижности и удлинению сосудов52.
Помимо ассоциации с рецепторами ростовых факторов кадхерины такж обнаруживают ко-преципитацию с сигнальными медиаторами, такими как: Src-семейство киназ; фосфатазами, такими как протеин тирозин фосфатазы μ и B (PTPμ and PTPB) и Src-homology-2 (SH2)-домен-содержащим белком tyrosine phosphatase-1 (), и т.д.40,53-56; и с адапторным белком SHC (SH2-domain-содержащим белком), который участвует в активации RAS. SHC м. непосредственно соединяться с цитоплазматическим хвостом VE-cadherin, но только после нескольких мин. активации с помощью VEGF. Соединение SHC с VE-cadherin ассоциировано с дефосфорилированием SHC, указывая тем самым, что кадхерины м. функционировать путём секвестрации SHC, при этом обеспечивается его дефосфорилирование и снижение активации RAS белков57. Т.к. передача сигналов RAS к extracellular-signal-regulated kinase/mitogen-activated protein kinase (ERK/MAPK), как известно, является важным путём, способствующим росту, то это д. эффективно ослаблять пролиферацию.
Обстоятельные доказательства показывают, что TJ белки также м. вносить вклад в ингибирование роста confluent культур3, но механизм действия и молекулы, которые участвуют в этом, остаются неизвестными. Транскрипционный фактор ZONAB накапливается или в клеточных соединениях или в ядре в зависимости от степени соединения клеток. ZONAB способствует клеточной пролиферации, по крайней мере, частичо путём взаимодействия с cyclin-dependent kinase-4 (). Точно также как и случае ситуации с β-catenin, ZONAB соединяется с ZO1 в TJs в confluent культурах и м. восстанавливать его способность достигать ядра и тем самым м. косвенно ингибировать клеточную пролиферацию58. Др. возможным путём передачи сигналов, супрессирующих пролиферацию, м.б. путь, запускаемый с помощью TJs. ZO1 м. непрямо ассоциировать с β-catenin59, возможно секвестрируя его от ядра. В эпителиальных клетках экспрессия делеционных мутантов ZO1 вызывает переход к мезенхимному туморогенному фенотипу60, вероятно благодаря модуляции передачи сигналов β-catenin. TJ компоненты м. взаимодействовать также с членами семейства RAS и с RAS эффекторами, которая участвуют в регуляции клеточного роста
3.
PECAM также участвует в контроле клеточного роста. Интересно, что этот белок м. связывать β-catenin и ограничивать его транскрипционную активность32,33. Следовательно, хотя PECAM и локализован вне AJs, он м. обладать активностью, которая сходна с той, что имеется у VE-cadherin.
Protection from apoptosis.
В нормальной сосудистой сети покоящиеся эндотелиальные клетки защищены от про-апоптических стимулов. Вовлечение кадхерина вызывает активацию phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), вероятно с помощью поставки энзима на мембрану39. Активация этого пути в эндотелиальных клетках ведет к фосфорилированию AKT/protein kinase B (PKB) и ингибированию апоптоза61,62. В этих клетках PI3K активация с помощью VEGFR2 усиливается за счёт VE-cadherin61. Ассоциация VEGFR2 с VE-cadherin является, следовательно, ожидаемым понижением его способности индуцировать пролиферацию, но увеличивает его анти-апоптическую активность. Это указывает на то, что эффект VE-cadherin сложен и что этот белок м. управлять предачей сигналов VEGFR2 по специфическим путям, ингибируя при этом др. Возможным объяснением этого является то, что фосфатазы, которые ассоциированы с VE-cadherin, такие как DEP1, м. дефосфорилировать некоторые специфические остатки тирозина в хвосте рецептора, но не др.40. Это б. ингибировать взаимодействие рецептора с некоторыми эффекторами, не затрагивая др. пути. Напр., специфические тирозины необходимы для связывания и активирования phospholipase Cγ (PLCγ), которая затем запускает пролиферацию63. Однако, эти тирозины д.б. неподходящими для связывания и активирования PI3K. Следовательно, в confluent эндотелиальных клетках, где VE-cadherin концентрируется на соединениях, VEGFR2 будут преимущественно передавать сигналы через PI3K для выживания. Напротив, в разбросанных клетках или в клетках, лишенных VE-cadherin, VEGFR2 будут в основном способствовать клеточному росту (Рис. 2; Рис. 3), возможно путём рекрутирования PLCγ.
Др. junctional белки защищают эндотелиальные клетки от апоптоза. PECAM, который принадлежит к семейству immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif (ITIM), м. активировать AKT/PKB32, а также супрессировать зависимый от митохондрий апоптоз64, путём супрессии высвобождения BAX-индуцируемого cytochrome c, активации каспаз и фрагментации ядра - т.е. всех признаков апоптоза. Эта активность нуждается в PECAM, чтобы сформировать гомофильные контакты, чтобы собрать в кластеры межклеточные контакты и рекрутировать phosphatase SHP2 (Ref.64). Выдвигается гипотеза, что сигнальный комплекс PECAM-SHP2 м. модулировать или локализацию или состояние активации пред-существующих про-апоптических компонентов на пути клеточной гибели.
Actin reorganization and epithelial-mesenchymal transition.
Нормальные эндотелиальные клетки имеют типичную булыжнико-образную ('cobblestone') морфологию в соединённом состоянии с эпителиоидным фенотипом. Напротив, когда клетки разъединены или межклеточные соединения разрушены, то превалирует фибробластоидная/мезенхимная морфология (Box 2). Установление межклеточных контактов, по-видимому, делает возможным перенос внутриклеточных сигналов, которые м. вызывать изменения в организациии цитоскелета, форме и полярности клеток. Cadherins, и особенно VE-cadherin, являются важными детерминантами перехода от распластанной эпителиоидной морфологии к фибробластоидной - т. наз. epithelial-mesenchymal transition (EMT)22. Эти изменения сопровождаются изменением формы актиновых филамент и увеличением количества винкулин-позитивных .
Важными эффекторами EMT являются 65,66. В эндотелиальных и эпителиальных клетках образование кластеров кадхерина индуцирует устойчивую активацию RAC и ингибирование RHO4. Механизм активации RAC всё ещё спорный, он варьирует в зависимости от типа клеток. В клетках Madin-Darby canine kidney (MDCK) он нуждаетвся в активации PI3K с помощью cadherins; в кератиноцитах в передаче сигналов EGFR4. В эндотелии VE-cadherin вызывает локализацию на мембране TIAM22, RAC-специфического , который обеспечивает активацию RAC67. В эпителиальных клетках ингибирование RHO обеспечивается с помощью GTPase-activating protein (GAP) p190RHO GAP и скорее всего, что этот механизм сходен и работает также и в эндотелиальных клетках68.
The response to blood flow.
Специфической характеристикой эндотелиальных клеток является то, что они постоянно подвергаются воздействию кровотока. Гемодинамические силы вызывают сложные реакции в эндотелиальных клетках с активацией или подавлением генов и хроническим реструктуированием кровеносных сосудов. Изменения в организации цитоскелета и формы клеток являются очень быстрыми и заметными модификациями, вызываемыми кровотоком в эндотелии. Важным вопросом является, как эндотелиальные клетки превращают механические сигналы в биологические реакции. Некоторые мембранные белки действуют как механосенсоры, но недавно было установлено, что VE-cadherin и PECAM обнаруживают специфические активности в ответ на воздействие на клетку сдирающего (shear) стресса69,70. PECAM м.б. быстро фосфорилирован в ответ на shear стресс, связывая SHP2 и обеспечивая активацию ERK/MAPK70. Shear стресс индуцирует ассоциацию VE-cadherin с VEGFR2 - в отсутствие VEGF - это необходимо для shear-зависмой экспрессии генов69. Эти данные строго указывают на то, что соединения между эндотелиальными клетками скорее всего являются местами восприятия механических сигналов и передачи сигналов от shear-стрессов.
Junctional proteins and new vessels
Если мы примем идею, что соединения опосредуют 'stabilization' сигналы и поддерживают покоящееся состояние эндотелиальных клеток, то вполне возможно, что эти сигналы ослабляются и что соединения становятся частично дизорганизованными, когда эндотелиальные клетки мигрируют и пролиферируют, как это происходит во время образования новых сосудов (Рис. 4). Однако, этот процесс д.б. тонко контролируемым. Если соединения были полностью разобраны, то побочные эффекты этого - такие как усиление апоптоза и неконтролируемая пролиферация клеток - будут превалировать и приводить к регрессии вновь образуемых сосудов71.
В подтверждение обратных взаимоотношений между силой соединений и образованием новых сосудов, м. привести то, что ангиогенез часто сопровождается увеличением проницаемости сосудов72,73. VEGF индуцирует фосфорилирование тирозина VE-cadherin и β-catenin74, эффект, который, по-видимому, обеспечивается с помощью SRC-family kinases75. Фосфорилирование тирозина в комплексе cadherin-catenin сопровождается снижением силы соединений и увеличением проницаемости. Возможно, что в эндотелии микрососудов - который имеет плохо организованные соединения - VEGF м.б. ответственным за эту дизорганизацию и за запуск контактного ингибирования роста клеток.
Исследования трансгенных мышей оказались информативными для понимания роли соединений в ангиогенезе и васкулогенезе. Инактивация генов. кодирующих определенные AJ белки, такие как VE-cadherin61, β-catenin76 или DEP1 (Ref. 77), заметно ингибируют нормальное развитие сосудов у эмбрионов. Напротив, в отсутствие некоторых TJ белков, таких как occludin78 или claudin-5 (Ref.19), сосудистая система м. формироваться как обычно, но возникают проблемы с контролем сосудистой проницаемости для жидкостей или циркулирующих клеток у взрослых (Box 3).
Роль cadherins, catenins и ассоциированных с ними партнёров в ангиогенезе сложна и возможно связана с их сигнальными свойствами. Помимо их роли в пролиферации и апоптозе, junctional белки м. также участвовать в сосудистом tubulogenesis. Во время развития сосудистой системы эндотелиальные клетки формируют трубочки, переключаясь между фибробластоидным/миграторным состоянием, при котором отсутствует большая часть апикально-базальной полярности, и эпителиоидным состоянием, при котором они формируют межклеточные сосединения и образуют apical-lumenal поверхность79-84. Соединения играют роль в регуляции клеточной полярности посредством перестройки цитоскелета и образования апикальной и базальной поверхностей, которые необходимы для детерминации просвета. Активация RAC с помощью кластрирования cadherin м.б. ключевым событием в этой системе, т.к. блокирование активности RAC предупреждает образование просвета, сборку капилляров и сосудистый морфогенез79. В эпителиальных клетках TJs участвуют в биогенезе апикальных мембран, возможно посредством поставки компонентов полярности CRUMBS, PALS1 и PAR3-PAR6-aPKC (atypical protein kinase C) комплекса3. Комплекс PAR3-PAR6-aPKC м. соединяться с JAM-A в эпителиальных и эндотелиальных клетках80,81. Некоторые примеры из др. моделей tubulogenesis, такие как трахейная система у Drosophila melanogaster, подтверждают гипотезу о важной роли TJs и др. junctional структур в слиянии трубок ), а также в формировании и контроле размеров просвета82-84.
Endothelial junctions and leukocyte diapedesis
и сопровождаются слипанием лейкоцитов со стенкой кровеносных сосудов и их последующей инфильтрацией в подлежащую ткань. Этот последний процесс регулируется с помощью т.наз. трансцеллюлярного и парацеллюлярного пути. Трансцеллюлярный путь обеспечивает прохождение лейкоцитов через эндотелиальную цитоплазму, возможно с помощью vesicular/canalicular системы. Этот путь описан в деталях на морфологическом уровне85, но мало известно о молекулярных структурах, принимающих в этом участие.
Когда они следуют по околоклеточному пути, то лейкоциты пересекают эндотелий, сжимаясь и проскальзывая через границу между соседними эндотелиальными клетками, с помощью процесса diapedesis. Этот процесс обычно очень быстр и сопровождается столь же быстрым восстановлением соединений, что препятствует увеличению проницаемости86.
Мы имеем лишь частичное представление о том, как лейкоциты открывают эндотелиальные соединения, скорее всего, влияя на адгезию воспаленной эндотелия, они переносят сигналы, которые управляют перестройкой соединений. Адгезия лейкоцитов с эндотелиальными клетками вызывает клеточную ретракцию за счёт увеличения уровней внутриклеточного кальция и индукции затем активации myosin light chain kinase (MLCK)86,87. MLCK-обусловленное фосфорилирование MLC вызывает усиление взаимодействия MLC с актином, усиление активности myosin ATPase и последующей сократимости. Увеличение внутриклеточного уровня кальция м. также запускаться с помощью высвобождения растворимых катионных белков во время активации нейтрофилов86,87.
Многие сообщения также связывают разрушение эндотелиальных соединений с активацией RHO или RAC88. Воспалительные цитокины, thrombin и histamine увеличивают проницаемость эндотелия и разбирают AJs и TJs при активации RHO/RHO-kinase89,90. RHO ингибирует myosin light chain phosphatase (MLCP) и усиливает фосфорилирование и активность MLCK, которая, в свою очередь, увеличивает контрактильность клеток91. Прилипание лейкоцитов с помощью intercellular adhesion molecule-1 ) к поверхности эндотелиальных клеток м. сходным образом разрушать эндотелиальные соединения путём запуска серии реакций, включая активацию RHO и JUN-amino-terminal kinase (JNK)92,93.
Однако, лейкоцитарный diapedesis через эндотелий м. также следовать специфическим правилам и эсклюзивным молекулярным механизмам (Рис. 5). Во время миграции лейкоцитов VE-cadherin временно удаляется из эндотелиальных соединений94. Напротив, PECAM, постоянно содержащийся в пузырьках, локализуется теперь под плазматической мембраной, которая обнаруживает тенденцию к постоянному рециклингу из этого компартмента вдоль эндотелиального края. Когда лейкоциты трансмигрируют, то PECAM в эндотелии подвергается рециклингу и концентрируется вокгруг мигрирующего лейкоцита, обеспечивая тем самым гомофильные взаимодействия с PECAM, который экспрессируется на мембранах лейкоцитов95,96.Недавно было показано, что JAM-A также м. вносить свой вклад в diapedesis лейкоцитов, путём образования временных колец, через которые как через туннел м. проникать лейкоциты97. Кроме того, CD99, который также экспрессируется в мембране лейкоцитов и в контактах между эндотелиальными клетками, необходим для этого процесса, а его блокирование in vitro ведёт к аресту мигрирующих моноцитов как только они пересекают межклеточное соединение98. Общая модель такова, что белки эндотелиальных соединений обеспечивают гомофильные взаимодействия с идентичными белками, которые присутствуют на лейкоцитах. Эти взаимодействия м. затем управлять прохождением лейкоцитов через эндотелиальную границу.
Однако, было установлено, что картина гораздо сложнее. Напр., нулевая мутация PECAM только ограничивает свои эффекты на лейкоцитов, тогда как блокирующие антитела были активны в некоторых моделях воспаления86,99,100. Антитела против JAM-A ингибируют инфильтрацию лейкоцитов в некоторых моделях воспаления, но не в др. 101-103. Д.б. разные причины для таких расхождений. Во-первых, когда соединения эндотелиальных клеток разрушаются, как это происходит при некоторых воспалительных заболеваниях103, то лейкоциты м. легко проникать через exposed субэндотелиальный матрикс и тогда ингибирование junctional белков будет неэффективным. Во-вторых, некоторые junctional белки м. действовать параллельно и компенсировать потерю функции др. белков. В-третьих, упомянутые ранее организация и состав эндотелиальных соединений, варьируют на протяжении всего сосудистого древа. Когда TJs хорошо развиты, как это имеет место в микрососудах головного мозга или крупных артериях, то инфильтрация лейкоцитов снижена. В этом последнем случае лейкоциты контактируют преимущественно с TJ адгезивными белками, такими как claudins или occludin, a их diapedesis, по-видимому, регулируются др. адгезивными рецепторами.
Future directions
Эндотелиальные клетки имеют сложные структуры соединений, которые образуются с помощью трансмембранных адгезивных белков, которые способствуют гомофильной слипчивости между клетками и создают структуры в виде застёжек-молний по краям клеток. Внутри клеток адгезивные белки соединений сцеплены с актиновым цитоскелетом и это взаимодействие стабилизирует слипчивость. Несколько эндотелиальных функций контролируются с помощью соединений, а недавние исследования показывают, что эти структуры играют центральную роль в стабилизации эндотелия в покоящемся состоянии, которое соответствует их физиологическому состоянию. Переключение этих клеток с confluent, покоящегося состояния на состояние миграции и пролиферации, напр., во время образования новых сосудов, сопровождается модуляцией организации и передачи сигналов соединений.
Имеющиеся новые разработки показывают, что структуры эндотелиальных межклеточных соединений переносят внутриклеточные сигналы, и некоторые из этих сигнальных путей установлены. Однако, мы далеки еще от расшифровки этой сложной системы и от выяснения всех молекулярных участников и их реципрокных взаимодействий. Наиболее вероятно, что многие junctional белки будут идентифицированы в будущем и сто разные типы сосудов будут иметь разные структуры и специфические молекулярные компоненты.
Выявление архитектуры соединений важно не только для нашего понимания роли этих структур в контроле сосудистой проницаемости, но и для понимания механизмов, которые регулируют формирование новых сосудов. Более того, подобные исследования важны и для патологий, связанных с неконтролируемой сосудистой ломкостью и проницаемостью, такими как haemorrhagic telangiectasia, haemangiomas или эндотелиальными опухолями, такими как angiosarcomas и Kaposi's sarcoma, при которых сосудистая сеть разрушена.
