Десмосомы¶

Десмосомы — это специализированные межклеточные контакты (адгезивные соединения), обеспечивающие прочное механическое сцепление клеток друг с другом в тканях многоклеточных организмов, главным образом в эпителиальной, сердечной мышечной и некоторых других тканях, подверженных значительным механическим нагрузкам. Десмосомы относятся к типу заякоривающих контактов и связывают цитоскелеты соседних клеток, образуя непрерывную механическую сеть, которая придаёт ткани прочность и целостность.

¶Строение и молекулярная организация

Десмосома представляет собой сложный мультибелковый комплекс, состоящий из трёх основных компонентов: трансмембранных адгезивных белков (кадгеринов), внутриклеточных адаптерных белков (плакинов) и цитоскелетных филаментов.

¶Трансмембранные белки

Основу адгезии в десмосоме составляют белки семейства кадгеринов: десмоглеины (DSG1–4) и десмоколлины (DSC1–3). Эти гликопротеины пронизывают клеточную мембрану и своими внеклеточными доменами взаимодействуют с одноимёнными белками соседней клетки в межклеточном пространстве. Внутриклеточные хвосты десмоглеинов и десмоколлинов связываются с плакиновым слоем. Разные изоформы этих белков экспрессируются в различных тканях и на разных стадиях дифференцировки клеток.

¶Внутриклеточный плакиновый слой (цитоплазматическая бляшка)

На внутренней стороне мембраны к трансмембранным белкам прикрепляется плотный слой цитоплазматических белков, называемый цитоплазматической бляшкой (или десмосомной бляшкой). Этот слой состоит из двух поддоменов:

• Внешняя бляшка (ближе к мембране): содержит белки плакоглобин (γ-катенин) и плакофиллин (Pkp1–3), которые связывают хвосты кадгеринов и обеспечивают начальную стадию сборки комплекса.
• Внутренняя бляшка (глубже в цитоплазме): содержит белок десмоплакин (DP), который является основным «якорем» для промежуточных филаментов. Десмоплакин — крупный белок (около 250 кДа), способный связывать филаменты кератина (в эпителии) или десмина (в сердечной мышце).

¶Связь с цитоскелетом

Внутренняя бляшка десмосомы прочно связывается с промежуточными филаментами цитоскелета. В клетках эпителия это филаменты кератина, в клетках сердечной мышцы — десмина. Таким образом, десмосомы соединяют цитоскелеты соседних клеток в единую механическую сеть, способную распределять нагрузку по всей ткани.

¶Классификация и типы десмосом

Различают несколько типов десмосом, которые различаются по составу белков и локализации:

• Классические десмосомы (точечные) — наиболее распространённый тип, встречающийся в эпителиальной ткани. Имеют вид округлых или овальных пластинок диаметром 0,2–0,5 мкм. Обеспечивают точечную адгезию.
• Десмосомы сердечной мышцы (десмосомы миокарда) — специализированные контакты между кардиомиоцитами. Они содержат особые изоформы десмоглеинов (DSG2) и десмоколлинов (DSC2), а также белок десмоплакин, связывающийся с десмином. Эти структуры играют ключевую роль в механической целостности сердца.
• Полудесмосомы — структурно родственные, но функционально отличные образования. Они обеспечивают прикрепление базальных клеток эпителия к базальной мембране, а не к соседним клеткам. В полудесмосомах трансмембранные белки (интегрины α6β4) связываются с белками внеклеточного матрикса (ламинином), а внутриклеточно — с кератиновыми филаментами.

¶Функции

Основная функция десмосом — механическая адгезия. Они обеспечивают:

• Прочность тканей: десмосомы выдерживают значительные растягивающие и сдвиговые нагрузки, что критически важно для кожи, слизистых оболочек, сердца.
• Целостность тканей: предотвращают разрыв ткани под действием механических сил.
• Распределение механического напряжения: благодаря связи с цитоскелетом, нагрузка, приложенная к одной клетке, распределяется по всему клеточному пласту.
• Участие в сигнальных путях: белки десмосом (особенно плакоглобин и плакофиллины) могут участвовать в передаче сигналов, влияющих на пролиферацию, дифференцировку и апоптоз клеток. Например, плакоглобин способен перемещаться в ядро и модулировать активность транскрипционных факторов.

¶Патологии, связанные с десмосомами

Нарушения структуры или функции десмосом приводят к развитию ряда заболеваний, которые объединяют термином десмосомопатии.

¶Кожные заболевания

• Пузырчатка (пемфигус) — аутоиммунное заболевание, при котором антитела атакуют десмоглеины (DSG1 и DSG3). Это приводит к разрушению десмосом и отслоению клеток эпителия (акантолизу), что проявляется образованием пузырей на коже и слизистых оболочках.
• Буллезный эпидермолиз — группа наследственных заболеваний, вызванных мутациями в генах, кодирующих белки десмосом (например, десмоплакин, плакоглобин, кератины). Характеризуется повышенной ломкостью кожи и образованием пузырей при минимальной травме.

¶Сердечно-сосудистые заболевания

• Аритмогенная дисплазия правого желудочка (АДПЖ) — наследственное заболевание сердечной мышцы, вызванное мутациями в генах белков десмосом (десмоплакин, плакоглобин, десмоглеин-2, десмоколлин-2). Это приводит к прогрессирующей замене кардиомиоцитов жировой и фиброзной тканью, что нарушает проведение электрических импульсов и может вызывать аритмии, сердечную недостаточность и внезапную смерть.

¶Другие патологии

• Воспалительные заболевания кишечника (например, болезнь Крона) — в некоторых случаях ассоциированы с нарушением экспрессии десмосомных белков в эпителии кишечника, что может способствовать нарушению барьерной функции.
• Рак: изменения в экспрессии десмосомных белков (например, снижение экспрессии десмоплакина) наблюдаются при некоторых видах рака (рак молочной железы, рак лёгкого) и могут способствовать инвазии и метастазированию опухолевых клеток.

¶История изучения

Первые описания десмосом в электронной микроскопии были сделаны в 1950-х годах. Термин «десмосома» (от греч. desmos — связь, soma — тело) был предложен для обозначения этих плотных контактов. В 1970–1980-х годах были идентифицированы основные белковые компоненты десмосом, а в 1990-х годах — выявлены генетические мутации, вызывающие десмосомопатии. Современные исследования сосредоточены на молекулярных механизмах сборки десмосом, их роли в сигналинге и разработке терапевтических подходов для лечения связанных заболеваний.

¶Интересные факты

• Десмосомы — одни из самых прочных межклеточных контактов. Сила адгезии одной десмосомы может достигать нескольких наноньютонов.
• В коже человека десмосомы особенно многочисленны в шиповатом слое эпидермиса, где они образуют характерные «мостики» между клетками (отсюда название «шиповатый слой»).
• Белки десмосом эволюционно консервативны: сходные структуры обнаружены у всех позвоночных, а также у некоторых беспозвоночных (например, у насекомых).

¶Источники

• Alberts B., Johnson A., Lewis J. et al. Molecular Biology of the Cell. 6th edition. — Garland Science, 2014.
• Lodish H., Berk A., Kaiser C.A. et al. Molecular Cell Biology. 8th edition. — W.H. Freeman, 2016.
• Green K.J., Simpson C.L. Desmosomes: new perspectives on a classic. Journal of Investigative Dermatology, 2007.
• Garrod D., Chidgey M. Desmosome structure, composition and function. Biochimica et Biophysica Acta, 2008.
• Kottke M.D., Delva E., Kowalczyk A.P. The desmosome: cell science lessons from human diseases. Journal of Cell Science, 2006.
• «Молекулярная биология клетки» (под ред. В.А. Говорова). — М.: Бином, 2013.
• «Гистология, цитология и эмбриология» (под ред. Ю.И. Афанасьева). — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016.