Будова та секреторний цикл ендокринних клітин

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Мы уже отмечали, что, секрет клеток эндокринных желез выделяется главным образом в сосудистую си­стему. Эти железы богато снабжены кровеносными и лимфатическими сосудами. Например, через щитовид­ную железу человека в течение только одного часа про­текает около 5—6 л крови, что соответствует всему ко­личеству крови в организме. А ведь железа весит всего 25—30 г, что составляет менее 0,05% массы тела. Эн­докринные железы вырабатывают гормоны, оказываю­щие мощное регуляторное влияние на все основные ме­таболические и пластические процессы, протекающие в организме человека и животных.

Рассмотрим работу эндокринной клетки в процессе выработки гормона на примере В-клеток островков поджелудочной железы. Панкреатические островки представляют собой скопления железистых клеток, рас­сеянные среди экзокринной ткани поджелудочной же­лезы. Островки не имеют выводных протоков и выде­ляют свой секрет непосредственно в кровь. Различают несколько типов клеток островков (инсулоцитов), отли­чающихся по величине, форме и местоположению, а также по продукту секреции. В настоящее время в пан­креатических островках всех изученных видов млекопи­тающих обнаружены А-, В- и D-клетки. (А-клетки син­тезируют глюкагон, В-клетки — инсулин, D-клетки — соматостатин). Основные типы инсулоцитов млекопи­тающих схематически представлены на рис. 5.

Основные типы инсулоцитов поджелудочной железы млекопитающих…

Биосинтез проинсулина. Синтезируемый В-клетками гормон инсулин, имеющий полипептидную природу, был первым белком, химическую структуру которого уда­лось выяснить. После введения инсулина животному резко снижается концентрация глюкозы в крови вслед­ствие ее усиленного потребления различными тканями.

Секреторный цикл В-клетки хорошо прослеживает­ся на изолированных от экзокринной ткани островках или на тонкослойной культуре эндокринных клеток (монослойные культуры). Интересные результаты получе­ны Лелио Орци и его сотрудниками в Институте гисто­логии и эмбриологии в Женеве. Суть их эксперимента проста: островковые клетки выдерживают короткое вре­мя в присутствии меченого лейцина (³Н-лейцин), кото­рый включается в белок, а затем меченый лейцин заме­няют немеченым. Параллельное биохимическое изуче­ние пептидов иммунореактивного инсулина и ауторадиографическое изучение эндокринных клеток показа­ло, что к концу 5-минутного мечения радиоактивная метка концентрируется во фракции проинсулина, тогда как инсулиновая фракция свободна от радиоактивности. При этом 78% ауторадиографических зерен рас­полагается над элементами гранулярной цитоплазматической сети, где меченая аминокислота включилась во вновь синтезированный белок. Через 10 мин после окончания мечения хроматография обнаруживает ра­диоактивность по-прежнему во фракции проинсулина. В то же время ауторадиографически большинство зе­рен располагается над элементами пластинчатого комп­лекса, а небольшое количество зерен — над элемента­ми гранулярной цитоплазматической сети. Через 60 мин часть радиоактивности перемещается из фракции про­инсулина во фракцию инсулина, а до 50% радиоактив­ных зерен располагается над секреторными гранулами в области пластинчатого комплекса. Наконец, через 90 мин хроматография обнаруживает преобладающую радиоактивность во фракции инсулина, а ауторадиографическая метка указывает на мечение секреторных гранул, рассеянных по всей цитоплазме В-клеток.

Эти исследования позволили проследить путь вновь синтезированного полипептида и показать важную роль пластинчатого комплекса в секреторном цикле эндо­кринных В-клеток.

Формирование секреторных гранул

В настоящее время имеются убедительные доказа­тельства того, что основная масса секреторных гранул формируется в пластинчатом комплексе. Электроно-граммы пластинчатого комплекса рис. 6, 7, 8 показы­вают, что ею элементы интимно связаны с цистернами гранулярной цитоплазматической сети. Цистерны цито­плазматической сети тесно примыкают не только к вы­пуклой стороне месяцеобразно изогнутого пластинча­того комплекса, но тесно связаны и с его вогнутой сто­роной. Вблизи цистерн пластинчатого комплекса цис­терны гранулярной цитоплазматической сети теряют рибосомы, располагающиеся на поверхности мембран, обращенных к цистернам пластинчатого комплекса. Это так называемые «переходные элементы гранулярной цитоплазматической сети». На выпуклой стороне пла­стинчатого комплекса переходные элементы подверга­ются процессу везикулярного почкования, что приводит к накоплению микровезикул (микропузырьков) с глад­кой поверхностью. Принято, что главная функция таких микровезикул — перенос секреторного продукта из гранулярной цитоплазматической сети в пластинчатый комплекс. Почкующиеся везикулы сливаются таким об­разом, что дают начало наружным цистернам пластин­чатого комплекса. Процессы почкования и слияния про­ходят через повторные расщепления и слияния мем­бран.

Большой пластинчатый комплекс, активно синтезирующий В-клетки…

Малая часть области пластинчатого комплекса…

Переходные элементы гранулярной цитоплазматической сети на внутренней стороне пластинчатого комплекса…

Биохимические данные показывают, что эти энерго­зависимые процессы ассоциируются с перемещением проинсулина в пластинчатый комплекс. Формирование секреторных гранул, видимо, происходит на концах «пакетов» цистерн и на вогнутой поверхности пластин­чатого комплекса. Имеющиеся данные о превращении проинсулина в инсулин позволяют предполагать, что превращение имеет место между 30 и 60 мин после на­чала синтеза, в то время когда вновь синтезированный полипептид мигрирует через пластинчатый комплекс во фракцию гранул. Хотя природа биохимической реакции, вовлеченной в расщепление проинсулина, неизвестна, похоже, что она связана с ферментом, который присут­ствует или внутри цистерн пластинчатого комплекса или привносится к почти сформированной грануле по­крытыми пузырьками, связанными с пластинчатым комплексом.

Освобождение секреторных гранул

Каковы же те механизмы, при помощи которых со­держимое секреторной гранулы попадает во внеклеточ­ное пространство? Электронно-микроскопические наб­людения В-клеток через определенные интервалы после сильной стимуляции выделения инсулина привели аме­риканского исследователя П. Лэйци к концепции эмиоцитоза (Эмиоцитоз (экзоцитоз) — способ выхода секреторного продукта из клетки. В процессе эмиоцитоза мембрана секреторной гранулы сливается с плазматической мембраной клетки и образу­ется отверстие, через которое выделяется секрет. Мембрана сек­реторной гранулы включается в состав плазматической мембра­ны клетки). События здесь развертываются следующим образом. Мембрана гранулы сливается с плазматиче­ской мембраной клетки, и сердцевина гранулы вытал­кивается во внеклеточное пространство, где подверга­ется растворению.

Обсуждаются и другие способы выведения содержи­мого секреторных гранул из инсулоцитов. Здесь следует отметить внутриклеточное освобождение содержимого секреторных гранул в цитоплазму В-клетки. При этом, как считает болгарский ученый П. Петков, освобожден­ный гормон поступает к определенным участкам плаз­матической мембраны — «активным секторам», — че­рез которые микроглобулы сердцевины В-гранул посту­пают в перикапиллярные пространства.

Описано также выделение секреторных гранул из В-клеток по микроапокриновому способу, при этом сек­реторные гранулы попадают в перикапиллярные или межклеточные пространства вместе с мембранным ме­шочком, окружающим сердцевину секреторной гранулы.

Выделение секреторных гранул из В-клеток зависит от целостности цитоплазматических микротрубочек, а также от зоны, располагающейся под плазматической мембраной и сформированной микрофиламентами. Предполагается, что микротрубочки и субмембранный слой цитоплазмы В-клетки могут действовать как функ­циональная единица, которая управляет порядком пе­ремещения секреторных гранул по направлению к кле­точной мембране и их выделением в специфическом месте.

Неизбежным исходом освобождения инсулина эмиоцитозом является наращивание мембран — от секре­торных гранул к клеточной мембране. Поддержание постоянного объема В-клетки происходит благодаря процессу, обратному экзоцитозу — эндоцитозу (В процессе элндоцитозаплазматическая мембрана переносится обратно в цитоплазму в форме различных пузырьков и вакуолей, ограниченных мембраной. Подобно эмиоцитозу эндоцитоз — про­цесс субмикроскопического порядка), кото­рый начинается одновременно со стимуляцией выделе­ния инсулина из В-клетки, что убедительно показано в работах Л. Орци.

Межклеточные контакты в островке

После того как мы рассмотрели организацию от­дельной В-клетки, можно поставить вопрос: какие ме­ханизмы связывают В-клетки таким образом, что они образуют функциональную целостность? Среди этих механизмов следует принять иннервацию островковых клеток и свойства клеточных поверхностей.

Хорошо известно, что островковые клетки имеют холинергическую и адренергическую иннервацию (Термины «холинергнческое» и «адренергическое» впервые предложены английским ученым Генри Дейлом в 1933 г. для обо­значения нервных волокон, выделяющих из своих окончаний в от­вет на раздражение ацетилхолин («холинергическое») или адре­налин или родственное ему вещество («адренергическое») с целью показать природу вещества, выделяемого тем или иным нервным окончанием), а не давно было показано, что некоторые нервные оконча­ния образуют с клеточными мембранами островковых клеток контакты, обеспечивающие электрическое свя­зывание. Более того, оказалось, что мыши с наследст­венным диабетом (Acomys cahirinus) не имеют нервных окончаний среди островковых клеток.

Что касается свойств клеточных поверхностей, то в результате интенсивных исследований, проведенных в последнее десятилетие и направленных на понимание основ поведения раковых клеток, выяснено, что в под­держании функциональных взаимоотношений между отдельными клетками в составе ткани участвуют два компонента клеточной мембраны. Эти компоненты — клеточный покров и межклеточные контакты. В насто­ящее время клеточный покров рассматривается как тонкий слой гликопротеинов и гликолипидов, который тесно связан с наружной поверхностью плазматической мембраны клетки. Клеточный покров имеется вокруг всех типов клеток панкреатических островков. Сейчас уточняется специфическая роль клеточного покрова в процессе секреции В-клетки.

Рассматривая клеточные контакты, уже сегодня можно говорить о важной роли одного из них — ще­левого контакта. Он обеспечивает электрическое и ме­таболическое связывание между отдельными клетками; через эти контакты ионы и малые молекулы могут сво­бодно диффундировать от клетки к клетке. Очень эф­фективны в сближении между клетками и в противо­действии силам смещения и разрыва десмосомы ост­ровковых клеток. Среди островковых клеток встреча­ются также плотные контакты, хотя в нормальных ус­ловиях их протяженность невелика. Однако при инку­бации островков с проназой происходит резкое увели­чение протяженности и числа плотных контактов, что свидетельствует о функциональной пластичности этих соединений. Функциональная роль плотных контактов в панкреатических островках остается недостаточно изу­ченной.

Роль и последовательность участия различных кле­точных составляющих в секреторном цикле В-клетки, принимая в качестве основного пути освобождения В-гранул эмиоцитоз, можно схематически представить следующим образом (рис. 9).

Схема, суммирующая последовательность участия различных составляющих в секреторном цикле В-клетки…

• ← Секреторний цикл
• Еволюція секреторного аппарату ротової порожнини хребетних →