Что такое натяжение

Что такое натяжение. С незапамятных времен известно, что мышцы создают механическое натяжение. Если точка прикрепления мышцы подвижна, то это натяжение ведет к сокращению мышцы такое натяжение называют изотоническим. Если эта точка неподвижна из-за сопротивления материала, к которому эта мышца прикреплена, то натяжение не приводит к сокращению мышцы такое натяжение называют изометрическим. Пример изометрического натяжения натяжение, которое создается в мышцах руки, тянущей ручку прочно запертой двери.

Актин и миозин есть не только в мышечных клетках, но и в большинстве других клеток эукариот. Чаще всего здесь эти нити лабильны они постоянно разбираются и собираются. Какова функция таких структур, наполняющих клетку Давно известно, что сокращение актин-миозиновых структур сила, которая двигает ползающую клетку. С наружной стороны такая клетка прикрепляется к неклеточной подложке при помощи особой адгезивной структуры фокального контакта.

На внутренней цитоплазматической стороне контакт соединяется с пучком актиновых микрофиламентов. Сокращаясь, этот пучок тянет тело клетки вперед. Другой пример сокращения актин-миозинового пучка цитокинез, последняя стадия клеточного деления, когда такой пучок образуется между двумя наборами хромосом. Сжимаясь, такое сократимое кольцо разделяет две дочерние клетки.

Когда клетка в культуре распластана, то есть прочно соединена контактами со всех сторон с дном культуры подложкой, то соединенные с фокальными контактами пучки актиновых микрофиламентов сократиться не могут, их натяжение становится изометрическим. Такая клетка все время находится в напряженном, растянутом состоянии. В организме большинство клеток, за исключением клеток, плавающих в крови или лимфе, прикреплено друг к другу и к фибриллам неклеточного матрикса.

Поэтому в таких клетках, так же как и в клетках культуры, создается изометрическое натяжение. Натяжение цитоскелета и изменения формы органов Натяжение актин-миозина определяет организацию цитоскелета и контактов самой клетки и окружающего их матрикса в культуре. Естественно предположить, что натяжения клеток играют важную роль и в организме, в особенности в процессах морфогенеза, то есть в образовании и регенерации органов и других структур определенной формы.

Простой пример морфогенеза заживление наружной раны. В такую рану уже через несколько дней проникают из окружающих тканей фибробласты и сосуды, образуя так называемую грануляционную ткань. Фибробласты вырабатывают в ране фибронектиновый и коллагеновый матрикс, прикрепляются к нему и начинают синтезировать гладкомышечную форму актин. Развивая натяжение, эти миофибробласты сжимают матрикс и всю рану, которая позже полностью заживляется в результате размножения эпителий кожи и других местных клеток.

Сжатие миофибробластами раны лишь один из случаев действия клеточных натяжений в организме. Можно думать, что натяжения цитоскелета играют критическую роль в развитии разных тканей и органов образовании складок и вырастов эпителиальных пластов, изменениях формы мышц, костей и т.д. За последние годы появилось много работ, где исследователи пытаются объяснить натяжениями клеток процессы развития. В частности, разработана детальная теория или модель, как нынче модно говорить, которая объясняет натяжениями цитоскелетов нервных клеток образование самого сложного по форме из существующих в природе органов нашего мозга, например образования складок извилин коры головного мозга.

К сожалению, все эти модели показывают лишь возможные пути развития органов, показывают только, где надо искать роль натяжений в развитии, какими должны бы быть натяжения клеток в развивающихся органах для того, чтобы придать этим органам свойственную им форму. Остается главное показать, что такие натяжения цитоскелета действительно в клеткам этих органов реально существуют и играют постулируемую теориями роль. Эта сложная работа только начинается.

Натяжение цитоскелета и коренные перестройки клеточных программ Как мы знаем, клетки в организме и культуре способны под влиянием определенных сигналов переключаться с одной программы работы на другую клетка может начать или прекратить размножение, превратиться из менее специализированной в более специализированную дифференцироваться и, наконец, включить программу самоубийства апоптоза.

При каждой из таких перестроек меняется большинство синтезов и других биохимических процессов. В клетке происходит глобальная перестройка всей ее деятельности. Есть данные, которые позволяют предположить, что одним из факторов, вызывающих такие перестройки могут быть изменения натяжения цитоскелета. Например, нормальные фибробласты, уплощенные и растянутые на подложке, активно размножаются, но стоит их отделить от подложки, как клетки сжимаются сокращением актин-миозиновых структур в шары и размножение прекращается, а не редко наступает и гибель бездомной клетки апоптоз.

Некоторые типы эпителиальных клеток, например клетки молочных желез, растянувших на жестком коллагеновом геле, размножаются, но не синтезируют белки молока. Напротив, на плавающем мягком коллагене эти клетки сжимаются и начинают синтезировать специализированные белки, то есть дифференцируются. Какую конкретную роль играют изменения натяжения цитоскелета в этих перестройках клеток от размножения к гибели или дифференцировке Это пока не ясно. Сейчас многие исследователи начали активно работать в этой области.