УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2013, том 133, № 5, с. 452-468
УДК 576.31+576.364+576.382: 596: 617.7
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАТИВНОГО РЕТИНАЛЬНОГО ПИГМЕНТНОГО ЭПИТЕЛИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ
ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА
© 2013 г. А. В. Кузнецова
Институт биологии развития им. Н.К.Кольцова РАН, Москва E-mail: avkuzn@list.ru
Суммированы знания о строении и функциях клеток ретинального пигментного эпителия (РПЭ) позвоночных животных и человека. Основное внимание уделено современным представлениям о регуляторных белках, участвующих в межклеточных и клеточно-матриксных взаимодействиях в нативном РПЭ человека.
Ключевые слова: нативный ретинальный пигментный эпителий, регуляторные белки, межклеточные взаимодействия, клеточно-матриксные взаимодействия, маркеры дифференцировки.
Ретинальный пигментный эпителий (РПЭ) является важной частью зрительной системы позвоночных. Он необходим для поддержания структурной и функциональной целостности сетчатки глаза.
В разное время появлялись обзоры, посвященные развитию, ультраструктурному строению и функциям РПЭ животных (Clark, 1986; Панова, 1993; Strauss, 2005). В данном обзоре особое внимание уделено РПЭ человека и взаимодействию этой ткани с окружением. Знания об этих взаимодействиях помогут лучшему пониманию клеточных и молекулярных механизмов, лежащих в основе различных врожденных заболеваний сетчатки, связанных с развитием РПЭ, моделированию этих заболеваний in vivo и in vitro, а также поиску адекватных методов лечения.
Клетки РПЭ имеют нейроэпителиальное происхождение. Сетчатка глаза, как весь передний мозг, развивается из нейроэпителиальных клеток переднего мозгового пузыря. На третьей неделе внутриутробного развития человека по Пэттену (1959) стенка переднего мозгового пузыря выпячивается с обеих латеральных сторон, образуя глазные пузырьки (рис. 1). На пятой неделе ножка у каждого глазного пузырька истончается, а передняя часть, обращенная к эктодерме, начинает инвагинировать вовнутрь. На этой стадии пузырек превращается в глазной бокал. Нейроэпите-лиальные клетки быстро пролиферируют и заполняют наружный и внутренний листки глазного бокала, в результате чего его полость уменьшается, становится щелевидной, а затем редуцируется. В клетках наружного листка глазного бокала
а б в г
Рис. 1. Последовательные стадии (а-г) развития глаза (по Пэттену, 1959): 1 - глазной стебелек; 2 - первичный глазной пузырек; 3 - эктодерма; 4 - хрусталиковая плакода; 5 - нейральный (внутренний) слой сетчатки; 6 - ретинальный пигментный эпителий (наружный слой сетчатки); 7 - гиалоидные сосуды; 8 -канал стекловидного тела.
Рис. 2. Схематическое изображение расположения и ультраструктурного строения клеток РПЭ взрослого человека (по Garrón, 1963): 1 - микроворсинки на апикальной стороне клеток; 2 - пигментные гранулы; 3 - юнкциональный комплекс; 4 - шероховатый ЭПР; 5 - взаимопроникновение плазматических мембран соседних клеток; 6 - митохондрии; 7 - складки (инвагинации) на базальной стороне клеток; 8 - пластинчатая фигура; 9 - ядро с ядрышками; 10 - аппарат Гольджи; 11 -гладкий ЭПР; 12 - базальная мембрана; 13 - эластическая мембрана, разделяющая два коллагеновых слоя мембраны Бруха; 14 - коллагеновые волокна; 15 - цитоплазма эндотелиальной клетки пролабирует через базальную мембрану; 16 - эндо-телиальная клетка хориокапилляров; 17 - белки внеклеточного матрикса; 18 - многочисленные поры (фенестры) в стенке хориокапилляров; 19 - строение мембраны Бруха в области экватора глаза (периферическая часть); 20 - строение мембраны Бруха в области заднего полюса глаза.
начинает накапливаться меланин, и вскоре они превращаются в клетки РПЭ (ненейральный слой сетчатки); внутренний листок преобразуется в нейральный слой сетчатки. Отростки его дифференцирующихся ганглиозных клеток прорастают по глазному стебельку в сторону головного мозга и образуют зрительный нерв. Из мезодермы, окружающей глазной бокал формируется сосудистая сеть хориоидеи (Вит, 2003).
Несмотря на то, что нейральный и ненейраль-ный слои сетчатки тесно прилежат друг к другу, клетки РПЭ более прочно соединены с сосудистой оболочкой, чем с клетками собственно сетчатки, о чем более подробно будет сказано ниже.
РАСПОЛОЖЕНИЕ И СТРОЕНИЕ КЛЕТОК РПЭ
РПЭ занимает площадь, соответствующую площади склерального отдела глаза. Он простирается от головки глазного нерва до зубчатой линии (ora serrata), где переходит в пигментированный эпителий цилиарного тела, который в свою очередь переходит в пигментированный эпителий радужки. РПЭ относится к однослойному кубическому эпителию, расположенному на базальной мембране (рис. 2). Плотно прилежащие друг к другу сильнопигментированные поляризованные клетки РПЭ имеют гексагональную форму. РПЭ
ЭПР-связанная деградация
аппарат Гольджи
(т) Тирозиназа
©
©|=>
Меланосомы
%оо
Фософорилирование
Синтез меланина
Убиквитинирование Протеасомы
Эндосомальная/ лизосомальная система
I
Протеолиз
Рис. 3. Схематическое изображение меланогенеза в пренатальных клетках РПЭ: а - процессирование и деградация основного меланогенного белка-тирозиназы. Тирозиназа после синтеза на рибосомах гранулярного ЭПР поступает в комплекс Гольджи, где "упаковывается" в пузырьки, которые затем сливаются с премеланосомами. Деградация тирозиназы происходит в протеосомах и эндосомальной/лизосомальной системе (Ando et al., 2007); б - классические стадии меланогенеза (пояснения в тексте) (Biesemeier, 2010).
выстилает заднюю стенку глаза и располагается между фоторецепторными клетками нейральной сетчатки и сосудистой оболочкой глаза (хориои-деей). На момент рождения у человека содержится порядка 4-6 млн. клеток РПЭ (Hogan et а1., 1971). Эти клетки подобно другим эпителиальным клеткам имеют центральную, апикальную и базальную (базолатеральную) части.
На апикальной поверхности клетки РПЭ с помощью длинных тонких листоподобных микроворсинок (рис. 2) взаимодействуют с наружными сегментами фоторецепторов. Различные вещества попадают в нейральную сетчатку из хориока-пилляров через цитоплазму клеток РПЭ. Для облегчения этого процесса основания клеток РПЭ образуют множество извилистых складок, значительно увеличивающих площадь их поверхности. Цитоплазма клеток содержит множество гранул меланина (эумеланина), ядро, располагающееся ближе к базальной поверхности клетки, и такие органеллы, как комплекс шероховатого и гладкого эндоплазматического ретикулума (ЭПР), аппарат Гольджи, митохондрии (их особенно много у основания клеток), фаголизосомы и лизосомы. Последние располагаются во всех частях цитоплазмы РПЭ, они обеспечивают ферментативное расщепление фагоцитируемых фрагментов наружных члеников фоторецепторов (Вит, 2003), о чем более подробно будет сказано ниже.
В цитоплазме пренатальных клеток РПЭ содержатся и органеллы, связанные с синтезом
меланина (рис. 3, а). К ним, помимо уже упомянутых - шероховатого ЭПР и аппарата Гольджи - относят такие специфические мембранные органеллы, как премеланосомы и меланосомы. В микроворсинках и в апикальных частях клеток обнаруживаются меланосомы овальной формы, тогда как перинуклеарно располагаются мелано-сомы округлой формы (Вит, 2003).
Синтез эумеланина в клетках РПЭ, сравнение с меланогенезом в меланоцитах
Эумеланин или гранулированный пигмент -высокомолекулярное соединение, представляющее собой продукт ферментативного окисления тирозина и дигидроксифенилаланина в комплексе с белками. Гранулы эумеланина имеют удлиненную форму и коричневый цвет. Различают четыре классические стадии синтеза эумеланина в пренатальных клетках РПЭ (рис. 3, б).
Меланогенез в пренатальных клетках РПЭ начинается с образования аморфных везикул (премеланосом). Их можно выявить антителами к меланоцит-ассоциированному белку PMEL17 (melanocyte-associated protein 17), который отвечает за создание внутренней полосатой волокнистости, являющейся характерной структурой премеланосом (стадия I) (Biesemeier, 2010).
Транспортные пути белка PMEL17 до сих пор полностью не изучены, но обсуждаются его
транспортеры (АР1, АР2, АР3) (Valencia et al., 2006). Белки, вовлеченные в образование функциональных меланосом, - белок OA1 (ocular albinism protein 1), MART1 (также известный как melan-A), Р-белок (pink-eyed dilution homolog protein; OCA 2) и MATP (membrane-associated transporter protein; OCA 4) - возможно облегчают транспорт белков или других молекул в мела-носомы (Hearing, 2005). Стадия II меланогенеза заключается в поступлении из аппарата Гольджи везикул, наполненных меланогенными белками, в премеланосомы. После интеграции в мембраны меланосом гликопротеина тирозиназы (фермента класса оксидоредуктаз) происходит катализиро-вание биосинтеза меланина (рис. 3, а), который откладывается вдоль внутренней "полосатости" органелл (стадия III). Зрелая меланосома на IV стадии меланогенеза полностью наполнена меланином (Biesemeier, 2010).
Регулятором активности генов меланосом является ген MITF (microphthalmia-associated transcription factor) - член семейства bHLH-LZ. Существует множество изоформ MITF: Mitf-M, Mitf-A, Mitf-D, Mitf-C и Mitf-H (Udono et al., 2000; Takeda et al., 2002; Martinez-Morales et al., 2003). Экспрессия Mitf-M имеет место в меланоцитах, тогда как в РПЭ отмечается экспрессия Mitf-A и Mitf-D (Goding, 2000; Takeda et al., 2002). MITF специфически связывается с гексамерным мотивом CATGTG (M-box) промотерных областей генов, вовлеченных в терминальную дифференцировку РПЭ, включая гены, кодирующие меланосомный гликопротеин QNR71, меланогенный фермент ти-розиназу, а также гены из семейства тирозиназы (TYR), кодирующие тирозиназо-связанный белок 1 (tyrosinase-related-protein-1, TRP1) и тирозина-зо-связанный белок 2 (tyrosinase-related-protein-2, TRP2) (Lu et al., 2007) и трансактивирует их (Goding, 2000). TRP1 может помогать определять форму меланосом, а также стабилизировать ти-розиназу (Ando et al., 2007), которая отвечает за первые два шага в продукции меланина: гидро-ксилирование L-тирозина в L-ДОФА и окисление L-ДОФА в дофахинон, а также за окисление 5,6-дигидроксииндола в индол-5,6-хинон.
В биосинтезе эумеланина, кроме белков, к
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.