Пролиферативная единица

Пролиферативная единица — клон, объединяющий различные стадии дифферона; клетки разной степени дифференцировки и происходящие из одной стволовой клетки, расположенной в базальном слое и контактирующей с базальной мембраной. По мере дифференцировки клетки смещаются к поверхности пласта.

Дифферон. Стволовая клетка контактирует с базальной мембраной. По мере дифференцировки и размножения клетки смещаются к поверхности эпидермиса, образуя в совокупности пролиферативную единицу эпидермиса, которая в виде колонки занимает определённую его область. Кератиноциты, закончившие жизненный цикл, слущиваются с поверхности рогового слоя. Пролиферативная единица — структура, образованная кератиноцитами различных слоёв эпидермиса, разной степени дифференцировки и происходящая из одной стволовой клетки базального слоя.

Характер популяции. Кератиноциты относят к обновляющейся клеточной популяции. Их максимальная митотическая активность наблюдается ночью, а продолжительность жизни составляет 2–4 недели. Центральным звеном в контроле клеточной пролиферации в ходе как морфогенеза, так и регенерации эпидермиса является регуляторная система транскрипционных факторов E2F (у человека выявлено 7 белков семейства E2F,E2F1–E2F7). E2F регулируют пролиферацию, а также переход от пролиферации к терминальной дифференцировке клетки. Кроме E2F, в сигнальную систему также входят циклины, циклин-зависимые киназы (cdk) и ингибиторыcdk, белки ретинобластомы (pRb). В покоящихся или терминально дифференцированных кератиноцитах факторыE2F формируют комплексы, содержащие p130, а в некоторых случаях pRb. Эти комплексы подавляют транскрипцию генов, необходимых для репликации ДНК. Митогенная стимуляция покоящихся клеток индуцирует активацию комплексов циклин D–cdk4, которые фосфорилируют pRb и p130. Фосфорилированные белки pRbотделяются от E2F; свободный E2F становится транскрипционным активатором, направляющим синтез факторов, вовлекаемых в клеточный цикл и в репликацию ДНК (например, циклинов E и A, cdk2, ДНК–полимеразы). E2F-путь является мишенью многих сигнальных каскадов, ассоциированных со входом или выходом клетки из состояния покоя. Например, активация RAS и MAPK-путей индуцирует экспрессию циклина D, pRb (p107 илиp130), фосфорилирование и активацию E2F. Митогенные ингибиторы, такие как TGFb, индуцируют циклин D/cdk-ингибиторы, что даёт в результате образование гипофосфорилированных pRb–белков, которые затем ассоциируются с E2F, формируя комплексы, угнетающие выход в клеточный цикл. В клетках большинства опухолей у человека выявлены дефектные белки pRb, не способные связывать и ингибировать E2F, что ведёт к постоянной активации E2F и в конечном итоге к росту опухоли.

КЕРАТИНЫ

По физико-химическим свойствам различают твёрдый и мягкий кератины. Твёрдый кератин присутствует в корковом веществе и кутикуле волоса (рис. 16-8). Эта разновидность кератина у человека встречается в волосах и ногтях. Он более прочен и в химическом отношении более стоек. Мягкий кератин наиболее распространён, присутствует в эпидермисе, в волосе локализуется в мозговом веществе и во внутреннем корневом влагалище; по сравнению с твёрдым содержит меньше цистина и дисульфидных связей.

ВЛИЯНИЕ ГОРМОНОВ И ФАКТОРОВ РОСТА

Кератиноциты служат мишенями многочисленных гормонов и факторов роста. Наибольшее значение имеют эпидермальный фактор роста (EGF), фактор роста кератиноцитов (фибробластов фактор роста FGF7), трансформирующий фактор роста a (TGFa), стимулирующие митозы кератиноцитов. Аналогичным действием обладает вещество Р, выделяющееся из терминалей чувствительных нервных волокон.

Подавляющие пролиферацию эффекты витамина D₃ направлены на переключение G₁/S в клеточном цикле; в фармакологических дозах витамин D₃ останавливает клеточный цикл. 1a,25-Дигидроксихолекальциферол подавляет в кератиноцитах синтез ДНК и стимулирует терминальную дифференцировку.

Псориаз. Применение 1a,25‑дигидроксихолекальциферола при псориазе, когда нарушается процесс дифференцировки кератиноцитов и усиливается их пролиферация, даёт положительный лечебный эффект.

В контроле роста кератиноцитов участвует также трансформирующий фактор роста b2 (TGFb2). Активация рецепторов TGFb в эпидермальных кератиноцитах вызывает многочисленные эффекты, в том числе угнетение пролиферации и усиление миграции, но не индукцию дифференцировки. При угнетении пролиферации факторомTGFb, в частности, происходит ядерная транслокация предсуществующих цитоплазматических комплексов, содержащих Smad3 и E2F4 или E2F5; комплексы связываются с промотором c-myc, подавляя таким образом его транскрипцию. TGFb также угнетает активацию факторов E2F1, E2F2 и E2F3 и Smad7, что даёт в результате снижение экспрессии E2F1 в кератиноцитах.

МЕЛАНОЦИТЫ

Меланоциты расположены в базальном слое (рис. 16-4), их количество значительно варьирует в различных участках кожи. Меланоциты происходят из нервного гребня и синтезируют пигменты (меланины), заключённые в специальные пузырьки — меланосомы.

В коже головы и верхних конечностей присутствует по крайней мере вдвое больше меланоцитов, чем в других областях тела, независимо от расы. Расовые различия пигментации кожи зависят от активности меланоцитов, но не от их абсолютного количества. Под влиянием ультрафиолетового облучения число активных меланоцитов увеличивается, однако, неясно, происходят ли эти дополнительные клетки в результате деления уже функционирующих меланоцитов. С другой стороны, меланоциты волосяного фолликула делятся в ходе цикла развития волоса. Снижение числа меланоцитов (в основном гибель клеток путём апоптоза) происходит каждые 10 лет примерно на 10%, начиная с 30-летнего возраста. После 80 лет происходит более резкое снижение количества меланоцитов.

Рис. 16-4. Меланоцит в базальном слое эпидермиса. Меланин образуется и хранится в специальных пузырьках — меланосомах, которые образуются из премеланосом. По мере накопления меланина меланосомы транспортируются из ядросодержащей части меланоцита в его отростки, где происходит экзоцитоз меланина. Выделенный меланин захватывают кератиноциты. [17]

ТИРОЗИНАЗА

Для меланоцитов характерен содержащий медь и чувствительный к ультрафиолету фермент — тирозиназа (TYR) (тирозин гидроксилаза), катализирующая превращение тирозина в ДОФА. Недостаточность тирозиназы или её блокирование в меланоцитах приводит к развитию разных форм альбинизма.

МЕЛАНОСОМЫ

Тирозиназа после синтеза на рибосомах гранулярной эндоплазматической сети поступает в комплекс Гольджи, где “упаковывается” в пузырьки, которые затем сливаются с премеланосомами. Меланин образуется в меланосомах.

ДОФА окисляется под действием ДОФА-оксидазы и в ходе последующих химических реакций превращается в меланин. Гистохимическая реакция на ДОФА позволяет идентифицировать меланоциты среди других клеток кожи.

МЕЛАНИН

Длинные отростки меланоцитов уходят в шиповатый слой. По ним транспортируются меланосомы, содержимое которых (меланин) выделяется из меланоцитов и захватывается кератиноцитами. Здесь меланин подвергается деградации под действием ферментов лизосом (рис. 16-4). Меланин защищает подлежащие структуры от воздействия ультрафиолетового излучения. Приобретение загара свидетельствует об усилении выработки меланина под влиянием ультрафиолета. В коже человека присутствуют меланины двух типов — эумеланин (чёрный пигмент) и феомеланин (красный пигмент). Эумеланин — фотопротектор, феомеланин, наоборот, может способствовать ультрафиолетовому повреждению кожи вследствие образования свободных радикалов в ответ на облучение. Люди с рыжими волосами, светлыми глазами и кожей содержат преимущественно феомеланин в волосах и коже, характеризуются сниженной способностью вырабатывать эумеланин, приобретают слабый загар и подвержены риску переоблучения ультрафиолетом.

Структура меланосомы коррелирует с типом продуцируемого меланина. Эумеланосомы имеют форму эллипса и содержат фибриллярный матрикс. Форма феомеланосом варьирует (преобладает округлая форма); феомеланосомы содержат везикуло-глобулярный матрикс. В развитии меланосом различают 4 стадии (рис. 16-5). Стадия Iсоответствует ранней организации матрикса в меланосоме. На стадии II матрикс уже организован, но без формирования меланина (эумеланосомы), тогда как в феомеланосомах на этой стадии меланин уже сформирован. На стадии III происходит накопление меланина. На стадии IV меланосомы полностью заполнены меланином. В патологических условиях (например, при меланомах) этот упорядоченный процесс нарушается, так, тирозиназа может быть активирована уже на стадии I, и меланин может запасаться в органелле как «гранулярный тип» без фибриллярного или везикуло-глобулярного матрикса. Эти гранулярные меланосомы содержат эумеланин.

Различий в биогенезе меланосом меланоцитов эпидермиса и волосяного фолликула различий нет. Так, в фолликулах чёрных волос меланоциты содержат наибольшее количество эумеланосом, содержащих фибриллярный матрикс. В светлых волосах меланосомы слабо меланизированы, многие меланосомы содержат только матрикс. Феомеланосомы рыжих волос содержат везикулярный матрикс, но меланин распределён неравномерно, в виде пятен. И эумеланогенные, и феомеланогенные меланосомы могут сосуществовать в одной клетке.

Рис. 16-5. Формирование меланосом и перемещения участвующих в меланогенезе белков. В ходе генеза меланосом происходит взаимодействие между цистернами гранулярной эндоплазматической сети и транс-сетью комплекса Гольджи. Ранние премеланосомы (стадия I) формируются путём отпочкования мембраны эндоплазматического ретикулума. В премеланосому поступают тирозиназа (Tyr) и относящиеся к меланогенезу белки (MRP): TyrP1 (относящийся к тирозиназе белок 1, TRP1), TyrP2 (относящийся к тирозиназе белок 2, TRP2/TYRP2/DCT), MART-1, белок P и gp100. Тирозиназа взаимодействует с TyrP1 или белком P. TyrP1 и TyrP2 стимулируют степень синтеза эумеланина. Дефекты гена TYR ведут к развитию тирозиназа-негативного кожно-глазного альбинизма типа 1 (OCA1). Мутантные белки тирозиназы направляются для деградации к протеосомам прежде, чем достигают комплекса Гольджи для включения в премеланосому. Сходная ситуация наблюдается при OCA3, когда дефектный TYRP1 удерживается в эндоплазматической сети, а соответствующее процессирование нормальной тирозиназы прерывается, приводя к её протеосомной деградации и последующему существенному снижению пигментации. При OCA2 (мутация белка P) или OCA4 (мутация MART) поступление тирозиназы из транс-сети комплекса Гольджи к меланосомам также нарушается. [115]

МЕЛАНОТРОПИНЫ

Меланоциты — мишени меланотропинов (меланоцитстимулирующих гормонов, МСГ, производных проопиомеланокортина) (см. также главу 9), стимулирующих миграцию меланосом в отростки меланоцитов и передачу меланина кератиноцитам. a-Меланотропин (a-МСГ) регулирует в коже соотношение эумеланина и феомеланина. В частности, a-МСГ стимулирует синтез эумеланина в меланоцитах. Связывание a-МСГ со своим рецептором MC1R в меланоците запускает сигнальный каскад, активирующий аденилатциклазу, увеличивающий внутриклеточный цАМФ и индуцирующий активность тирозиназы. MC1R состоит из 317 аминокислот, имеет наибольшее сродство к aМСГ и адренокортикотропному гормону (АКТГ). Экспрессия MC1R регулируется транскрипционным фактором MITF-M, способствующим транскрипции генов тирозиназы. Полиморфизм MC1Rсвязан с пигментацией кожи и волос. Мутации MC1R, вызывающие снижение или утрату функции меланоцитов, обусловливают более светлую пигментацию кожи и волос, увеличивают риск развития меланомы и немеланомных форм рака кожи. При меланоме выявлена мутация Asp84Glu рецептора MC1R.