Структура и функции гликопротеинов слизи муцинов

Л.А.Железная
(Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, г. Пущино Московской области)

Железная Людмила Алексеевна —старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, кандидат физико-математических наук, автор 90 публикаций

Введение
Слизь — это вязкоупругий секрет, покрывающий пищеварительный, дыхательный и урогенитальный тракты организмов, наружную поверхность рыб, земноводных и других животных. Этот слой служит не только смазкой и барьером, защищающим клетки от агрессивного действия факторов внешней среды, но также играет важную функциональную роль: поступающие в организм или выводимые из него вещества должны проходить через слой слизи, толщина которого достигает сотни микрон. Долгое время роли слизи в организме не придавалось значения. Однако накоплены данные о том, что течение многих болезней проявляется в изменении свойств слизи.
Основной структурный и функциональный компонент слизи – особый подкласс гликопротеинов. До последнего времени их называли гликопротеинами слизи. Однако и сейчас за ними закрепилось название муцинов (от англ. mucus – слизь). Муцины выделены в отдельный подкласс гликопротеинов, поскольку обладают свойствами, сочетание которых присуще только этому подклассу. Среди этих свойств – огромная молекулярная масса (тысячи кДа), высокое содержание углеводов (50-80% от массы молекулы), образующих разветвленные олигосахаридные цепочки, которые связаны О-гликозидной связью с белком, и, наконец, большое количество тандемных повторов как в нуклеотидной последовательности генов, так и в кодируемой ими полипептидной цепи.
Состав и строение муцинов
Состав и строение углеводов в муцинах. Около 95% массы слизи составляет вода, 1% – соли и другие диализуемые компоненты, 0,5-2% – свободные белки, нуклеиновые кислоты и липиды и около 3% – муцины. К настоящему времени отработаны методы выделения и очистки муцинов. Основными характеристиками очищенных муцинов являются специфический аминокислотный состав с присущим ему высоким содержанием серина, треонина и пролина и большое содержание углеводов с характерным набором моносахаридных остатков. Муцины с аналогичными характерными чертами присутствуют не только в слизи. Их много обнаружено в желчи, соке пожелудочной железы и дуоденальном соке.
Углеводный состав муцинов представлен пятью типами моносахаридов: фукозой (Fuc), галактозой (Gal), N-ацетилглюкозамином (GlcNAc), N-ацетил-галактозамином (GalNAc) и сиаловыми кислотами. Сиаловые кислоты — обобщенное название производных нейраминовой кислоты. О незначительном присутствии в муцинах других моносахаридов будет сказано ниже. Перечисленные моносахариды образуют олигосахаридные цепочки, содержащие от 1 до 22 (в среднем 8–10) моносахаридных остатков. Цепочки связаны O-гликозидной связью, в образовании которой участвуют N-ацетилгалактозамин и гидроксильная группа боковой цепи серина или треонина.
Последовательность сахаров в цепочке, конформация гликозидной связи между ними и максимальное число углеводных остатков задаются на генетическом уровне. Число сахаров и цепочек, приходящихся на одну молекулу, варьирует в молекулах одного и того же секрета. Это является одной из причин высокой гетерогенности муцинов. Несмотря на такую вариабельность длины олигосахаридных цепочек, муцины из каждого источника имеют свой характерный средний размер цепочки. Так, олигосахаридные цепочки муцинов из подчелюстной железы овцы состоят всего из двух моносахаридных остатков, муцины желудочной слизи человека и свиньи — из 19 остатков, а максимальная известная длина цепочки — 22 остатка — обнаружена в муцинах слизи толстой кишки крысы.
Помимо длины олигосахаридные цепочки характеризуются структурой, т.е. последовательностью сахаров и типом связи между ними. В олигосахаридах, связанных с белком O-гликозидной связью (O-гликанах), различают три домена — кор, остов и периферическую область (рис. 1). Кор состоит из остатка GalNAc, связанного с пептидом, и сахарного остатка, непосредственно связанного с ним. Остов образован дисахаридами двух типов: Gal1-3GlcNАc и Gal1-4GlcNAc, которые могут образовывать между собой гомо- или гетерополимеры. Сахариды, связанные с остовом, образуют периферический домен. Каждый домен обладает собственным набором антигенов или связанных с опухолями детерминант. Многие углеводные антигены хорошо охарактеризованы с помощью моноклональных антител или по связыванию с лектинами.
Сочетание различных коров с различными остовами и различными периферическими областями приводит к необычайно разнообразному составу и строению углеводных цепей в муцинах. В некоторых муцинах, например секрета подчелюстной железы овцы, разнообразие углеводных цепей довольно ограниченно. В других муцинах (слизи толстой кишки, желудка, цервикального канала и дыхательного тракта) вариабельность цепей велика. Так, в муцинах слизи дыхательного тракта одного пациента, страдающего бронхостазом, идентифицировано 60 олигосахаридных цепочек. Представляется вполне вероятным, что в муцинах этого пациента может существовать несколько сотен различных олигосахаридных цепей.
Помимо состава олигосахаридных цепочек и их структуры муцины характеризуются также числом цепочек, приходящихся на молекулу. Количество цепочек в муцинах из разных источников варьирует значительно меньше, чем их длина и структура, и составляет в среднем около 400, хотя может достигать и 800 цепочек на молекулу.
Углеводы в муцинах связаны O-гликозидной связью с остатками серина или треонина. Однако пока не установлено, как влияют на гликозилирование серина и треонина окружающие их аминокислотные остатки. Очевидна лишь важность присутствия остатков пролина вблизи гликозилируемого остатка.
Долгое время оставался спорным вопрос о присутствии в муцинах N-гликанов. В настоящее время N-гликаны обнаружены в муцинах из разных источников, хотя до сих пор неясно, является ли наличие N-гликанов в муцинах их характерным свойством.
Белковый состав и олигомерная структура муцинов. На долю белка в муцинах приходится около 30% массы молекулы. Муцины характеризуются необычным аминокислотным составом — более 50% приходится на серин, треонин и пролин. Большое содержание серина и треонина в муцинах обусловлено тем, что сотни углеводных цепочек связываются только с серином или треонином. Высокое содержание пролина необходимо, по-видимому, для формирования особой конформации белкового остова, способного разместить на себе сотни углеводных цепочек. Кроме того, известно, что пролин способствует гликозилированию соседних с ним серина или треонина. Из соотношения аминокислотных остатков и углеводных цепей следует, что каждый третий остаток должен быть связан с углеводной цепочкой. Поэтому основная часть белка в муцинах должна иметь конформацию вытянутого, довольно жесткого стержня. Такую структуру сравнивают с ершиком для мытья посуды, у которого стержнем является полипептид, а углеводные цепочки – щетинками.
Вторая особенность аминокислотного состава муцинов – большое количество цистеиновых остатков. Эти остатки участвуют в образовании олигомерной структуры муцинов, так как при обработке тиоловыми агентами муцины распадаются на отдельные, скорее всего неидентичные, но очень сходные между собой субъединицы. При этом углеводный и белковый состав отдельной субъединицы мало отличается от их состава в олигомерной структуре.
Субъединичнное строение муцинов, выделенных из разных источников слизи, и образование из них олигомеров с участием S — S связей, по-видимому, универсальное свойство муцинов. Однако строение самой субъединицы муцинов из разных источников, по-видимому, различается. В настоящее время выявлено два типа строения субъединиц.
Для муцинов слизи желудка (человека, крысы, свиньи), тонкой кишки и некоторых других муцинов предложена модель, согласно которой субъединица состоит из трех доменов: центрального, N- и C-концевого (рис. 2, B). С центральным доменом связаны все приходящиеся на субъединицу углеводы (благодаря чему он недоступен протеолизу). Соответственно в нем сосредоточена основная часть остатков серина, треонина и пролина. Все остатки цистеина приходятся на «оголенные» (незащищенные углеводными цепями) N- и C-концевые домены. В остальном аминокислотный состав этих доменов близок к составу обычных глобулярных белков. Размер самих субъединиц варьирует в муцинах из разных источников от 400 до 5000 аминокислотных остатков. Размер полипептидной цепи в этих субъединицах составляет около 1500 аминокислотных остатков, из них примерно половина приходится на центральный домен, остальные делятся между N- и C-концевыми доменами.
Описанные субъединицы можно рассматривать как «маленькие» по сравнению с другим типом субъединиц, которые обнаружены в муцинах цервикальной слизи. В этих муцинах субъединица, полученная при разрыве S — S связей, имеет молекулярную массу около 2W106 и состоит из гликозилированных доменов, перемежающихся негликозилированными. При протеолизе трипсином субъединица распадается на 3–4 гликозилированных домена с молекулярной массой около 400 кДа (рис. 2, A). Муцины цервикальной слизи относятся к высокомолекулярным, как и муцины слизи толстой кишки и дыхательного тракта. Поэтому не исключено, что для их субъединиц будет справедлива такая же модель. Возможно, что строение субъединиц разных муцинов вообще будет ограничиваться двумя типами моделей.
В электронном микроскопе муцины из разнообразных источников слизи выглядят как полидисперсные линейные гибкие нити. Длина нитей одного препарата муцинов сильно варьирует. Так, в муцинах желудка человека и крысы она достигает 1000 нм. Но наблюдаются субпопуляции длиной в 2-3 раза меньше.
Таким образом, согласно современному представлению, муцины представляют собой олигомеры различной длины, образованные субъединицами, которые связаны между собой дисульфидными мостиками.
Биосинтез и структура генов муцинов
 Муцины слизи продуцируются высокоспециализированными бокаловидными клетками эпителия или клетками специализированных слизистых желез. В этих клетках хорошо развиты шероховатый эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, обеспечивающие гликозилирование белка. Синтез полипептидной цепи муцинов, как и других гликопротеинов, происходит на полирибосомах, связанных с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом. Растущий пептид котрансляционно транслоцируется через мембрану ретикулума в его полость, где происходит N-гликозилирование муцинов. После этого они переносятся в транспортных пузырьках в аппарат Гольджи, где происходит О-гликозилирование. Оно начинается с присоединения GalNAc к остаткам серина и треонина, которое обеспечивается GalNAс-трансферазой. Присоединение происходит, по-видимому, в цис-цистернах аппарата Гольджи, хотя, по некоторым данным, добавление GalNAc к отдельным остаткам серина и треонина может происходить котрансляционно. После присоединения GalNAc дальнейшее гликозилирование идет путем добавления различных моносахаридов специфическими гликозилтрансферазами. Завершается O-гликозилирование в транс-цистернах аппарата Гольджи.
После завершения гликозилирования муцины упаковываются в секреторные гранулы. Секреция муцинов из гранул осуществляется по механизму экзоцитоза. Механизм упаковки муцинов в гранулах пока неизвестен. Очевидно, что большую роль в нем играют ионы кальция, так как при экзоцитозе из гранул освобождается много кальция. По-видимому, ионы кальция экранируют отрицательный заряд муцинов, в результате чего они могут плотно упаковываться в грануле. При выходе из гранул объем содержащихся в них муцинов увеличивается в 600 раз всего за 40 мс, что типично для фазового перехода полимерного геля. Такое увеличение объема обеспечивается гидрофильностью углеводных цепей муцинов и силами отталкивания между соседними молекулами, которые после выброса кальция вновь становятся отрицательно заряженными. Освободившееся и «разбухшее» содержимое гранул и есть та самая слизь, которая покрывает эпителиальные клетки. Секреция муцинов из гранул контролируется как на нейральном, так и гормональном уровне.
В последние 10 лет достигнуты значительные успехи в клонировании, секвенировании и изучении экспрессии генов муцинов. Результаты секвенирования муциновых генов оказались довольно неожиданными. Во-первых, выяснилось, что генов муцинов много (только у человека известно уже около 10 различных генов). Во-вторых, между различными генами почти полностью отсутствует гомология как в нуклеотидной, так и в кодируемой ими аминокислотной последовательности. В-третьих, муциновые гены содержат большое количество тандемных повторов. Причем структура повторов – их нуклеотидная последовательность, длина и количество – сильно различаются в различных генах. Следствием большого количества повторов является высокий полиморфизм длины муциновых генов. И, наконец, оказалось, что во многих клетках одновременно экспрессируется более одного муцинового гена.
Неожиданным в генах муцинов оказалось, что при отсутствии гомологии в тандемных повторах последовательности, фланкирующие повторы обнаруживают определенный консерватизм, особенно последовательности, кодирующие C-концевой домен муцинового мономера. Эта гомология прослеживается у муцинов как из разных тканей, так и из разных видов. Предполагается, что структура C-концевого домена, обогащенного (как и N-концевой домен) остатками цистеина, особенно важна для функционирования муцинов, по-видимому, для образования олигомеров.
В настоящее время ведутся интенсивные работы по изучению экспрессии муциновых генов. Показано, что несколько генов экспрессируется в эпителии всех исследованных тканей. Однако картина экспрессии различается не только между разными тканями, но даже между различными клетками одной и той же ткани. Тем не менее, несмотря на сложность картины экспрессии муциновых генов, главные ее черты ясны — это ткане- и видоспецифичная экспрессия.
Как уже отмечалось, генам муцинов присущ полиморфизм, связанный главным образом с различным количеством тандемных повторов в разных генах. Так, у 69 индивидумов было обнаружено 30 различных аллелей гена MUC1. Предполагается, что высокий полиморфизм муциновых генов возникает в результате неравного кроссинговера между гомологичными генами. Очевидно, что полиморфизм длины муциновых генов имеет большое значение, обеспечивая быструю эволюционную изменчивость в ответ на селективное давление окружающей среды, с которой муцины в виде слизи находятся в непосредственном и активном контакте.
Структура и функции слизи
Слизь образует непрерывный неперемешиваемый слой, толщина которого сильно варьирует в зависимости от вида животного, типа органа (тракта), состояния организма и даже в пределах одного среза. Так, толщина слоя слизи, покрывающей желудок человека, составляет 180 мкм, а в желудке крысы – 80 мкм (хотя в пределах одного среза толщина может различаться в 10 раз). Концентрация муцинов в слизи также варьирует в зависимости от тракта и состояния организма: в слизи желудка человека она составляет около 50 мг/мл, а в цервикальной слизи коровы в период течки – всего 1 мг/мл.
Слизь не растворяется ни в воде, ни в физиологическом растворе и даже не очень набухает в них. Такие свойства присущи гелю, т.е. системе, в которой все макромолекулы в растворе связаны друг с другом поперечными связями (по крайней мере, одной на молекулу), что приводит к образованию сетки, или макромолекулярного агрегата. В такой системе изменение объема или невозможно вообще, или происходит так медленно, что почти не обнаруживается. С физической точки зрения слизь - это вязкоупругое вещество. С одной стороны, ей присуще свойство жидкости — она может течь, а с другой стороны, она имеет свойство твердого тела, так как она может выдерживать определенную нагрузку.
В работах Аллена и соавт. показано, что очищенные муцины в концентрации, близкой к концентрации их в слизи, образуют гель, по реологическим свойствам сходный с нативной слизью, т.е. принципиальные характеристики слизи могут быть воспроизведены ее основным компонентом, муцинами, без привлечения других компонентов и взаимодействий, кроме тех, которые зависят от концентрации муцинов. Тем не менее природа связей между муциновыми молекулами в слизи и вопрос о том, какие связи на каком этапе формируются в процессе синтеза — в секреторных гранулах или после освобождения муцинов из гранул, — остаются пока нерешенными, так как ни одна из предложенных моделей не объясняет полностью наблюдаемых свойств слизи. Построение же адекватной модели слизи важно как для понимания ее функциональных свойств, так и для ответа на вопросы: почему многие исследованные слизи содержат продукт не одного муцинового гена, почему олигомеры имеют разную длину и насколько гетерогенность длины олигомеров важна для формирования слизи?
Очень важное и очевидное назначение слоя слизи – служить барьером, защищающим лежащие под ним эпителиальные клетки от неблагоприятных воздействий, в первую очередь — чисто механических. Слизь предотвращает повреждение клеток от контакта с грубыми частицами пищи в желудке, от проникновения пыли в дыхательные пути и т.д. Она служит первым барьером против проникновения в организм бактерий, вирусов и других патогенов, а также при участии ресничек эпителиальных клеток выводит из организма попавший чужеродный материал и слущивающиеся клетки эпителия. Все это чисто механические функции, и для их обеспечения не потребовалось бы такого сложного строения муцинов. Однако этим далеко не исчерпывается функциональная роль слизи. Она, безусловно, является селективным барьером, так как через нее не проходят внутрь молекулы размером более 1 кДа, а из организма в люмен через слизь поступают IgA, альбумин и другие белки значительно большего размера. Возможным механизмом такой селекции может быть наличие проникающих через слизь молекул групп, которые предпочтительно взаимодействуют с муцинами, что эквивалентно их растворению в слизи. Наличие у IgA углеводных цепочек, сходных с цепочками муцинов, свидетельствует в пользу такого механизма. Возможно, что такой механизм используют некоторые патогены. Одни из них могут нести на своей поверхности гликопротеины, сходные с муцинами, другие, как, например, Vibrio cholerae, модифицируют олигосахаридные цепочки муцинов, отщепляя от них сиаловые кислоты с помощью продуцируемой ими нейраминидазы. Напротив, IgA может блокировать проникновение патогенов и их ферментов, взаимодействуя с ними. Для обеспечения селективных функций слоя слизи нужна уже более сложная структура, чем для чисто механической защиты, и сложное строение муцинов.
При многих болезнях патологические изменения слизи свидетельствуют о существовании у нее более разнообразных функциональных свойств. Изменение свойств слизи при различной патологии носит разный характер. Так, при кистозном фиброзе суперпродукция слизи и увеличение ее вязкости сопровождается увеличением степени гликозилирования муцинов и содержания некоторых сахаров и сульфата. Причина возникновения кистозного фиброза – дефект в мембранном белке, участвующем в активном транспорте Cl–. Однако почему это приводит к столь драматическому изменению свойств слизи, пока непонятно. При злокачественных опухолях пищеварительного или бронхиального тракта драматически изменяются периферийные области олигосахаридных цепей муцинов, при болезни Крона, язвенных и ишемических колитах содержание сульфата увеличивается, а сиаловых кислот уменьшается. И хотя известно, чем отличаются муцины при патологии от муцинов нормальной слизи, остается неясно, как связаны эти изменения с изменениями в слизи, а главное, почему эти изменения столь драматичны для функционирования всего организма. Ответ на все эти вопросы может быть получен только при построении адекватной модели слизи, которая поможет понять тонкие детали функциональной роли слизи.
Рентгенографическое исследование муцинов
Структура муцинов. Суть метода рентгеновской дифракции состоит в том, что если исследуемый образец обладает периодическим (упорядоченным) строением, то при облучении рентгеновскими лучами он дает дифракционную картину (рентгенограмму), состоящую из серии дифракционных максимумов (рефлексов). Параметры дифракционной картины — положение рефлексов (межплоскостное расстояние) и их интенсивность однозначно связаны со структурой, обусловливающей набор рефлексов. Однако только в случае монокристаллов, когда регистрируется несколько тысяч рефлексов, удается найти эту связь. В остальных случаях приходится использовать модели, степень достоверности которых снижается с уменьшением количества рефлексов на рентгенограмме.
Нами показано, что слизь, вопреки своему названию, которое как бы подразумевает аморфность, дает рентгенограмму, на которой наблюдается несколько слабых, но четких рефлексов. Впоследствии было установлено, что получаемая от слизи рентгенограмма обусловлена муцинами, так как концентрированные растворы (100–150 мг/мл) очищенных муцинов дают очень четкую и богатую рефлексами рентгенограмму, на которой наблюдается 9 рефлексов (рис. 3). При сравнении рентгенограмм от очищенных муцинов и от слоя слизи можно видеть, что на рентгенограмме от очищенных муцинов межплоскостные расстояния трех рефлексов (4,65, 2,33 и 1,56 нм) и их относительная интенсивность совпадают с рефлексами на рентгенограмме слоя слизи. Такое совпадение положения рефлексов и их относительной интенсивности можно считать доказательством, что рентгенограмма слизи обусловлена муцинами. Тот факт, что на рентгенограмме слоя слизи наблюдается только 4 рефлекса, объясняется низкой концентрацией муцинов в слизи (согласно литературным данным — около 40 мг/мл) по сравнению с концентрированными растворами очищенных муцинов. Поэтому на рентгенограмме слизи наблюдаются только наиболее интенсивные рефлексы.
Рефлексы на рентгенограмме муцинов очень тонкие, что присуще так называемым «структурным» рефлексам, т.е. рефлексам, обусловленным структурой самой молекулы, тогда как рефлексы, обусловленные регулярной взаимной упаковкой молекулы, «упаковочные» рефлексы, как правило, имеют довольно большую ширину. Таким образом, можно предполагать, что наблюдаемые рефлексы обусловлены структурой самой муциновой молекулы.
Рефлексы 4,65, 2,33, 1,56, 1,16 и 0,94 нм являются последовательными порядками отражения от рефлекса 4,65 нм (т.е. кратны ему). Это говорит о том, что они обусловлены одним и тем же структурным мотивом. Для того чтобы понять, каков этот мотив, обратимся к биохимическим данным, относящимся к строению муциновой молекулы. Как уже отмечалось, олигосахаридные цепочки составляют основную массу муциновой молекулы. При этом на одну гликозилированную субъединицу их приходится не менее 150. Этого количества достаточно, чтобы такая совокупность могла привести к рентгеновской дифракции при условии, что они расположены вдоль белкового остова неким упорядоченным образом. В биологических вытянутых структурах наиболее распространенным типом регулярного взаимного расположения повторяющихся элементов является расположение по спирали. Поэтому было высказано предположение, что олигосахаридные цепочки расположены по спирали вдоль белкового остова гликозилированной субъединицы. Следовательно, образуемая ими спираль является тем структурным мотивом, который приводит к появлению серии рефлексов, кратных 4,65 нм. На основании ренгенографических данных предложена модель строения муциновой молекулы, согласно которой олигосахаридные цепочки расположены по спирали вдоль белкового стержня на расстоянии 1,54 нм друг от друга. При этом на один период приходится 3 олигосахаридные цепочки, а период спирали, образуемой цепочками, равен 4,65 нм.
Хотя модель строения слизи и не выяснена, однако биохимические данные о строении гликозилированных субъединиц муцинов и наличие четкой дифракционной картины говорят о высокой структурированности муциновой молекулы. Поэтому независимо от того, каким образом отдельные молекулы упакованы в слизи, огромные размеры субъединиц (порядка 300 нм) позволяют считать, что и слизь, образуемая этими молекулами, представляет собой структурированное пространство, даже если отдельные муциновые молекулы не расположены регулярно друг относительно друга. Такое пространство может обладать замечательными свойствами, которые могут меняться в зависимости от конкретного состава и строения олигосахаридных цепочек. Действительно, главное отличие, которое просматривается при сравнении муцинов из разных источников, это различная длина, состав и строение их олигосахаридных цепочек. Благодаря тому, что олигосахаридные цепочки содержат много отрицательных групп, свойства муцинов могут легко варьировать при изменении рН, ионной силы и других факторов окружающей их среды, что будет приводить к изменению свойств этого структурированного пространства.
Структура плотной фазы дуоденального сока. В дуоденальном в соке спонтанно образуется осадок (плотная фаза), который, как показано Ю.М.Гальпериным и соавт., сорбирует на себе ряд пищеварительных ферментов и играет важную роль в процессе пищеварения. Нами обнаружено, что плотная фаза дает рентгенограмму с большим количеством четких рефлексов, среди которых присутствуют рефлексы, обусловленные муцинами (рис. 4,А). Более того, оказалось, что при понижении рН сока до 5 и ниже «муциновая часть» рентгенограммы исчезает (рис.4,Б). Этот факт использован нами для сравнительного исследования плотной фазы, формирующейся на разных стадиях пищеварительного процесса: в межпищеварительный период («тощаковый» сок) и в фазе активного пищеварения («сытый» сок). Оказалось, что плотные фазы «сытого» и «тощакового» (рис. 5) соков дают различную картину: на рентгенограмме от плотной фазы «тощакового» сока значительно увеличивается ширина рефлексов, что свидетельствует о деформации регулярной спирали, образуемой олигосахаридными цепочками.
Таким образом, различные фазы пищеварения характеризуются различной структурой плотной фазы дуоденального сока. Наличие таких изменений может быть использовано для оценки состояния пищеварения и адаптивных возможностей тощей кишки, а также при выборе оптимальных смесей для энтерального зондового питания.
Заключение
В последние годы быстро растет интерес к муцинам. Это обусловлено как пониманием важной функциональной роли слизи, так и тем, что большие муциноподобные домены обнаружены в составе гликопротеинов, связанных с мембраной многих (возможно, всех) эпителиальных клеток. Интерес к мембраносвязанным муцинам вызван тем, что их экспрессия почти в 10 раз увеличивается в трансформированных клетках — в различных типах карцином и некоторых злокачественных опухолях. При этом углеводные цепочки становятся короче, чем в нетрансформированных клетках. Их суперпродукция является тестом на канцерогенез. А так как картины гликозилирования разных карцином различаются, то можно использовать специфические антитела как маркеры той или иной карциномы.
Наличие слоя слизи, покрывающего все тракты организма, уже находит практическое применение. Начала ускоренно развиваться так называемая «иммунизация мукозального барьера», т.е. иммунизация слизи. В отличие от традиционной иммунизации, целью которой является увеличение титра IgG, задачей мукозальной иммунизации является увеличение титра IgA — антител, локализованных главным образом в слизи — первом барьере, стоящем на пути патогенов. В качестве одного из способов получения вакцины для мукозальной иммунизации предлагается использовать рекомбинанты нетоксичной субъединицы холерного токсина.
Таким образом, можно ожидать, что в ближайшие годы муцины и формируемая ими слизь будут привлекать к себе все большее внимание исследователей.

Лекция на XIV школе-семинаре «Современные проблемы физиологии пищеварения, Пущино-на-Оке, 1997, опубликовано в Российском журнале гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии 1998, №1, стр. 30-37



Рис.1 Структура олигосахаридной цепочки муцинов, выделенных из слизи желудка свиньи. Обозначения: GalNAc – N-ацетилгалактозоамин; Gal – галактоза; GlcNAc - N-ацетилглюкозоамин; Fuc – фукоза (Для увеличения картинки щелкните на ней мышкой)


Рис. 2 Модель строения муциновых олигомеров: А – муцины цервикальной слизи человека; В – муцины слизи желудка урысы; (=) – дисульфидная связь; -SH – тиоловая группа (Для увеличения картинки щелкните на ней мышкой) 





 
 
А

 
В

Рис. 3 Рентгенограммы от неориентированного (А) и ориентированного (В) гелей очищенных муцинов (получены на малоугловой фокусирующей камере. Расстояние образец-пленка – 150 мм(Для увеличения картинки щелкните на ней мышкой)





 
А

 
В

Рис. 4 Рентгенограммы от плотной фазы дуоденального сока собаки: А – исходный сок с рН около 7; Б – сок, рН которого был понижен до 4,5 (аналогичную рентгенограмму дает смесь дуоденального сока с желудочным). Расстояние образец-пленка – 75 мм (Для увеличения картинки щелкните на ней мышкой)






А


В
Рис. 5 Рентгенограммы от плотной фазы дуоденального сока собаки, не получавшей пищи в течение 24 часов (А) и через 30 минут после введения в тощую кишку питательной смеси (Б). Расстояние образец-пленка – 70 мм (Для увеличения картинки щелкните на ней мышкой)