Кератины
Керати́ны (от др.-греч. ϰέρας, род. п. ϰέρατος — «рог») — обширное семейство фибриллярных белков, которые являются основным структурным компонентом цитоскелета эпителиальных клеток, а также входят в состав рогового слоя кожи и её производных — волос, ногтей, перьев, чешуи, рогов и копыт. Они обеспечивают механическую прочность, устойчивость к химическим и физическим воздействиям, а также участвуют в ряде регуляторных клеточных процессов[1][2].
Структура и классификация
Кератины относятся к группе промежуточных филаментов и подразделяются на два основных типа: кислые (тип I) и основные, или нейтральные (тип II). Для формирования стабильных филаментов необходимо образование гетеродимеров, состоящих из одного белка типа I и одного белка типа II[1].
Структурная организация кератинов характеризуется наличием длинного центрального α-спирального домена, который фланкирован с обеих сторон N-концевым и C-концевым доменами. Эти концевые участки богаты остатками цистеина и обеспечивают возможность образования поперечных дисульфидных связей, что значительно повышает стабильность и нерастворимость филаментов. Центральные α-спиральные участки двух мономеров — одного кислого и одного основного кератина — объединяются, образуя суперспирализованный гетеродимер. Эти димеры далее полимеризуются, формируя прочные филаменты диаметром около 8—10 нанометров, которые способны агрегировать «бок о бок», образуя промежуточные филаменты[2].
У человека идентифицировано 54 функциональных гена кератинов, которые расположены в двух основных кластерах: гены кислых кератинов (тип I) сосредоточены на хромосоме 17q21.2, а гены основных кератинов (тип II) — на хромосоме 12q13.13. Эти гены кодируют около 15 изоформ кислых и столько же основных кератинов. Экспрессия различных кератинов строго специфична для типа эпителия, стадии дифференцировки клетки и может изменяться в ответ на повреждение или при патологических состояниях[3].
Функции
Основная функция кератинов — структурная. Они формируют плотную сеть филаментов внутри клетки, которая обеспечивает механическую устойчивость к растяжению и деформации. Это особенно важно для клеток эпидермиса, которые постоянно подвергаются внешним воздействиям. В процессе дифференцировки кератиноцитов от базального к роговому слою состав кератиновых пар меняется. Например, базальные кератиноциты, содержащие стволовые клетки, экспрессируют пары кератинов К5/К14 и К5/К15, в то время как в супрабазальных, дифференцирующихся клетках, происходит переход на пары К1/К10. Эта смена сопровождается увеличением количества дисульфидных связей, что делает филаменты в роговом слое исключительно прочными и нерастворимыми[1].
Помимо механической функции, кератины играют важную роль в регуляции клеточных процессов. Они участвуют в клеточном цикле, ответе на стресс, миграции клеток при заживлении ран и апоптозе. Например, кератины К8 и К18, характерные для простых эпителиев внутренних органов, обладают защитной функцией, предохраняя гепатоциты печени от апоптоза, вызванного различными повреждающими факторами. Мутации в генах, кодирующих эти кератины, ассоциированы с развитием заболеваний печени, таких как криптогенный цирроз[3].
Кератинизация
Процесс кератинизации, или ороговения, является ключевым для формирования защитного барьера кожи. Он начинается в базальном слое эпидермиса, где кератиноциты активно делятся. По мере их перемещения в вышележащие слои — шиповатый, зернистый и, наконец, роговой — в клетках происходят глубокие биохимические и структурные изменения. В зернистом слое синтезируются белки-предшественники, такие как филаггрин, который способствует агрегации кератиновых филаментов, и белки, формирующие подплазмолеммальную оболочку, — кератолинин, инволюкрин и лорикрин. Под действием ферментов, в частности трансглутаминазы, эти белки образуют поперечно-сшитую оболочку, которая придает корнеоцитам (клеткам рогового слоя) исключительную прочность. Одновременно с этим происходит деградация клеточных органелл, включая ядро, и уплотнение цитоплазмы, заполненной кератиновыми филаментами, погружёнными в матрикс из филаггрина[1].
Межклеточное пространство рогового слоя заполнено липидами, которые образуют многослойные пласты, обеспечивая водонепроницаемый барьер. Эти липиды, в основном церамиды, холестерин и свободные жирные кислоты, выделяются из кератиносом (ламеллярных телец) клеток зернистого слоя. Особую роль в сшивке липидных пластов и их прикреплении к оболочке корнеоцитов играют ацилцерамиды, содержащие полиненасыщенные жирные кислоты, такие как линолевая и линоленовая. Дефицит этих кислот приводит к нарушению барьерной функции и сухости кожи[1].
Патологии
Мутации в генах кератинов являются причиной широкого спектра наследственных заболеваний кожи, её придатков и некоторых внутренних органов. Наиболее известными примерами являются буллёзный эпидермолиз, при котором мутации в генах К5 или К14 приводят к повышенной хрупкости базальных кератиноцитов и образованию пузырей даже при незначительной травме.
Эпидермолитический гиперкератоз и врождённая ихтиозиформная эритродермия Брока связаны с мутациями в генах К1 и К10, которые нарушают процесс ороговения в супрабазальных слоях эпидермиса. Пахионихия врождённая, характеризующаяся утолщением ногтевых пластин и ладонно-подошвенным кератозом, вызывается мутациями в генах К6а, К16 или К17. Мутации в генах кератинов волос, таких как К81, К83 и К86, приводят к монилетриксу — наследственной дистрофии волос, проявляющейся истончением и ломкостью стержня волоса[3].
Диагностическое значение
Кератины нашли широкое применение в иммуногистохимической диагностике. Поскольку их экспрессия строго специфична для определённых типов эпителия и стадий дифференцировки, они служат надёжными маркерами для идентификации происхождения опухолей. Например, пара кератинов К8/К18 экспрессируется практически во всех аденокарциномах, что позволяет использовать антитела к ним для подтверждения эпителиальной природы новообразования.
Кератины К7 и К20 используются в панели маркеров для дифференциальной диагностики карцином желудочно-кишечного тракта, поджелудочной железы и мочеполовой системы. Кератин К17, который в норме отсутствует в многослойном плоском эпителии, но индуцируется при стрессе, воспалении и в гиперпролиферирующих кератиноцитах, является маркером активированных кератиноцитов при псориазе и плоскоклеточном раке[3].
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Кузнецов С.Л., Горячкина В.Л., Цомартова Д.А., Заборова В.А., Луцевич О.А. Современные представления о структуре и функциях эпидермиса // Российский журнал кожных и венерических болезней. — 2013. — № 2.
- ↑ 2,0 2,1 Кератины. Большая российская энциклопедия. Дата обращения: 8 ноября 2025. Архивировано 1 июля 2025 года.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Юнусбаева М.М., Юнусбаев Б.Б., Валиев Р.Р., Хамматова А.А., Хуснутдинова Э.К. Широкое многообразие кератинов человека // Вестник дерматологии и венерологии. — 2015. — № 5.