复旦大学细胞与遗传医学系郭锋-细胞外基质.ppt

细胞外基质 Extracellular Matrix,复旦大学上海医学院 细胞与遗传医学系 郭锋,细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是分布于细胞外空间的由蛋白和多糖纤维交织形成的网络胶体结构体系。,Scanning electron micrograph of cells embedded in a fibrous extracellular matrix,细胞外基质由细胞分泌产生，构成细胞生存、活动的外部微环境。,具有支持、连接、储存水分、抗压保护等作用 影响细胞的迁移、通讯识别、增殖分化等生命活动。,细胞外基质,纤连蛋白fibronectin 层粘连蛋白laminin,氨基聚糖glycosaminoglycan 蛋白聚糖proteoglycan,胶原collagen 弹性蛋白elastin,欧洲，地理大发现时代，长期在海上航行的水手经常遭受坏血病的折磨。 奇怪的是，只要船只靠岸，这种疾病很快就不治而愈了。,病人牙龈溃烂，两腮肿胀，气味难闻，牙齿松动，随时都可能脱落。双腿虚弱无力，皮肤瘙痒疼痛，满是瘀斑与出血点,维生素C缺乏坏血病,?,胶原collagen,胶原是动物体内广泛分布且含量丰富纤维蛋白质家族。,Diversity of Collagens,胶原的结构,三条肽链（链） 三股超螺旋结构（原胶原tropocollagen ）胶原原纤维（collagen fibril）,胶原的结构,链由重复的Gly-X-Y序列构成（X=pro，Y=hyp ），呈左手螺旋，每圈含3个氨基酸残基。 三股螺旋相互盘绕成右手超螺旋，即原胶原。,胶原的结构,原胶原分子间通过侧向共价交联，相互呈阶梯式有序排列聚合成直径不同、长度不等的原纤维。,胶原的合成,链最初在糙面内质网合成，肽链N端、C端各具有一段不含Gly-X-Y序列的前肽，称为前链。,胶原的合成,C端前肽借二硫键形成交联，使三条前链“对齐”排列。 从C端向N端自发聚合，形成三股螺旋结构。,前肽部分保持非螺旋卷曲。 带有前肽的三股螺旋胶原分子称为前胶原（procollagen）。,胶原的合成,HSP47帮助前胶原的形成与转运,HSP47是前胶原三螺旋结构正确形成的保证，基因敲除鼠体内的胶原蛋白分子结构异常，无法自行组装形成胶原纤维。,三螺旋结构正确形成后， HSP47保持与前胶原的结合，运送到高尔基体中形成成熟分子。,胶原的装配,前胶原被分泌囊泡运到细胞外。 前肽的存在，保证了前胶原在运出细胞前不会先行组装成原纤维。 细胞外的特异性前胶原肽酶水解前肽结构，形成原胶原。,胶原的装配,原胶原两端保留有非螺旋的端肽区，然后首尾相连并且侧向交联聚合形成胶原原纤维。 胶原原纤维聚合成束,形成胶原纤维。,胶原合成障碍引起的疾病,成骨不全症- 由基因突变引起型胶原合成量减少或结构异常而引起的遗传性疾病，表现为骨质疏松，易骨折，骨骼畸形等。,Ehlers-Danlos综合症 - 由型胶原编码基因突变引起遗传性疾病，表现为皮肤关节可过度伸展，皮肤受伤后愈合差，关节易脱位。,胶原合成障碍引起的疾病,胶原蛋白在内质网和高尔基体中进行了羟基化和糖基化修饰，羟基化有效的保证了三股超螺旋结构的稳固 。,胶原的修饰,氨基氧化醛基,在细胞外原胶原发生侧向交联。,在原胶原两端非螺旋端肽区发生的交联使胶原具有很好的抗张强度。,胶原的修饰,醛醇共价交联,维生素C坏血病 ？,前链的脯氨酸残基的羟基化修饰由脯氨酰3/脯氨酰4羟化酶催化进行。 维生素C是这两种酶所必需的辅助因子。,维生素C与胶原,缺乏维生素C导致前链的羟化反应不能充分进行，无法形成正常的原胶原，结果非羟化的前链在细胞内被降解。 导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血。,胶原对皮肤、血管、骨骼、肌腱、韧带、软骨和牙齿等的形成和功能都十分重要。,胶原的作用,角膜中所含胶原纤维呈现片层状排列。,参与疤痕形成,弹性蛋白elastin,弹性蛋白是弹性纤维网络的主要成分，也富含甘氨酸和脯氨酸，没