细胞连接和黏附

细胞连接与细胞黏附,(cell junction and cell adhesion),第一节 细胞连接,细胞连接(Cell Junction),相邻细胞之间、细胞与细胞外基质之间在质膜接触区域特化形成的连接结构。,分布：人和动物体内除结缔组织和血液外的各种组织。,功能：加强细胞间的机械联系，维持组织结构的完整性和协调功能。,2. 锚定连接,3. 通讯连接,1. 紧密连接,分类：根据结构和功能特点分三类,一、紧密连接 (tight junction),广泛分布于各种上皮细胞，如消化道上皮细胞、膀胱上皮细胞、脑毛细血管内皮细胞等。,电镜下紧密连接结构,游离面,基底面,存在部位：环绕每个上皮细胞的顶部。,A.相邻质膜上蛋白颗粒连成的封闭索,B.紧密连接中的两种穿膜蛋白,形成渗漏屏障封闭上皮细胞间隙，保证组织内环境的稳定。,功能,维持上皮细胞的极性,二、锚定连接,分布：广泛分布于各种组织，特别是在上皮、心肌和子宫颈等需要承受机械力的组织中尤为丰富。,功能： 参与组织器官形态和功能的维持、细胞的迁移运动以及发育和分化等多种过程。,形成能够抵抗机械张力的牢固黏合，,锚定连接：是一类由细胞骨架纤维参与，存在于细胞之间或细胞与细胞外基质之间的连接结构 。, 黏着连接 （adhering junction） ：与肌动蛋白丝相连的锚定连接。, 桥粒连接（desmosome junction） ：与中间纤维相连的锚定连接。,黏着带：黏着斑：,桥粒：半桥粒：,紧密连接,黏着带,桥粒,半桥粒,黏着斑,通讯连接,锚定连接结构,锚定连接由两大类蛋白构成：,一端将特定的 成分同连接复合体连接；另一端与 相连。, 细胞内锚定蛋白,（intracellular anchor protein ）,细胞骨架,穿膜黏着蛋白,锚定连接由两大类蛋白构成：,穿膜黏着蛋白,（transmembrane adhesion protein ）,胞内区：胞外区：,是一类细胞粘附分子,与细胞内锚定蛋白相连；,与相邻细胞特异的穿膜黏着蛋白或细胞外基质蛋白相连。,相邻细胞间形成一个连续的带状结构,间隙约15-20 nm,位于上皮细胞紧密连接的下方，是相邻细胞之间形成的一个连续的带状结构。,1. 黏着带（adhesion belt ）,又称中间连接,小肠上皮细胞粘着带,黏着带的功能,使相邻细胞的微丝束通过细胞内锚定蛋白和穿膜黏着蛋白连成广泛的穿膜网，使组织连为一个坚固的整体，保持细胞形状，维持组织整体性。微丝束具有收缩功能，可以使上皮细胞内陷形成管状或泡状原基，从而在胚胎发育形态发生中起重要作用。,2.黏着斑,细胞通过肌动蛋白纤维和整合蛋白与细胞外基质之间的连接方式；,（focal adhesion ）,功能：1.机械连接，介导细胞与细胞外基质的黏着；,参与细胞信号转导,功能：相邻细胞中的中间纤维通过细胞桥粒斑和穿膜黏着蛋白构成了贯穿整个组织的整体网架，增强了组织抵抗外界压力与张力的机械强度。,功能：把上皮细胞与其下方的基底膜连接在一起，防止机械力造成的上皮与其下方的组织剥离。,(二)桥粒连接是由 参与的锚定连接,中间纤维,桥粒,半桥粒,桥粒斑，约0.5 m，中间纤维的锚定部位，许多成束的中间纤维伸向桥粒斑，被更细的纤维系牢在桥粒斑上，常折成袢状返回胞质中,桥粒胶蛋白,桥粒粘蛋白,桥粒斑蛋白,桥粒斑珠蛋白,穿膜黏着蛋白 ：整联蛋白（64） ，穿膜蛋白BP180可与基底膜中层黏连蛋白（锚定纤维）发生黏附性结合，从而将细胞与基膜牢固地铆在一起。,半桥粒结构,锚定蛋白：网蛋白构成胞质斑，可与细胞内的中间纤维相连。,天疱疮,自身免疫性疾病，存在抗自身桥粒穿膜黏着蛋白抗体，表皮棘细胞间桥粒连接丧失,生物体大多数组织相邻细胞膜上存在特殊的连接通道，以实现细胞间电信号和化学信号的通讯联系，从而完成群体细胞间的合作协调，这种连接形式称为通讯连接。,三、通讯连接,(communicating junction),(一)间隙连接是动物组织中普遍存在的一种细胞连接方式,豚鼠上皮细胞冷冻蚀刻电镜照片,电镜下结构：间隙连接部位相邻细胞膜之间有2-3nm的缝隙，因而间隙连接又称缝隙连接。,间隙连接的重要功能是介导细胞通讯，使一个细胞内的信息通过化学递质或电信号传递给另一个细胞，协调相邻细胞间的功能活动。 间隙连接的通讯方式表现为：代谢耦联和电耦联。,是指分子量小于1 kD的代谢物和信号分子（如无机离子、单糖、氨基酸、核苷酸、维生素、cAMP和IP3等），在相邻细胞间通过间隙连接的传递。,代谢耦联,也称离子耦联，其连接子是一种离子通道，带电的离子能通过间隙连接到达相邻细胞。在兴奋性组织的细胞之间，均广泛存在电耦联现象。,电耦联,Implications and challenges of connexin connections to cancer,Nature Reviews Cancer 10, 435-441 (June 2010),肿瘤细胞间间隙连接减少或消失,间隙连接的通透性是可以调节的,存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动。,（二）化学突触,细胞连接的类型,Tight junction,Adhesion belt,Desmosome,Hemidesmosome,communication junction,Focal adhesion,第二节 细胞黏附,粘附分子（adhesion molecule，AM） 介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质间粘附作用的膜表面糖蛋白。信号传导和活化、伸展和移动、生长和分化、炎症、血栓形成、肿瘤转移、创伤愈。,1.细胞黏附分子 （cell adhesion molecule，CAM）一类广泛存在于细胞膜上的穿膜糖蛋白，是介导细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间相互结合并起黏附作用的一类细胞表面分子。根据其分子结构与功能特性，分为四大类：,钙黏着蛋白 （cadherin）选择素（selectin）免疫球蛋白超家族( Ig-superfamily, IgSF) 整联蛋白家族 （integrin family）,细胞黏附分子概述,选择素,整联蛋白家族,免疫球蛋白,钙黏着蛋白,钙黏着蛋白 （cadherin） 选择素（selectin）免疫球蛋白超家族( Ig-superfamily, IgSF) 整联蛋白家族 （integrin family）,细胞黏附分子的组成,较长的胞外区：肽链的N端部分，带有糖链，是与配体识别的部位 ； 跨膜区：多为一次穿膜的疏水区；较小的胞质区：肽链的C端部分，可与质膜下的细胞骨架成分或与胞内的信号转导蛋白结合。,细胞间黏附的三种方式（引自Alberts 等，2002）,一、钙黏着蛋白家族 (cadherin),钙黏着蛋白是一类依赖于Ca2+的同亲型细胞黏附分子。单次穿膜糖蛋白，由700750个氨基酸残基组成。在质膜中常以同源二聚体的形式存在。钙黏着蛋白分子结构同源性很高。,胞外区约由110个氨基酸残基组成，常折叠成5个重复结构域，可结合Ca2+，赋予钙黏着蛋白分子刚性和强度。Ca2+结合越多，钙黏着蛋白刚性越强。,钙黏着蛋白的结构与功能,钙黏着蛋白家族部分成员,不同的钙黏着蛋白家族成员在体内有特定的分布，常根据最初发现的组织类型命名,epithelial,neural,placental,vascular endothelial,最初发现组织类型,（1）介导细胞与细胞之间的同亲性细胞黏附,在胚胎和成人组织中，同类细胞需要具备自我标识与彼此黏附的特性。,（2）在个体发育过程中影响细胞的分化，参与组织器官的形成,通过调控钙黏着蛋白表达的种类与数量而决定间的相互作用，影响细胞的分化。,原条,外胚层,中胚层,内胚层,神经嵴,神经褶,神经管,脊索,（3）参与细胞之间稳定的特化连接结构,Kalluri R & Weinberg RA, 2009,缺失E-钙黏着蛋白可导致上皮性肿瘤的发生。,二、选择素,单次穿膜糖蛋白；,胞内区可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合,胞外区由三个独立的结构域组成,selectin,N-末端凝集素样结构域：识别特异糖基，参与细胞之间选择性黏附的重要活性部位,Ca2+参与识别和黏附过程,选择素的功能,选择素及整联蛋白介导白细胞迁移,三、免疫球蛋白超家族,是一类分子结构中含有类似免疫球蛋白结构域、部分成员介导不依赖Ca2+的细胞粘附分子。,（immunoglobin-superfamily, Ig-SF）,同亲型细胞黏着：神经细胞黏附分子（N-CAM）及血小板-内皮细胞黏附分子（PE-CAM）；异亲型细胞黏着：细胞间黏附分子（I-CAM）及血管细胞黏附分子（V-CAM）等。,黏附方式,Ig-SF成员复杂，包括多个黏附分子家族。,通过异亲型细胞黏附着机制参与细胞黏附。,细胞黏附分子,血管,（V-CAM）,大多数Ig-SF黏附分子介导免疫应答所需要的细胞和靶细胞之间特异的相互作用,N-CAM介导非免疫细胞的黏着,神经细胞黏附分子,同亲型细胞黏附,与神经系统的发育、轴突的生长和再生以及突触的形成密切相关。,胎儿酒精综合症,一定浓度的酒精与NCAM-L1结合，导致胚胎小脑细胞之间丧失了相互识别和黏着能力，导致胎儿智力迟钝，无法控制肢体行动（痉挛），颜面畸形,整联蛋白是一类普遍存在于脊椎动物细胞表面，依赖于Ca2+或Mg2+的异亲型细胞黏附分子，介导细胞和细胞之间以及细胞与细胞外基质之间的相互识别和黏附，具有联系细胞外部作用因素与细胞内部结构(细胞骨架)的功能。,Cell Junction and Ce