细胞连接与细胞粘附PPT课件

第十章细胞连接与细胞黏附 CellJunctionandCellAdhesion 细胞连接 celljunction 与细胞黏附 celladhesion 是细胞间结构和功能联系的基本形式 概述 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 细胞连接 细胞表面与其他细胞或细胞外基质结合的特化区称为细胞连接 celljunction 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和维持组织结构的完整性 协调性 细胞黏附 在细胞识别的基础上 同类细胞发生聚集形成细胞团或组织的过程称为细胞黏附 celladhesion CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 第一节细胞连接 一 紧密连接 tightjunction 二 锚定连接 anchoringjunction 三 通讯连接 communicatingjunction CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 细胞连接 细胞黏附和细胞外基质 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 一 紧密连接 1 分布 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 环绕每个上皮细胞的顶部 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 2 电镜下结构紧密连接处 两个相邻细胞质膜以断续的点连在一起 特殊的跨膜蛋白排列形成蛋白质颗粒条索 交错成网状 将细胞间隙封闭起来 小肠上皮细胞紧密连接电镜照片A 冰冻断裂复型电镜照片显示细胞微绒毛和细胞紧密连接区B 扫描电镜照片显示蛋白质颗粒条索 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 3 分子组成 密封蛋白 claudin 闭合蛋白 occludin PDZ蛋白 ZO家族等 4次穿膜的膜整合蛋白 C 末端和N 末端均伸向细胞质 对紧密连接的形成和功能起重要作用 胞质外周蛋白 起连接和调节作用 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 紧密连接模式图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 4 紧密连接的主要功能 1 封闭上皮细胞的间隙 形成一道与外界隔离的封闭带 保证组织内环境的稳定 防止细胞外物质无选择地通过细胞间隙进入组织 防止组织中的物质回流入腔中 2 形成上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障 从而维持上皮细胞的极性 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 小肠上皮细胞转运葡萄糖入血示意图 小肠上皮细胞顶端质膜中的Na 葡萄糖协同运输蛋白 运输2个Na 的同时转运1个葡萄糖分子 使胞质内产生高葡萄糖浓度 质膜基底面和侧面的葡萄糖易化扩散运输蛋白 转运葡萄糖离开细胞 形成葡萄糖的定向转运 Na K 泵将回流到细胞质中的Na 转运出细胞 维持Na 穿膜浓度梯度 CellMembraneandMembraneTransport 第四章细胞膜与物质的穿膜运输 二 锚定连接 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 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 形成能够抵抗机械张力的牢固黏合 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 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 锚定连接由两大类蛋白构成 细胞内锚定蛋白 intracellularanchorprotein 一端将特定的细胞骨架成分同连接复合体连接 另一端与穿膜黏着蛋白相连 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 穿膜黏着蛋白 transmembraneadhesionprotein 是一类细胞粘附分子 胞内区 与细胞内锚定蛋白相连 胞外区 与相邻细胞特异的穿膜黏着蛋白或细胞外基质蛋白相连 锚定连接的两类蛋白 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 一 黏着连接 adheringjunction 与肌动蛋白丝相连的锚定连接 黏着带 adhesionbelt 细胞与细胞之间的黏着连接 黏着斑 focaladhesion 细胞与细胞外基质间的黏着连接 CellJunctionandCellAdhesion 分类 第十章细胞连接与细胞黏附 二 桥粒连接 desmosomejunction 与中间纤维相连的锚定连接 桥粒 desmosome 细胞与细胞之间的连接 半桥粒 hemidesmosome 细胞与细胞外基质间的连接 一 黏着连接是由肌动蛋白丝参与的锚定连接 黏着带存在部位 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 分子组成 穿膜黏着蛋白 钙黏着蛋白 cadherin 属于Ca2 依赖性细胞黏附分子 胞内区 通过细胞内锚定蛋白与肌动蛋白丝相连 胞外区 与相邻细胞的钙黏着蛋白胞外部分结合 锚定蛋白 联蛋白 黏着斑蛋白 斑珠蛋白 和 辅肌动蛋白 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 小肠上皮细胞之间黏着带结构示意图A 黏着带示意图B 黏着带组成结构模式图 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 黏着带功能 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 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 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 2 黏着斑 存在部位 位于上皮细胞基底部 是细胞通过局部黏附与细胞外基质之间形成的黏着连接 分子组成 穿膜黏着蛋白 膜整联蛋白 integrin 多数为 5 1 胞外区 与细胞外基质成分相连 胞内区 通过锚定蛋白与肌动蛋白丝相连 锚定蛋白 踝蛋白 talin 辅肌动蛋白 细丝蛋白 filamin 和纽蛋白等 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 黏着斑的结构与功能 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 黏着斑的功能 介导细胞与细胞外基质的黏着 参与细胞的迁移 参与细胞信号转导 1 桥粒存在部位 位于上皮细胞黏着带的下方 是相邻细胞间的一种斑点状的锚定连接结构 分子组成 细胞内锚定蛋白 构成桥粒斑 是中间纤维附着的部位 桥粒斑珠蛋白 桥粒斑蛋白 二 桥粒连接是由中间纤维参与的锚定连接 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 穿膜黏着蛋白 钙黏着蛋白家族 桥粒黏蛋白 桥粒胶蛋白 胞内部分 与细胞内锚定蛋白构成的桥粒斑相连 胞外部分 与相邻细胞的穿膜黏着蛋白相连 通过依赖Ca2 的黏附机制将两个相邻细胞连接在一起 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 桥粒的结构A 桥粒的电镜照片B 桥粒结构模式图 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 桥粒 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 桥粒的功能 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 上皮细胞与基底膜之间的连接结构 因其结构仅为桥粒的一半而得名 形态上与桥粒类似 但功能与化学组成不同 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 2 半桥粒 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 化学组成 锚定蛋白 网蛋白 plectin 构成胞质斑 可与细胞内的中间纤维相连 穿膜黏着蛋白 整联蛋白 6 4 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 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 半桥粒结构A 半桥粒结构照片B 半桥粒结构模式图 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 联蛋白黏着斑蛋白 网蛋白 桥粒斑珠蛋白桥粒斑蛋白 胞内锚定蛋白 肌动蛋白丝 中间纤维 胞内连接成分 整联蛋白 E 钙粘素 整联蛋白 钙粘素 穿膜黏着蛋白 细胞与胞外基质之间 细胞之间 细胞与基膜之间 细胞之间 连接类型 黏着斑 黏着带 半桥粒 桥粒 方式成分 锚定连接各类型的比较 踝蛋白纽蛋白 三 通讯连接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 communicatingjunction CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 一 间隙连接是动物组织中普遍存在的一种细胞连接方式 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 CellJunctionandCellAdhesion 三 通讯连接 第十章细胞连接与细胞黏附 基本结构单位 连接子 connexon 由6个相同或相似的穿膜连接蛋白 连接子蛋白环绕而成 中央形成1 5 2nm的亲水性通道 相邻质膜上的两个连接子相对接而连在一起 通过中央通道使相邻细胞质连通 间隙连接的结构A 质膜横切面显示间隙连接B 质膜冷冻蚀刻显示间隙连接成片分布区域C 间隙连接三维结构示意图D 连接子蛋白与连接子 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 间隙连接的功能 加强相邻细胞的连接 介导细胞间通讯 细胞通讯是指一个细胞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 代谢耦联和电耦联 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 代谢耦联 metaboliccoupling 是指分子量小于1kD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 这种功能在胚胎发育早期特别重要 电耦联 electriccoupling 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 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 分子量小于1000 1500Da的物质可以自由通过 间隙连接 二 突触也是一种细胞通讯连接方式 突触 神经元之间或神经元与效应细胞 如肌细胞 之间通过突触 synapse 完成神经冲动的传递 电突触 electronicsynapse 细胞间形成间隙连接 电冲动可直接通过间隙连接从突触前向突触后传导 突触速度快而准确 化学突触 chemicalsynapse 突触前和突触后细胞膜之间存在20nm宽的间隙 神经冲动通过神经递质小泡释放神经递质作用于突触后细胞 引起新的神经冲动 有一个 电信号 化学信号 电信号 的转换过程 是一种间接而慢速的信息传递形式 CellJunctionandCellAdhesion 三 通讯连接 第十章细胞连接与细胞黏附 电突触结构示意图A 电突触结构示意图B 电突触的间隙连接示意图 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 化学突触 细胞连接的类型 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 小结 细胞连接 封闭连接 锚定连接 通讯连接 紧密连接 黏着连接 桥粒连接 间隙连接 突触 黏合带 黏着斑 桥粒 半桥粒 功能 细胞 细胞 细胞 细胞外基质 结构 第二节细胞黏附 一 钙黏着蛋白二 选择素三 免疫球蛋白超家族四 整联蛋白家族 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 1 细胞黏附分子 celladhesionmolecule 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 integrinfamily 细胞黏附分子概述 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 细胞表面主要黏附分子家族 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 2 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 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 同亲型结合 homophilicbinding 相邻细胞表面的同种黏附分子间的相互识别与黏附 如钙黏着蛋白 异亲型结合 heterophilicbinding 两相邻细胞表面的不同种黏附分子间的相互识别与黏附 如选择素和整联蛋白 连接分子依赖性结合 linker dependentbinding 即相邻细胞黏附分子通过连接分子中介才能相互识别与黏附 3 细胞黏附分子介导细胞识别与黏附的方式 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 细胞间黏附的三种方式 引自Alberts等 2002 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 钙黏着蛋白家族部分成员 一 钙黏着蛋白家族 钙黏着蛋白是一类依赖于Ca2 的同亲型细胞黏附分子 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 1 钙黏着蛋白分子结构 单次穿膜糖蛋白 由700 750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 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 钙黏着蛋白的结构与功能A 一个经典钙黏着蛋白B 一个钙黏着蛋白重复子的三维结构C Ca2 对钙黏着蛋白的影响 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 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 钙黏着蛋白的功能 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 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胚胎细胞间的相互作用 影响细胞的分化 上皮 间质转型 epithelial mesenchymaltransition EMT 参与细胞之间稳定的特化连接结构的形成 如参与形成黏着带等 钙黏着蛋白通过附着蛋白与微丝结合 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 二 选择素 选择素是一类依赖于Ca2 的异亲型细胞粘附分子 能特异性地识别其他细胞表面寡糖链中的特定糖基 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 1 选择素的分子结构 单次穿膜糖蛋白 胞外区由三个独立的结构域组成 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表皮生长因子 EGF 样结构域补体调节蛋白 CCP 结构域 具有加强分子间黏附以及参与补体系统调节等作用 胞内区可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合 CellJunctionandCellAdhesion 二 选择素 第十章细胞连接与细胞黏附 三种已知选择素的结构示意图A 三种选择素的结构B 这三种选择素都能够识别糖蛋白寡糖链末端的糖基配体并与之结合C 糖基配体的详细结构 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 参与白细胞与血管内皮细胞或血小板的识别与黏着 帮助白细胞从血液进入炎症部位 2 选择素的功能 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 选择素及整联蛋白介导白细胞迁移 三 免疫球蛋白超家族 免疫球蛋白超家族 immunoglobin superfamily Ig SF 是一类分子结构中含有类似免疫球蛋白结构域 不依赖Ca2 的细胞粘附分子 结构 胞外区由一个或多个免疫球蛋白 Ig 样结构域组成 每一个Ig结构域都是由90 110个氨基酸残基形成的紧密折叠结构 其间有二硫键相连接 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 黏附方式 Ig SF成员复杂 包括多个黏附分子家族 同亲型细胞黏着 神经细胞黏附分子 neuralcelladhesionmolecule 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 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 大多数Ig SF黏附分子介导淋巴细胞和免疫应答所需要的细胞 巨噬细胞 其他淋巴细胞和靶细胞 之间的特异的相互作用 但一些Ig SF成员 如N CAM介导非免疫细胞的黏着 神经细胞黏附分子 N CAM 胞外区有5个免疫球蛋白样的结构域 通过同亲型黏着机制与相邻细胞同类分子结合黏附在一起 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 1 Ig SF黏附分子的功能 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 神经细胞黏附分子的结构A 4种神经细胞黏附分子免疫球蛋白样结构域 每个结构域在环末端形成二硫键B 同亲型结合模型 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 血管细胞黏附分子 V CAM 通过异亲型细胞黏附机制参与细胞黏附 与白细胞表面的 4 1整联蛋白相结合 使白细胞沿内皮滚动并固着于炎症部位的血管内皮 发生铺展 进而分泌水解酶而穿过血管壁 CellJunctionandCellAdhesion 第十章细胞连接与细胞黏附 细胞间黏附分子 I CAM 有多种类型I CAM在淋巴系统抗原识别 细胞毒T细胞功能发挥以及淋巴细胞的募集方面起重要作用 内皮细胞I CAM可通过与白细胞表面的整联蛋白分子结合 在炎症反应中发挥作用 四 整联蛋白家族 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