第七章 细胞粘附蛋白.ppt

第七章细胞粘附分子第一节细胞外基质粘附分子第二节细胞表面粘附分子,多细胞生物组织细胞间填充着由多种蛋白质和多糖等组成的胞外基质（extracellularmatrix,ECM），连接细胞并交织成网络结构，交织其间的细胞可沿着网络移动。细胞粘附分子：胞外基质分子：胶原、纤连蛋白（fibronectin,Fn）、层连蛋白(laminin,Ln)、玻连蛋（vitronectin,Vn）、骨桥蛋白(osteopontin,Op）等；细胞表面粘附分子：整联蛋白(integrin)、钙粘蛋白（cadherin）层连蛋白受体（lamininreceptor,Ln-R）、细胞间粘附分子（intercellularadhesionmolecule,ICAM）、血管细胞粘附分子（vascularcelladhesionmolecule,VCAM）、选凝素（selectin）、CD44(clusterofdifferentiation)等；一般认为，“细胞外基质-整合素-细胞骨架系统”是细胞感受重力的主要亚细胞结构。,表皮和真皮中细胞间的相互作用分子,一些组织（如皮肤）的胞外基质只是一层薄膜，称基膜（Basementmembrane）。如肾小球基膜,如同一张多孔滤膜，只允许血液中水分子及小分子化合物进入肾小管。,Basementmembraneinkidneyglomerolus,humanskin,ECM与细胞间的粘附作用,糖氨聚糖,几种细胞粘附分子及其互作方式,第一节胞外基质粘附分子一、纤连蛋白二、层连蛋白,一、纤连蛋白（fibronectin,Fn）1.Fn的一般特征2.Fn的结构和基因3.Fn的聚糖结构4.Fn的功能,纤连蛋白（Fn）是一种多功能糖蛋白，存在于基质、基膜及各种体液中,主要由成纤维细胞分泌。多个结构域：肝素、胶原、纤维蛋白、蛋白聚糖、肌动蛋白、DNA乃至细胞等专一性结合结构域。Fn功能:细胞形态、组织器官整体性，细胞粘附、移动、增殖、分化、吞噬等功能相关。,1.纤连蛋白（Fn）的特征,据分布的不同分成两种类型形式：血浆Fn：存在于血浆，呈二聚体，可溶。细胞Fn：分泌并定位于细胞表面或进入胞外基质，呈多聚体，仅在pH10.5时才溶解。亚单位相对分子量22万25万，含糖量为512%，已鉴定了20种纤连蛋白多肽。,2.Fn的分子结构和基因,型：两个链内二硫鍵,含41-52个aa，两个相连的指圈，分子内重复出现12次，同源性为18-60%.型：两个链内二硫键，含60个aa的指圈结构，分子中有2次重复，前后毗邻，同源性约50%型:由90AA组成,不含组氨酸、二硫键，多次重复，同源性仅为30%;与多种整联蛋白和肝素结合.,分子结构:有3种内在同源序列（internalsequencehomology）,纤连蛋白分子的结构域,RGD:存在于多种胞外基质分子中，已知67种蛋白质中有RGD序列，12种整联素依赖RGD。eg.将RGD固定于钛合金种植体表面，促进成骨细胞对钛合金的粘附，提高种植义齿的成功率。Eg.RGD环肽与药物结合，靶向治疗癌症。,Fn基因,Fn是单一基因产物，产生多种mRNA剪接体（人多达10种）。通常血浆型Fn分子中两个单体相差95个氨基酸，原因：同一外显子的5端存在两个剪接位点。细胞结合结构域和肝素结合结构域之间含有270个核苷酸的完整外显子，称作额外结构域（extradomain），编码完整的型同源结构（E），为细胞型Fn所特有。Fn基因高度保守，其中C端27个氨基酸是绝对保守（人和牛40个AA相同）。,纤连蛋白基因的细胞特异性剪接,成纤维细胞：表达Fn的两个额外结构域（EB、EA），故可与整联蛋白受体结合，使Fn粘附于细胞表面。肝细胞：不表达Fn的额外结构域，故Fn不能粘附在细胞表面而进入血液循环（血浆型Fn）。,Fn与细胞结合Fn借助分子中细胞结合结构域与多种细胞结合，分子中GRGDS（Gly,Arg,Gly,Asp,Ser）序列使分子与细胞的结合效率提高。目前发现RGD序列可广泛用于提高医学材料生物相容性、抗血凝、治肿瘤、舒血管、材料表面内皮化等方面，是一种极具发展潜力的肽类药物。,3.Fn的聚糖结构,Fn可有8-10条N-聚糖，也可不带聚糖。Fn含一条O-GalNAc聚糖。不同形式Fn的功能部分与糖链结构差异有关。Fn的糖基化与其溶解度和抵抗蛋白酶的作用有关。,4.Fn的功能,Fn对肝素、胶原、纤维蛋白、蛋白聚糖、肌动蛋白、DNA乃至细胞等都具有很高的亲和力，从而引发一系列体液内或细胞内的变化。Fn对细胞的作用.通过细胞膜表面的受体-整连蛋白完成的。使Fn受体细胞骨架蛋白连成一体.,Fn与细胞的粘附和移动,胞内：与Fn结合的细胞含有丰富的肌动蛋白。Fn受体的胞内结构域与粘着斑蛋白（vinculin）和踝蛋白（talin）结合，从而形成网络，维持细胞的形态。胞外：Fn与其他ECM成分交织成一个疏松的网状结构，使细胞能沿着网状纤维而移动（如神经元）。,Fyn,Fn与细胞分化,骨髓是造血细胞增殖、分化的场所，含大量Fn，尤其在造血集落区，提示Fn可能帮助造血细胞粘附到基质上，影响细胞的成熟。实验：红系母细胞及分化不完全的网织红细胞能特异地粘附于铺有Fn的平皿上，随着红细胞分化成熟,Fn亲和力逐渐失去，这是因为细胞成熟过程中Fn受体的丢失或修饰。红细胞分化：红系定向祖细胞-原红母细胞-幼红细胞-网织红细胞-成熟红细胞。,Fn与血凝及损伤修复,血凝反应：纤维蛋白网状结构与血液中纤连蛋白结合，形成更坚固的血凝块。组织损伤时，成纤维细胞及免疫系统细胞（包括巨噬细胞）移动至损伤部位。此过程需要Fn分子参与。Fn聚糖的作用保护Fn免遭蛋白酶水解.与胚胎期某些细胞的移动和细胞到达靶部位有关.,二、层连蛋白（laminin,Ln）,基膜含有型胶原、硫酸肝素蛋白聚糖、巢蛋白（entactin）和层连蛋白。Ln也称型胶原基质。,分子结构及功能域Ln是多结构域糖蛋白，Mr900kD;3条多肽链（A、B1和B2）通过二硫键连接，呈十字型。A链:C端为一庞大的球形结构，为硫酸肝素结合位点；B1链:N端两小球构成型胶原结合区;B2链:N端小球结合胶原或硫酸酯；三股链形成的中间区域可与许多细胞表面的整连蛋白结合。,1.层连蛋白（Ln）的结构,层连蛋白的糖链,Ln含糖达12-15%，绝大部分的聚糖是复合型N-聚糖，结构形式多样。糖链特征：末端半乳糖，也有唾液酸和多聚乙酰氨基乳糖结构。具有组织和种族特异性,2.层连蛋白的功能,Ln介导上皮细胞及内皮细胞与基膜粘连，从而影响细胞的生长、分化和运动；Ln与某些疾病，如糖尿病、肾病、类风湿性关节炎、感染等有关；对肿瘤细胞的浸润、转移可能有重要作用；Ln的聚糖参与细胞的粘附和铺展，与凝集素样受体结合，如鸡神经干细胞的移动。,原生殖细胞(绿色)沿着肠系膜背侧移动然后发育成性腺。红色为Ln，与细胞的移动有关。,第二节细胞表面粘附分子一、整连蛋白（纤连蛋白,玻连蛋白,层黏连蛋白等受体）二、层连蛋白受体三、钙粘蛋白四、免疫球蛋白家族五、CD44六、血管地址素七、选凝素,与细胞粘附有关的细胞膜受体种类颇多，其中包括整连蛋白(integrin)家族、层连蛋白受体、钙粘蛋白(cadherin)、选凝素家族、免疫球蛋白家族（如神经细胞黏附分子，NCAM）、选凝素（selectin）、D44(分化簇)和血管地址素等.,一、整连蛋白（Integrin）,结构和组织细胞分布2.整连蛋白与细胞骨架蛋白3.整联蛋白介导信号转导,整连蛋白的分子结构整连蛋白为和亚基形成的异源二聚体。亚基：已发现17种亚型，Mr在120kD-185kD之间;亚基：已发现9种亚型,Mr在90kD-110kD之间。可组成25种整连蛋白分子。和亚基都是型跨膜糖蛋白。绝大多数情况下，C端胞内肽段很短，小于50个氨基酸（除4亚基1000个氨基酸外）。和亚基的N端胞外肽段以非共价形成二聚体。两亚基均含丰富的二硫键，具有紧密的折叠结构，利于抵抗蛋白酶水解。,1、结构和组织细胞分布,亚基近N端有7AA重复同源序列（KXGFFKR）肽段，组成七叶螺旋桨结构，与连蛋白活性的调节有关。外侧3-4同源序列含Asp-X-Asp-X-Asp-Gly-X-X-Asp，为结合二价阳离子所必需,二价阳离子影响配体的亲和力和专一性。整连蛋白配体3类：ECM成分：纤连蛋白,玻连蛋白,层黏连蛋白等)；免疫球蛋白类黏附分子：如ICAM(胞间黏附分子)、VCAM(血管细胞黏附分子)血清游离蛋白分子：如血清纤维蛋白原。,整连蛋白的结构,亚基还原，可产生两个肽段,组织细胞表达分布大部分组织可表达：11、21、31和61整连蛋白，与胶原和层连蛋白(Ln)结合；51整连蛋白与Fn结合，除大血管内皮细胞外，大部分组织表达量很少；5亚基在表皮细胞高度表达，主要与5和6组合成二聚体；白细胞主要含2亚基，也有41、47、51和61；血小板的整连蛋白仅为2b3,2.整连蛋白与细胞骨架蛋白,含1亚基的整连蛋白：介导细胞与细胞外基质成分之间的粘附。含2亚基的整连蛋白：存在于各种白细胞表面，介导细胞间的相互作用。3亚基的整连蛋白：存在于血小板表面，介导血小板的聚集，并参与血栓形成。4可与肌动蛋白及其相关蛋白质结合。64整连蛋白以层连蛋白为配体,参与半桥粒（hemidesmosome)一种细胞衔接点，即整连蛋白的胞外结构域与细胞外基质相连，将上皮细胞基质与下层基膜连接。,64整联蛋白以层连蛋白为配体，参与半桥粒形成。,半桥粒与桥粒相比有两点不同一是参与连接的跨膜蛋白不是钙粘蛋白而是整联蛋白；二是整联蛋白的胞外结构域不是与相邻细胞的整联蛋白相连而是同胞外基质相连。,整联蛋白与细胞骨架蛋白的结合粘附启动时，骨架蛋白在粘着斑（focaladhesion，细胞骨架和质膜的特化结构）质膜内侧有机聚集，如粘着斑蛋白二聚化，再与踝蛋白(talin，而粘着带无踝蛋白)，桩蛋白（paxillin）、张力蛋白和辅肌动蛋白等相连。,3.整联蛋白介导的信号转导,整联蛋白的信号转导由粘着斑复合物形成而开始，与整联蛋白信号相关的许多蛋白质参与了生长因子受体介导的信号转导整联蛋白可引起蛋白酪氨酸磷酸化，该酶称为酪氨酸蛋白激酶（TPK），也称粘着斑激酶(focaladhesionkinase,FAK）,粘着斑连接,粘着斑激酶的结构和信号转导,二、层连蛋白受体,层连蛋白受体（Ln-R）较广泛地分布于各种细胞表面。已知的有17种，据其结构以及Ln作用方式,可分为整连蛋白类(部分整连蛋白组合以Ln为配体)和非整连蛋白两大类：整连蛋白类:八种:a11、a21、a31、a61、a71、a64、a53、a32、。非整连蛋白类：9种:大多为糖结合蛋白，与层连蛋白的亲和力普遍高于整联蛋白。,三、钙粘蛋白,钙粘蛋白（cadherin）:一类依赖钙的跨膜细胞粘附分子，在胞间连接、维持组织形态及胚胎组织分化等方面起重要作用钙粘蛋白:型膜蛋白,为唾液酸化的糖蛋白，含723-748个氨基酸，具多种形式，50-60同源%。,钙粘蛋白的结构,结构分4个部分：信号肽，细胞外片段（5个功能区），跨膜片段，细胞内片段胞外近N端：3个含有钙结合部位；最外侧功能区：His-Ala-Val三肽与该功能区的胞间粘附相关；C端：通过与胞内、连环蛋白（catenin）等分子结合，将钙粘蛋白结合到骨架蛋白-肌动蛋白丝上,catenin,钙粘蛋白通过同嗜性结合方式,介导钙离子依赖性细胞粘附。,钙粘蛋白是哺乳动物胚胎发育期细胞细胞联合的重要粘附因素，不仅参与胚胎早期的致密效应，而且涉及胚胎晚期的组织分化.,同嗜性结合,钙粘蛋白介导ECM与细胞质之间的信号转导,钙粘蛋白的组织分布,根据钙粘蛋白的组织分布，可分3类：表皮细胞(E)、神经细胞(N)和胎盘(P)。钙粘蛋白的表达随组织分化、胚胎发育而变化。成人几乎所有表皮细胞都可表达E和P钙粘蛋白。P钙粘蛋白也可在滋养层细胞、心、肺和小肠表达；N钙粘蛋白除在神经系统出现外，在肺、心、骨骼肌、晶体、胚胎中胚层和神经外胚层也有表达。,钙粘蛋白与桥粒连接：指相邻两个细胞间的连接,四、免疫球蛋白超家族,免疫球蛋白超家族(Ig-superfamily,Ig-SF)细胞粘附分子，是一类含免疫球蛋白样结构域的蛋白质，一般不依赖于Ca2。包括:细胞抗原性相关分子:组织相容性抗原、CD4、CD8和其他T细胞受体。神经生长发育相关分子:神经细胞粘附分子（N-CAM）,有20多种。白细胞投送相关分子:胞间粘着分子（I-CAM）、血管细胞粘着分子(V-CAM）、血小板内皮细胞粘着分子（PE-CAM）。信号转导相关分子:集落刺激因子1受体、血小板源生长因子(PDGF）受体等。,Ig-SF分子特征:通常由70-110个氨基酸组成，内含7-9个折叠结构，两个相邻的折叠借二硫键相连,此类细胞粘附分子均具有共同的免疫球蛋白样结构.,五、CD44,1982年，国际协作组，将白细胞分化抗原命名为分化群(clusterofdifferentiation,CD)。人CD的序号从CD1命名至CD247（现在350），大致可划分为13个组。CD44:是一组分布极广泛的细胞表面跨膜糖蛋白,能与多种配体分子结合,介导细胞-细胞、细胞-胞外基质间的粘附过程.Mr.85-160kDa,Mr150kD以上的CD44主要出现于表皮细胞和间皮细胞，充当透明质酸的受体.,CD44含有相同的跨膜结构域、胞内肽段和胞外N末端序列；差异之处为胞外域.CD44功能：淋巴细胞归巢（lymphocytehoming），介导淋巴细胞归巢的粘附分子，称为淋巴细胞归巢受体（LHR）。过程涉及淋巴细胞活性、淋巴细胞生成和同种或异种细胞的粘附等机制.,与T细胞识别粘附活化有关的CD分子,与B细胞识别、粘附、活化有关的CD分子,BCR:B细胞抗原受体；ITAM:免疫受体酪氨酸活化模体,六、血管地址素,血管地址素（vascul