细胞迁移专题知识专家讲座

第13章细胞迁移细胞迁移专题知识专家讲座第1页一、细胞迁移过程二、微丝骨架在细胞迁移中作用三、整合素介导黏附结构装配和解聚四、Rho家族小GTP酶调整作用五、微管骨架在细胞迁移中功效六、细胞迁移参加生理活动及相关疾病主要内容细胞迁移专题知识专家讲座第2页细胞迁移概念：细胞在胞外信号激活和引导下，经过一系列黏附与去黏附过程而在支持物上产生整体位移。细胞迁移专题知识专家讲座第3页细胞迁移迁移方式分类：1.依据细胞迁移支撑物几何性质不一样可分为三类，一维（线状支撑物上）、二维（培养皿上）、三维（胞外基质组成凝胶层上）2.依据迁移方向可分为两类，无规律自由迁移（散在培养细胞）和定向迁移（胚胎、组织发生和免疫系统中）细胞迁移专题知识专家讲座第4页13-1细胞迁移基本过程一、细胞迁移步骤①伪足向前伸展②伸出伪足黏附胞外基质③细胞体迁移④细胞后缘缩回细胞迁移专题知识专家讲座第5页细胞迁移细胞迁移专题知识专家讲座第6页二、伪足形成伪足丝状伪足（探测周围环境信号）片状伪足（推进细胞前缘向前运动）细胞迁移专题知识专家讲座第7页13-2微丝骨架在细胞迁移中作用一、微丝装配与解聚微丝，也称为纤维状肌动蛋白(F-actin),是由球状肌动蛋白(G-actin)单体聚合而成纤维状结构。G-actin是一个ATP酶，结构含有极性，它们聚合而成微丝一样含有极性。所以，微丝两端依据末端单体肌动蛋白暴露出形状分别称为倒刺端(正端)和尖端(负端)。微丝聚合和解聚是动态过程。当一根微丝上倒刺端聚合与尖端解聚速率相等时，这根微丝长度不变，即所谓“稳定时”，这一现象称为踏车行为。细胞迁移专题知识专家讲座第8页肌动蛋白单体和微丝结构图细胞迁移专题知识专家讲座第9页微丝装配第一步：成核反应原料：2~3个肌动蛋白单体组成寡聚体、肌动蛋白相关蛋白Arp2/3复合物第二步：纤维延长原料：肌动蛋白单体、ATP因为微丝两端在结构上差异，新肌动蛋白亚基普通在倒刺端加入，而极少在负极端加入。细胞迁移专题知识专家讲座第10页微丝装配中ATP作用当ATP-actin浓度高时,微丝加紧生长,在微丝末端形成一连串ATP-actin,称为ATP帽；当ATP-actin浓度下降时,微丝结合ATP转为ADP,当ADP-actin暴露出来后,微丝去组装变短。细胞迁移专题知识专家讲座第11页微丝装配中ATP作用当ATP-actin处于临界浓度时，ATP-actin可能继续在（+）端添加、而在（-）端开始分离，表现出踏车现象。细胞迁移专题知识专家讲座第12页踏车行为细胞迁移专题知识专家讲座第13页微丝动态性细胞迁移专题知识专家讲座第14页伪足中微丝片状伪足与丝状伪足形成有赖于微丝细胞迁移专题知识专家讲座第15页弹性布朗棘轮模型细胞迁移专题知识专家讲座第16页应力纤维与收缩力

应力纤维，也称张力丝，由大量平行和反平行排列微丝组成束状结构。两端与整合素介导黏附结构—黏着斑紧密结合，是胞体前移和尾部回缩所需牵引力和收缩力主要提供者，而其中肌球蛋白家族是收缩力起源所在。细胞迁移专题知识专家讲座第17页肌球蛋白家族

依赖于微丝肌球蛋白是一类分子马达，利用水解ATP产生能量有规则沿微丝骨架运输所携带“货物”。在细胞迁移过程中，Ⅱ型肌球蛋白在应力纤维中提供收缩力，Ⅶ型肌球蛋白与细胞和胞外基质黏附相关。细胞迁移专题知识专家讲座第18页肌球蛋白家族肌球蛋白结构域马达区，含有ATP结合位点和肌动蛋白结合位点调控区，决定肌球蛋白亚型尾部区，促进肌球蛋白本身寡聚化肌球蛋白能够被肌球蛋白轻链激酶（MLCK）激活或被肌球蛋白轻链磷酸酯酶（MLCP）抑制。细胞迁移专题知识专家讲座第19页细胞迁移专题知识专家讲座第20页细胞迁移专题知识专家讲座第21页13-3整合素介导黏附结构装配和解聚

细胞与胞外基质黏附主要依赖于整合素这个跨膜蛋白质家族所介导黏着复合物、黏着斑等黏着结构。这些结构不但能为微丝产生产生力提供支撑点，还是细胞对机械力一个感受器。黏附结构新生黏着位点黏着复合物黏着斑细胞迁移专题知识专家讲座第22页黏附结构动态性新生黏着位点建立黏着复合物形成黏着斑产生细胞迁移专题知识专家讲座第23页黏附结构组成

胞内黏着分子，如距蛋白、Paxillin、黏着斑激酶（FAK)、Vinculin、Zyxin等，会结合或被招募到黏附结构中整合素胞内结构域上，形成复杂而且巨大蛋白质复合物，并最终与微丝骨架相连。Paxillin和Tali能够直接结合整合素胞内区，所以在最早期黏附结构中就可能会出现。FAK和Vinculin都能结合Paxillin。FAK出现在黏着复合物和黏着斑中，而Zyxin则主要出现在黏着斑中，并在细胞受到周期性牵张力作用时可转位到应力纤维上。黏着复合物和黏着斑都能够完全解聚，解聚所得蛋白质分子会被再次投入使用，这个过程被称为“周转”。细胞迁移专题知识专家讲座第24页13-4Rho家族小GTP酶调整作用一、Rho家族小GTP酶活性调整小GTP酶含有信号传导开关作用，当结合GTP/GDP时，会分别处于激活/失活状态，从而传递或关闭信号。GEF:鸟嘌呤核苷酸交换因子GAP:GTP酶激活蛋白GDI:尿苷酸解离抑制因子细胞迁移专题知识专家讲座第25页Rho、Rac、Cdc42在细胞迁移中作用细胞迁移专题知识专家讲座第26页二、Cdc42与细胞极性极性是指细胞结构和形态在特定条件下表现出方向性。微丝骨架：前缘拖尾缘分枝状微丝组成伪足拱状微丝束部分应力纤维组成片层应力纤维为主细胞中后部细胞迁移专题知识专家讲座第27页微管组织中心

在培养上皮细胞、成纤维细胞、星形胶质细胞等类型细胞中，微管组织中心(MTOC)会定位于细胞核与前缘之间。因为高尔基体等内膜细胞器主要富集在MTOC周围，因而它们分布也发生了极性化细胞迁移专题知识专家讲座第28页细胞极性建立胞外信号GEF、GAPCdc42Par6PKCζGSK3βAPC复合物MTOC极性建立细胞迁移专题知识专家讲座第29页三、Rac与片状伪足

Rac亚家族主要在细胞前端被活化并发挥作用，其代表组员为Rac1。Rac主要调控分枝状微丝聚合，因而面对片状伪足形成和功效相关键作用。在细胞中过量表示激活Rac1，会诱导伪足在细胞周围大量形成。这些细胞尽管伪足发达，但没有前-后极性，内部力量相互抵消，所以缺乏迁移能力。细胞迁移专题知识专家讲座第30页片状伪足形成RacWAVE复合物WAVE/Scar、Abi、Nap125、Sra1、HSPC300Arp2/3细胞迁移专题知识专家讲座第31页四、Rho与黏着斑和应力纤维Rho亚家族以RhoA为代表。Rho通常被认为在细胞后端发挥作用，其主要功效包含黏着斑动态性和应力纤维收缩力调整。不过，也有报道发觉RhoA在前端有激活。在细胞中过量表示激活形式RhoA可造成大量粗壮应力纤维和黏着斑形成。细胞迁移专题知识专家讲座第32页RhoA信号调整Rho-GEFRho-GTPROCKMLCKMLCPmDia1LIMKcofilin调整束状微丝形成调整肌球蛋白收缩力调整肌动纤维稳定性细胞迁移专题知识专家讲座第33页五、Rho家族在细胞迁移中协同作用Cdc42Rac1RhoAPar3TIAM1PAKβPIXLMW-PTPROCK细胞迁移专题知识专家讲座第34页13-5微管骨架在细胞迁移中作用

微管是由13条原纤维组成管状结构，直径22~25nm。每一条原纤维由2个非常相同球状蛋白（α-微管蛋白和β-微管蛋白）结合而成异二聚体。含有极性，其聚合速率较快一端称作正端，聚合较慢或解聚一端称作负端。在α-微管蛋白和β-微管蛋白上各有一个GTP结合位点。可能因为构象原因，在α-微管蛋白上GTP不会被水解，因而被称为不可交换位点，而β-微管蛋白上GTP在组装成微管时被水解，微管去组装时，GDP被GTP替换，称为可交换位点。细胞迁移专题知识专家讲座第35页微管和微管蛋白细胞迁移专题知识专家讲座第36页微管组装过程与踏车行为细胞迁移专题知识专家讲座第37页13-6细胞迁移参加生理活动及相关疾病一、胚胎发育

第一阶段：原肠胚形成第二阶段：器官形成第三阶段：器官继续发育直至功效成熟细胞迁移专题知识专家讲座第38页相关疾病1.早期胚胎致死2.组织异常和器管畸形，如先天性心脏畸形3.神经系统性遗传病，如Ⅰ型无脑回症细胞迁移专题知识专家讲座第39页二、成体维护1.损伤修复

当机体受到极性损伤时，修复机制会立刻开启。蛀牙活动包含细胞增值和迁移，以补充损伤造成细胞或组织损伤。免疫细胞和血小板也会迁移到损伤部位，参加消炎和凝血。新生血管形成也需要血管内皮细胞迁移。细胞迁移专题知识专家讲座第40页成体维护2.免疫反应

在免疫系统中，淋巴细胞定向迁移是其分化成熟和发挥功效关键之一。细胞迁移专题知识专家讲座第41页相关疾病1.免疫类疾病，如风湿性关节炎2.欧德里综合征（WAVE/Scar和WASP出现突变或功效缺失）细胞迁移专题知识专家讲座第42页三、癌症转移癌症转移侵袭正常组织远端转移

癌细胞迁移一样依赖于微丝骨架重组和小GTP蛋白Rho家族介导信号通路，但上游信号通路和迁移详细方式会各异。癌细胞经过自然选择能够取得并利用正常细胞具备任何一个迁移方式进行转移。细胞迁移专题知