医学细胞生物学4细胞生物学2016细胞连接.ppt

1、医学细胞生物学课件4.细胞生物学2016细胞连接,细胞与细胞以及细胞外基质相互作用的意义,细胞骨架和细胞连接 （cytoskeleton and cell junction） 使细胞间、细胞与细胞外基质间更紧密连接 细胞黏附（adhesion） 细胞间、细胞与细胞外基质间黏附结合 细胞外基质（extracellular matrix） 填充细胞间隙，形成支撑框架 提供细胞生存和行为的环境,人体和其他多细胞生物都由细胞按特定方式有序构建,细胞骨架（cytoskeleton）,细胞骨架（cytoskeleton）的概念,真核细胞中与保持细胞形态结构和细胞运动有关的纤维网络 包括细胞质骨架和细胞核骨

2、架,细胞质骨架,由三类蛋白质纤维组成的网状结构系统 包括微管（microtubule）、微丝（microfilament）和中间丝（intermediate filament） 高度动态，受各种因素调控,细胞质骨架三类蛋白质纤维的性质,Comparison,细胞骨架蛋白质纤维,微管（microtubule）,位置：呈网状或束状分布于细胞质；细胞表面的纤毛、鞭毛；中心粒 形态：为细长的、具有一定刚性的圆管状结构，管壁由13根原纤维（protofilament）排列构成，每一根原纤维由-微管蛋白和-微管蛋白相间排列而成 作用： 构成网状支架，支持和维持细胞的形态 参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成 维持

3、细胞器的定位和分布 为胞内物质运输提供轨道 参与有丝分裂,微丝（microfilament）,位置：成束或分散存在于细胞质，一般细胞中多分布于细胞表面 形态：又称肌动蛋白丝，由肌动蛋白（actin）组成，细丝状结构，较微管更细、更短且更富韧性 作用： 支撑作用：形成应力纤维、支持微绒毛 参与细胞运动，如变形运动、细胞分裂、肌肉收缩等 参与胞内信息传递,中间丝（intermediate filament）,位置：形成满布在细胞质中的网络，包围着细胞核，也延伸到质膜周边与细胞连接锚着 形态：多为由8个四聚体或4个八聚体装配而成，最为坚韧、耐久，直径介于微管和微丝之间 化学组成包括角蛋白纤维、神经原

4、纤维、波形蛋白样纤维、核纤层蛋白、巢蛋白和未归类的中间丝蛋白等。 作用： 细胞内支架作用：形成完整的网状骨架系统；提供细胞的机械强度；参与链接结构的形成 信息传递及物质运输 参与细胞分化,血小板的细胞骨架,高度特化 成分：血影蛋白膜骨架（spectrin membrane skeleton）、边缘微管螺旋（marginal microtubule coil）、肌动蛋白细胞骨架（actin cytoskeleton） 维持血小板的盘状形状、受体在细胞膜上的移动、血小板粘附后铺展、颗粒内容物释放、信号转导,C.M.：三层单位膜 C.S.：开放管道系统 D.B.：致密颗粒 D.T.S.：致密管道系统

5、 E.C.：外衣 G.：颗粒 Gly.：糖原颗粒 G.Z. ：高尔基区 M.：线粒体 M.T.：微管 SMF：膜骨架特化细丝,血小板结构,血小板膜糖蛋白及细胞骨架,Critchley DR: Biochem Biophys Res Commun 2000; 12:133,Talin结构与功能的关系,Talin结构与功能的关系,细胞连接,细胞连接（cell junction）的概念,多细胞生物中细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间的一些特化的连接装置 多见于上皮组织 对机体的构建和功能非常重要,封闭连接 occluding junction (tight junction) 锚定连接 ancho

6、ring junction 通讯连接 communicating junction (gap junction),细胞连接的类型,细胞连接的类型,连接复合体,紧密连接,黏合带,桥粒,半桥粒,间隙连接,锚定连接（anchoring junction）,将一个细胞的骨架成分与相邻细胞的骨架成分、或与细胞外基质锚定在一起的结构 广泛分布于动物的各种组织内，在上皮、肌肉等需要承受机械压力的组织中尤为丰富。,锚定连接主要有两类蛋白质构成,细胞内锚定蛋白 （与骨架附着）,跨膜黏附蛋白 （黏附分子）,锚定连接类型 （根据连接的细胞骨架成分）,细胞黏附,无细胞骨架的连接,有细胞骨架的连接,对细胞无影响,1.

7、黏合带（adhesion belt）,位于上皮细胞顶部侧面，紧密连接下方，是细胞与细胞之间的带状黏合，对形态发生起重要作用。,黏合带,钙黏素 （跨膜黏附蛋白）,微丝束,2. 黏合斑（adhesion plaque）,细胞通过局部黏附（focal adhesion，黏着斑、焦点黏连）与细胞外基质之间形成的黏合连接 跨膜黏附蛋白为整合素，胞外介导细胞与细胞外基质成分相连接 胞内通过锚定蛋白与微丝相连,形成局部黏附的一些分子,细胞内锚定蛋白,跨膜黏附蛋白 整合素,与细胞骨架附着 微丝,Focal adhesion,3. 桥粒（desmosome）,形态： 钮扣或铆钉状连接相邻细胞，但保持细胞间隙。

8、作用：维持上皮组织结构。,位置： 管腔和腺体上皮细胞侧 壁相邻细胞接触点上一 种类似钮扣的点状细胞 连接，能牢固 地将相邻 细胞扣在一起。,半桥粒,中间丝,基膜,桥粒,细胞间隙,钙黏素蛋白,由细胞内锚定蛋白 组成的桥粒斑,附着在桥粒斑 上的中间丝,胞内锚定蛋白： 桥粒珠蛋白（plakoglobin） 桥粒斑蛋白（desmoplakin）,跨膜黏附蛋白： 桥粒芯糖蛋白（desmoglein） 桥粒芯胶蛋白（desmocollin）,4. 半桥粒（hemidesmosome）,胞内锚定蛋白： 网蛋白（plectin）,跨膜黏附蛋白： 整合素（integrin）,半桥粒（hemidesmosome）

9、,位置：上皮细胞与细胞外基质接触点 形态：纽扣状连接上皮基底面与基膜，只有桥粒的一半结构，其致密斑只存于上皮细胞的胞质面。 作用：使上皮组织固定，并分散所承受的机械张力。 跨膜黏附蛋白：整合素 胞内通过锚定蛋白与中间丝相连,细胞黏附,细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间通过一些特殊的分子彼此识别和结合。 是锚定连接的基础，同时也在细胞的迁移和组织构建中起重要作用。,概念：,一、细胞黏附的基本特性,1. 细胞黏附由黏附分子介导 2. 细胞间黏附分子结合有三种方式 3. 细胞黏附的连接性黏附和非连接 性黏附机制 4. 细胞黏附是选择性的识别过程,1. 细胞黏附由黏附分子介导,细胞黏附分子 （cel

10、l adhesion molecule）,细胞表面跨膜蛋白 包括细胞间和细胞-基质黏附分子 参与细胞间和细胞与胞外基质的黏附 有多种类型（钙黏素家族、选择素家族、免疫球蛋白超家族、整合素家族） 通过锚定蛋白与细胞骨架相连,2. 细胞间黏附分子结合有三种方式,嗜同性结合,嗜异性结合,连接分子依赖性结合,3. 细胞黏附的连接性黏附和非连接性黏附机制,见于上皮细胞 有特化的连接区 使细胞间结合牢固,连接性黏附,见于非上皮细胞 无特化的连接区 适宜细胞的运动,非连接性黏附,Inside-out signaling Outside-in signaling Thrombosis,止血和血栓形成及血小板活

11、化信号转导,Platelet Activation,SCANNING ELECTRON MICROGRAPH OF RESTING (A) AND ACTIVATED (B) PLATELETS.,血小板粘附、激活、聚集和血小板-白细胞间的相互作用,止血和血栓形成过程,Proteins exposed in the subendothelium upon vessel injury that promote platelet adhesion : - von Willebrand factor - collagen - laminin Plasma proteins that promote

12、platelet aggregation : - fibrinogen - vitronectin, fibronectin, von Willebrand factor,4. 细胞黏附是选择性的识别过程,黏附聚集不是被动的过程，而是选择性识别和黏附过程 细胞间存在着一种相互识别的系统，使巳分化成同一组织的细胞优先黏附聚集 将胚胎组织中的肝细胞和视网膜细胞各自分离后再混合在一起，可以看到同一类型的细胞会彼此黏附在一起形成组织的现象,分散的胚胎视网膜细胞,分散的胚胎肝细胞,细胞黏附的选择性识别,二、几种主要的细胞黏附分子,介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质相互黏附和作用的跨膜糖蛋白分子 作为细胞黏

13、附的分子基础，参与细胞生长、发育、分化、凋亡，以及细胞识别、应答和信号转导等 与免疫应答、炎症反应、组织修复、器官硬化、血栓形成、移植排斥及肿瘤转移等多种生理、病理过程有关,黏附分子（adhesion molecule）,主要的细胞黏附分子,1. 钙黏素家族 2. 选择素家族 3. 免疫球蛋白超家族 4. 整合素家族,1. 钙黏素家族（40多种钙黏素）,钙黏素（cadherin） 结构：单次跨膜蛋白 同二聚体 胞外结构域形成重复子 功能：介导同型细胞间的嗜同性黏附， 通过细胞内锚定蛋白与细胞骨 架相连,构建和维持组织结构， 信号转导。,钙黏素 重复子,Ca2+对钙黏素的影响,细胞间的 嗜同性黏

14、附,钙黏素Ca2+依赖的黏附分子,钙黏素通过锚定蛋白与细胞骨架成分结合,跨膜黏附蛋白 钙黏素,微丝,细胞内锚定蛋白,生物信号转导和细胞粘附 钙粘素-锚定蛋白-细胞骨架相互作用 钙粘素-连环蛋白（-catenin）-微丝 入核（基因表达调控）,钙黏素的嗜同性黏附,在胚胎发育不同阶段的细胞识别、迁移和分化以及组织器官的构建和修复中起重要作用。 E-钙粘素在上皮细胞表达；N-钙粘素在间质细胞表达，恶性肿瘤时表达转换即上皮-间质转变（EMT）。,2. 选择素家族,结构：单次跨膜蛋白 高度糖基化 重要活性部位：凝集素结构域（配体识别） 功能：介导白细胞与血管内皮细胞或血小板的识别和 黏附，启动炎症免疫反

15、应及维持炎症状态,凝集素结构域,选择素（selectin）,锚定蛋白,依赖Ca2+的黏附分子,肌动蛋白微丝,选择素与整合素介导白细胞迁移,3. 免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily）,成分 ICAM、VCAM、NCAM等 结构 不依赖Ca2+的黏附分子，胞外区有一个或多个Ig样结构域 分布 淋巴细胞、单核细胞、内皮细胞、上皮细胞，常与钙黏素共表达 功能 与整合素介导白细胞与内皮细胞牢固黏附参与免疫炎症反应,整合素（integrin）又称整联蛋白，是跨 膜异二聚体糖蛋白（）。 功能 是多数细胞外基质成分的细胞表面受 体介导细胞间或细胞与胞外基质间黏 附，参与信号

16、转导，调控细胞功能。,4. 整合素家族,整合素介导细胞骨架与细胞外基质的联系,无细胞骨架的连接,有细胞骨架的连接,Cell 2002, 110:673,哺乳类动物中的整合素,细胞外基质、整合素和细胞骨架的相互作用,Platelet adhesion and aggregation on the ECM. The GPIb-vWF interaction mediates platelet tethering thereby enabling GPVI interaction with collagen.,Varga-Szabo D et al. Arterioscler Thromb Vasc

17、 Biol 2008;28:403-412,J Biol Chem 2000, 275:21785,整合素的配体及其识别序列,Ruggeri ZM 2002,参与止血和血栓形成的受体、配体及信号通路,Integrin cytoplasmic domain-binding proteins,Liu S: J Cell Sci 2000; 113:3563,With integrin IIb3, the interaction of Talin, FAK, Src and Calpain is of particular importance in signal transduction.,整合素

18、的双向信号转导,整合素活化时的信号转导,血小板整合素亲和力以及亲合力的调变,整合素-细胞外基质相互作用的过程及意义,Jackson SP JTH 2009,Model of platelet aggregation under laminar and disturbed flow conditions,Platelet interaction with the vessel subendothelium,Platelet GPIb vWF Interaction The GPIb vWF interaction can only occur following binding of vWF to exposed collagen fibers in the subendothelium. This binding induces a conformational change in vWF allowing its interaction with platelet GPIba.,Platelet integrins Platelet integrins are required for platelet spreading as well as platelet aggrega