Kapittel 22 Integrering av celler i vev Vivi Talstad Thomas Tveit Katarina Jørgensen Olav Fjeld Kraugerud Maria Befring Hovda Ann Cicilie Larsen Kap 22 Celle-celle adhesion og kommunikasjon CAM s, typer av junctions Celle-matrix adhesion ECM, Integriner Figur 22.1 Kollagen: Fiberprotein i matrix Ikke-kollagen komponenter i ekstracellulær matrix Plantecelleveggen Typer, struktur, funksjon Basal lamina, Fibronectiner,Proteoglycaner Komponenter, struktur, kommunikasjon Celle adhesions molekyler Cadheriner 5 klasser: Cadheriner, Selectiner og Immunoglobulin superfamilien (Ig) Muciner og Integriner Et ekstracellulært og et cytosolisk domene En celletype kan bruke mer en ett adhesions molekyl Integral membran glykoprotein Ca-avhengige De viktigste klassene er E-,P-og N- Cadheriner Cadheriner i samme klasse fester seg hovedsakelig til hverandre 1
Cadheriner N-CAMs (Ig superfam) Viktig for differensiering og struktur av vev ved danning og bryting av celle-celle kontakt Ex: Differensiering av embryo To lag epitelceller uttrykker E-cadhrin Dannelse av neural tube, syntese av N-cadherin Differensiering av sentralnervesystemet, syntese av P-cadherin Ca-uavhengige Bindes til celler som har lign N-CAMs Har lange polysialin syre kjeder Viktig i differensiering av nerveceller Mye sialin syre gir svakere interaksjoner Binding av heparan sulfat proteoglykaner modifiserer også celle-celle adhesionen Selectiner Selectiner Ca-avhengig Bindes til oligosakkarider Viktig for bevegelse av celler inn i vev P-selectin er uttrykt på endotelceller P-selectin bindes til integriner på celleoverflaten Integriner aktiveres av platelet activating factors (PAF) Cadheriner og dannelse av desmosomer og adherens junctions Desmosomer er tykke regioner av plasmamembranen der cellene er tett assosiert med nabocellene eller ECM Plakoglobin, Desmoglein, Desmocollin Adherens junctions kalles belte desmosomer og finnes primert i epitelceller Celler i et lag av epitelceller holdes sammen av adherens-junctions E-cadherin fester sammen plasmamembranene til nærliggende celler Belte av actin og myosin er festet til E- cadherin gjennom vinculin og actinin 2
GAP JUNCTIONS GAP JUNCTIONS OG CELL-MATRIX SAMMENKOBLINGER Gap junctions er kanaler mellom cellene Nesten alle dyreceller med kontakt med hverandre har slike kanaler Kanalene kobler sammen cellenes cytosol Strukturen av Gap-junction Hva passerer? I lever er gap-junctions tett samlet gap junctions bygget opp av connexin proteinet har 4 á-helixer som passerer celle-membranen seks av disse proteinene pr celle danner Gap junctions Kanalene er 1.2nm -2.0nm Bare ioner eller bygningsmolekyler Beste eksempler datp camp Ca-ioner Cell-matrix sammenkoblinger ECM rundt cellene ECM består av collagen, proteoglycans og matrix proteiner funksjon til matrix: organiserer celler til vev koordinerer cellefunksjoner vei til celle migrasjon aktiverer: celle vekst, profilering og gen-uttrykk Integriner er limet i sammenkoblingene Heterodimer av á- og â-subenheter Diversiteten gjør at migrerende celler kan finne nøyaktig plass Lav affinitet pr binding Det store antall bindinger medfører god forankring Lett å slippe taket 3
Celle-matrix koblinger er avhengig av integrin-aktvitet Annet eksempel Platelets, blodceller á IIb â 3 integrin er i membran, men må aktiviseres á IIb â 3 integrin akselerer koaguleringen av blodet Personer med defekt â 3, kalles blødere á 4 â 1 integrin på hemeceller, binder cella til matrix og stromal celler i beinmarg minsking av antall á 4 â 1 gjør at cella slipper taket i marg-cellene Frigjøringsfaktorer Integriner fester celler til substratet Sterke bindinger forhindrer cellemigrering Disintegriner frigjør cellene, ved å binde seg til celle-integriner eksempel er slangegift To typer intgriner focale hemidemosomer focale bindes til fibronectin-fibre hemidesmosomer bindes til basal lamina Collagen Collagenets hovedfunksjoner: Hjelper cellevev å tåle bevegelser, f.eks. strekking Er hovedfiberproteinet i ECM og connective tissue, er uløselig i vann Er det vanligste proteinet i dyreriket! 4
Collageners struktur Collageners funksjon er elastisitet. Deres struktur ligner på tauverk Collagener består av en trippel helix Strukturen skyldes tre hovedaminosyrer: Glycin Prolin Hydroxyprolin Hovedmønster: GLY-PRO-X Collagenets struktur, forts. Hydrogenbindinger fra H-sidekjeden til glycin stabiliserer innsiden av en trippelhelix C-N bindinger i prolin og hydroxyprolin former skruen Subtyper av collagener dannes ved ulike typer avbrudd i trippelhelix Enkeltfibre av collagen interagerer med andre collagener på ulike vis Subtyper Collagener Biosyntese av collagen Fibrillære: Type I, II, III, V Fibrill-assosierte: Type VI, IX Flate-dannende: Type IV 80-90% av collagen i mennesker er av type I, II eller III (epitel, connective tissue) Type II viktig i bruskdannelse Type IV er også betydningsfullt: En viktig bestanddel av basal lamina Procollagener vokser inn i RER under syntesen Glykosylering i RER og Golgi galactose glucose oligosakkarider Hydroksylering og tvinning av helix Biosyntese av collagen forts. Sykdommer og mutasjoner Procollagen I sendes ut i ECM Endene av procollagen tas bort under eller etter exocytose - gir ferdig collagen Polymerisering av individuelle fibriller Skjørbuk: Mangel på C-vitamin gir ufullstendig hydroxylering Mutasjoner av glycin i α 1 -kjeden gir ulike grader av benskjørhet Kompartmentalisering forhindrer katastrofisk polymerisering inne i cellen 5
Nettverksdannelse Type II collagen (fibr.) assosierer med type IX (f.ass), som binder dem til ECM, i brusk (absorberer sjokk i ledd). Type I (fibr.) og type VI (f.ass) danner tykkere fibre i bindevev Type IV danner 2D nettverk i basal lamina, som holder andre komponenter Extracellulære matrix (ECM) og dens komponenter [fig 22-1] kap. 22.4 en del av ECM bygget opp av proteiner Basal lamina [fig 22-20] proteglykaner til basal lamina -->[Maria] tykkelse: 60-100nm Syntetiseres i celler bundet Forankringsnettverk for celler Basal lamina - oppbygning Proteiner (I) laminin - multiadhesive protein heterotrimer kryssformet med sfæriske ender 60-100nm lang M: 820 000 g/mol høy affinitet for komponenter i basal lamina Basal lamina - oppbygning Proteiner (II) laminin [fig 22-19] Basal lamina - oppbygning Proteiner (III) entactin - multiadhesive protein små binder kollagen (type IV) til laminin [fig 22-20] 6
Celler <--> basal lamina [fig22-1] Basal lamina -funksjon [fig 22-21] integrin - Cell Adhesion Molecule (CAM) finnes i mange utgaver transmembran protein heterodimer epitelceller muskelceller nyrene embryoutvikling binde fast tarmcellene forme muskler skille blod og urin danne celleklumper En del av ECM Oppgave Fibronectin (I) multiadhesive protein Virkemåte Fibronectin (II) regulere celleform organisere cytoskjellettet heling av sår affinitet for ECM komponenter kollagen (I, II, III, V) integriner (bindeleddet mellom celler og ECM) område med høy affinitet Arg-Gly-Asp sekvens (RGD sekvens) RGD sekvensen ~ borrelås Fibronectin (III) Fibronectin (IV) Oppbygning [fig 22-22] Heling av sår Dimer Disulfidbiniding ved C-ende 60-70 nm lang 2-3 nm tykk 6 domener pr kjede Fibronectin i løsning: lav affinitet absorbering: affiniteten øker RGD-sekvensen blir mer ekponert RGD sekvensen bindes til platelets =>Helingen kan begynne 7
Proteoglykaner og Hyaluronan Proteoglykaner Glykoproteiner med sidekjeder av glukosaminoglukan, GAG I bindevev, ekstracellulær matriks og bundet til overflaten på celler Forskjellig lengde, antall sidekjeder, GAG sammensetning på hvert kjerne-protein Forskjellig molekylvekt og ladningstetthet Ladede makromolekyler Vannholdige svellede proteoglykaner volum av ekstrellulær matriks, tillater diffusjon Oppbygging og syntese Kjerneprotein med sidekjeder Sidekjede: Lineære polymere, disakkarider av GAG, 20-100 stykker GAG: Uronsyre + N-acetylglukosamin eller N-acetylgalaktosamin hvor en eller flere sukker har sulfat-gruppe Repeterende sulfatsukker + tre-sukker ledd festes til serin på kjerneproteinet Bindes ved signalsekvensen Ser-Gly-X- Gly Aggrecan, ekstracellulært proteoglykan Viktig i brusk: gel-lignende struktur og resistens mot deformasjon Danner stort aggregat, MW 2*10 8 Bruskaggregat Hyaluronan med aggrecan kjerneprotein med GAGkjeder Bindes ved link proteiner Aggrecankjedene har sidekjeder av keratan og chondroitin Celleoverflate proteoglykaner Bundet til celleoverflaten, spesielt epitelceller Syndecan: todelt - gjennom plasmamembran og i ekstracell. matriks Funksjon ekstracellulær matriks: binde kollagen og fibronectil binding til matriks fibre (basal lamina) 8
Hyaluronan Negativt ladet i løsning: viskøs gel bindevev motstår kompressjonskrefter Bindes til overflaten ved hjelp av protein reseptor CD44 mulighet for cellebevegelse, formering og differensiering I brusk: stivhet, elastisitet og smøring Omgir migrerende og raskt voksende celler β(1-3)glukuronsyre + β(1-4)nacetylglukosamin, 20 mm langt Celleveggen Likheter med den extracellulære matrix Celleveggen binder celler sammen til vev Celleveggen gir signaler til cellen om å vokse og dele seg Celleveggen kontrollerer cellenes og planteorganenes form Celleveggens oppbygning Celleveggens oppbygning Celleveggen består av støpt inn i en matrix av og Cellulose Hemicellulose Pektin Extensin Lignin Glukose Glukankjede Cellulose mikrofibrill Cellevegg 9
Sekundær cellevegg Hemicellulose Dannes innenfor den primære celleveggen Kan ha flere lag Kryssfiner -struktur Forgrenede polysakkarider Binder sammen cellulose v.h.a. hydrogenbindinger Binder cellulose til andre celleveggskomponenter Pektin Extensin Gir celleveggen dens geléaktige egenskaper Negativt ladet blir meget hydrert Finnes spesielt mye i midtlamellen Har en strukturell rolle i celleveggen Utgjør opptil 15% av den primære celleveggen Glykoprotein med ca 300 aminosyrer Består av ca 65% karbohydrat Formet som en heliks der karbohydratene er vendt utover Lignin Strekningsvekst Polymer av fenoliske enheter Assosiert med cellulose Fins spesielt mye i xylem Funksjoner Cellevekst: økning i cellevolumet ved å øke vakuolens volum Plantehormonet auxin (indole-3-acetic acid, IAA) induserer strekningsvekst ved å aktivere expansin motstå sammenpressing av celleveggen beskytte mot patogener og predasjon 10
Syntese av cellulose Cellulose blir syntetisert på den ytre overflaten av plasmamembranen Syntetiseres fra UDP-glukose og ADP-glukose Cellulose syntase, et kompleks av identiske subenheter Hver subenhet danner glukankjeder som spontant danner mikrofibriller Cellulose mikrofibrill Syntese av cellulose Mikrofibrillene er uløselige (en grunn til at de ikke dannes inne i cellen) Løselig hemicellulose og pektin blir syntetisert i golgi-komplekset og sekretert ved celleoverflaten Syntese av cellulose Nydannede cellulose mikrofibriller ligger i sirkler rundt cellen, vinkelrett på cellens akse Mikrotubuli i cellens cytoskjelett påvirker retningen som mikrofibrillene legger seg i Cellulose-syntase-komplekset beveger seg mens cellulose dannes Retningen bestemmes av cytoskjelettet Plasmodesmata Naboceller kommuniserer gjennom plasmodesmata åpne kanaler som forbinder cytoplasma i to celler tillater diffusjon av molekyler med molekylvekt <1000 diameter ca 60 nm lengde opptil 90 nm over 1 million pr mm 3 (Obs! Feil i boka) Plasmodesmata Plasmodesmata Forskjeller fra gap junctions: plasmamembranen er kontinuerlig gjennom kanalen en forlengelse av ER, en desmotubule, går som en streng gjennom kanalen 11
Plasmodesmata Molekyler som passerer gjennom plasmodesmata: proteiner nukleinsyrer metabolske produkter (f.eks. glukose og sukrose) plantevirus Løselige molekyler passerer gjennom annulus Membranbundne molekyler passerer gjennom desmotubulen 12