Sejt-sejt és sejt-ECM kapcsolatok (Sejtkapcsoló struktúrák) PDF

III. Sejt-sejt és sejt-ECM kapcsolatok (Setjkapcsoló struktúrák) Közvetlen sejtkapcsolatok  az állati szervezet specifikusan összekapcsolt – szövetekbe rendeződött – sejtcsoportokból épül fel  kapcsolatok nélkül a sejtek nem életképesek  kapcsolatoktól megfosztott sejtekben önpusztító p...

III. Sejt-sejt és sejt-ECM kapcsolatok (Setjkapcsoló struktúrák) Közvetlen sejtkapcsolatok  az állati szervezet specifikusan összekapcsolt – szövetekbe rendeződött – sejtcsoportokból épül fel  kapcsolatok nélkül a sejtek nem életképesek  kapcsolatoktól megfosztott sejtekben önpusztító program aktiválódik  a szövetekbe való rendeződés alapja a sejtek egymással (sejt- sejt) és a sejten kívüli anyaggal (sejt- extracelluláris-matrix) való kapcsolata  szerkezetileg lehetnek a sejtmembrán igen feltűnő speciális képletei (sejtkapcsoló struktúrák) vagy lehetnek szerkezetileg teljesen jellegtelenek  a kapcsolatot a plazmamembrán speciális fehérjéi, a sejtadhéziós molekulák alakítják ki Sejtkapcsoló struktúrák jellemzése  sejt- sejt v. sejt- ECM  időleges v. tartós (stabil)  ion (Ca2+ v. Mg2+) függőség  kapcsolódó sejtváz elemek Funkció alapján  lezáró, szigetelő  kihorgonyzó, rögzítő  kommunikáló Felépítési alapelv (vannak kivételek !!)  sejtfelszíni adhéziós fehérjék  citoszkeleton elemei aktin filamentumok- gyenge kötés intermedier filamentumok- erős kötés  ECM komponensei (esetenként)  kapcsolófehérjék (adapter proteinek) Dinamikus szekezetek : szükség esetén gyorsan széteshetnek és újra kialakulhatnak  Sejt-ECM kapcsoló struktúrák szoros illeszkedés Általános jellemzők: zonula occludens adhéziós molekulák: adherens kapcsolat integrinek zonula adherens morfológiailag „plakk” dezmoszóma a plazmamembrán macula adherens citoplazmatikus oldalán réskapcsolat hemidezmoszóma fokális kontaktus 1. Hemidezmoszómák (féldezmoszómák)  sejteket (hámsejtek, endothélsejtek) rögzítenek főleg a bazális laminához foltszerű képződmények, a sejtek bazális (alapi) oldalán alakjában, funkciójában hasonlít a dezmoszómákhoz (sejt-sejt kapcs.), de molekuláris összetétele attól eltérő tartós, rögzítő kapcs. 1. Hemidezmoszómák Felépítés Adhéziós molekulák: integrinek: α6β4 = laminin receptor és BP180 (kollagén XVII) Kapcsoló molekulák: (plakkfehérjék, adapter fehérjék): dystonin, plektin Sejtváz elem: intermedier filamentumok: keratin Extracellulris mátrix elem: laminin (lamina basalis) tartós, rögzítő kollagén IV (lamina densa) kapcs. 1. Hemidezmoszómák sejtmag elsődleges előfordulási helye a bőrben a dermo-epidermális határ területe: az epidermisz bazális sejtréteget rögzíti a lamina basalishoz bazális lamina nyálkahártyákban nyílak: hemidezmoszómák fehérjéinek mutációs léziója: epidermolysis bullosa kb. tipusa  2. Fokális kontaktus (fokális adhéziós plakk) különböző sejttípusokat kötnek össze az extracelluláris mátrix elemeivel pont vagy csík-szerű struktúrák formálásában több, mint 150 protein vesz részt a proteinek képesek dinamikusan össze- és szétkapcsolódni a sejt aktuális igényeinek megfelelően = reverzibilis, dinamikus ezzel lehetővé válik a sejtmigráció átmeneti a sejt és környezete közötti kétirányú kapcs. jelátvitelben is részt vesz előfordulás: főleg vándorló sejtek (fibroblasztok, leukociták, makrofágok) de arteriák endothélsejtjei, izom-ín átmenet, váz-szívizom, keratinociták, 2. Fokális kontaktus (fokális adhéziós plakk) Felépítés Adhéziós molekulák: integrinek:  = fibronektin receptor,  = laminin receptor Kapcsoló molekulák (plakkfehérjék, adapter fehérjék): -Actinin Vinculin Talin Paxillin FAK (fokális adháziós kináz) - jelátvitel !! Sejtváz elem: aktinfilamentumok (stresszkötegek) Extracelluláris mátrix elem: fibronektin, vitronektin, laminin  2. Fokális kontaktus (fokális adhéziós plakk) Gyakorlati jelentőség  sok más adapterfehérje is kapcsolódik a fokális kontaktus komplexhez, pl. a kindlinek  e proteincsalád egyik tagjának örökletes mutációja: Kindler-szindróma - a bőr és nyálkahártyák extrém sérülékenysége és subepidermális hólyagképződés (a kórkép az epidermolysis bullosa betegségcsoport tagja) Sejt-ECM kapcsoló struktúrák összefoglalás Sejt-sejt kapcsoló struktúrák Szoros illeszkedés (tight junction) Zonula occludens (ZO) Adherens kapcsolat (adherent junction Zonula adherens (ZA) Dezmoszóma Macula adherens (D, MA) Réskapcsolat Gap junction (GJ)  Sejt-sejt kapcsoló struktúrák Junkciónális komplex: ZO+ZA+D  hámsejtek (epithél) között (MA) Terminológia: Zonula = övszerű; Macula: foltszerű  Sejt-sejt kapcsoló struktúrák 1. Szoros illeszkedés (tight junction; zonula occludens) övszerűen körbefutó lezáró (szigetelő) sejt-sejt kapcsolat homofil: szomszédos sejtek azonos adhéziós molekulái szorosan egymásba kapaszkodnak („zárólécek”) előfordulás: egyrétegű v. többrétegű hám, érendothél a „szigetelés” mértéke eltérő igen nagyfokú: a központi idegrendsz. területén (vér-agy gát), „elég gyenge” vékonybél hámja, a vese proximális tubulusai függ: TEM „zárólécek” számától a klaudin molekula típusától  1. Szoros illeszkedés (tight junction; zonula occludens) Felépítés Adhéziós molekulák: okkludinok, klaudinok (20 kb. forma), JAM-ák , Nectin (JAM = junkcionális adhéziós molekula) Kapcsoló molekulák (adapter fehérjék): ZO-1, ZO-2, ZO-3 (ZO = zonula occludens protein) Afadin-nectin komplexum a ZO-1-hez rögzül Sejtváz elem: aktinfilamentum (F-aktin) A ZO (tight junction) alkotásában részvevő adhéziós molekulák: Okkludinok, klaudinok  4 transzmembrán domén fonalakba rendeződnek, melyek körbefutják a sejtet a szomszédos sejtek fonalkötegei pontosan egymáshoz illeszkednek (zárólécek) és lezárják a sejtközötti járatokat JAM-ák, Nectin  az Ig-szerű adhéziós molekula-család tagjai (2) Tight junction: Vékony metszeten az intercelluláris teret occludin, klaudinok, JAMs, és nektinek zárják el. A ZA rendszerint a TJ alatt található  1. Szoros illeszkedés (tight junction; zonula occludens) Funkciók (I) mechanikai kapcsolat: gyenge a mechanikai stabilitást az alatta levő Z.A. és D. biztosítja szigetelő, ill. bizonyos anyagok számára szelektíven permeábilis barrier impermeabilis: víz és vízoldékony molekulák permeabilis: anorganikus molekulák egyes klaudin-típusok aminosavak víz és/v. ion-áteresztő anyag áthaladása egy pórusokat képeznek hámon(pl. béhám) lehet: monosacharidok transzcelluláris és paracelluláris paracelluláris anyagtranszport szabályozása Transcellularis pathway 1. tight junction (zonula occludens) szigetelő hatásának kimutatása A sejtréteg bazális olalára juttatott megjelölt molekulák nem jutnak át az apikális oldalra (és fordítva).  1. Szoros illeszkedés (tight junction; zonula occludens) Funkciók (II) apikális és bazolaterális régióra osztják a polarizált epitél sejtek membránját meggátolják az apikális-bazolaterális membránalkotók (pl. integráns transzportfehérjék) keveredését Példa: a bél epitél apikális oldalán a glukóz transzporter fehérjéken keresztül jut a sejtbe, míg a bazolaterális oldalon másfajta glukóz transzporterek juttattják ki a sejtből a véráramba. meggátolják a molekulák rediffúzióját (pl. interszticiumba felszívott anyagok visszaáramlását a béllumenbe)  A bélhámsejteken két glukóz-transzporter bíztosítja a glukóz bélfalon való áthaladását  ha a bélhámsejtek csak a Na+-glukóz-szimporterrel rendelkeznének, nem tudnák a bél lumenéből felvett glukózt más sejtek rendelkezésére bocsátani  apikális felszinen- a Na+-glukóz- szimporter a glukózt aktív módon a bél lumenéből a sejtbe juttatja  latero-bazális felszínen- a passzív-glukóz- uniporter révén a glukóz a koncentració- gradiensnek megfelelően elhagyja sejtet  1. Szoros illeszkedés (tight junction; zonula occludens (ZO)) Gyakorlati jelentőség  zonula occludens toxin (ZOT) - egy enterotoxin, a Vibrio cholerae baktérium terméke egyik hatása: a zonula occludens reverzibilis nyílása – „hasmenés”  Cerebrális (agyi) ischemia (hipoxia) az agyi endotél sejtek TJ - fehérjéi delokalizálódnak a membránból és expressziójuk is csökken; a paracelluláris permeabilitás nő : agyi ödéma a ZO-1,-2 adapter fehérjék lokalizációja is megváltozik, bevándorolnak a magba, ahol transzkripciós fehérjékhez (Fos, Jun) kapcsolódnak és befolyásolják gének expresszióját  Klaudin-16 mutáció- renális Mg-vesztés szindróma Gyakorlati jelentőség Tight junction (Zonula occludens) strukturális fehérjei: vírusok „receptorai” 2. Adherens kapcsolat (adherent junction; zonula adherens) övszerűen körbefutó mechanikai sejt-sejt kapcsolat közvetlenül a zonula occludens alatt i.c. rés: 20-40 nm homofil Ca2+- függő előfordulás: minden egyrétegű és néhány többrétegű hám, érendothél, mesothél, retina más geometria, de hasonló felépítés: fascia adherens: szívizomban: (a discus intercalarisok területén), punctum adherens: központi idegrendszeri szinapszisok környékén 2. Adherens kapcsolat (adherent junction; zonula adherens) Felépítés (I) Fő adhéziós molekulák: catenin klasszikus cadherinek- Ca2+ -függő ! cadherin α -aktinin E-cadherin – epithél (leggyakoribb) N-cadherin – szívizom VE-cadherin - érendothél miozin aktin Kapcsoló molekulák: cateninek: α, β és p120 α-aktinin, vinkulin Sejtváz elem: aktinfilamentumok- övszerűen végigfutó kötegek= „aktin-gyűrű”; - az aktinfil.-kat α-aktinin köti össze - közöttük miozin-II- molekulák is előfordulhatnak – kontraktilis  2. Adherens sejtkapcsolat és egy jelút β-catenin az adherens sejtkapcsolat tagja és kulcs fontosságú eleme a Wnt-szignalizációs útvonalnak: a magba vándorolva TF-hoz kötődik géntranszkripció (sejtspecifikus!!) mutáció, fokozott expresszálódás: kb. daganatos megbetegedések (máj, vastagbél, tüdő stb.); szívbetegségek: pl. dilatatív kadiomiopáthia 3. Dezmoszóma (Macula adherens) két szomszédos sejtet egymáshoz rögzítő pontszerű (foltszerű) kapcsolóstruktúra erős mechanikai kapcsolat i.c. rés 20-40 nm (finom fibrilláris anyag) homofil Ca2+- függő EM: sötét, plakkszerű struktúra a membrán citoplazmatikus oldalán sejtenként több is előfordul  3. Dezmoszóma (Macula adherens) Felépítés Adhéziós molekulák: dezmoglein dezmocollin (nem klasszikus cadherinek; Ca2+ függő) Kapcsoló molekulák (plakkfehérjék): dezmoplakin plakoglobin (γ-katenin) plakophilin plektin Sejtváz elem: intermedier filamentumok (IF) IF IF tartós és erős mechanikai kapcsolat  3. Dezmoszóma (Macula adherens) Előfordulás: hámszövet (keratin filamentumokhoz kötődve) - igen nagy számban a többrétegű laphámban kapilláris - endothél (IF: vimentin) szívizom - discus intercalarisok területén (IF: desmin) nyirokrendszer (nyirokcsomó dendritikus sejtjei) (IF: vimentin) agyhártya sejtjei között (IF: vimentin) Példa: epidermis stratum spinosum dezmoszómak 3. Dezmoszóma (Macula adherens) Példa: epidermis- az adhéziós molekulák és plakkfehérjek expresszálódása rétegenként eltérő 3. Dezmoszóma (Macula adherens) Példa: epidermis Str. granulosum/ spinosum Str. basale/ spinosum  3. Dezmoszóma (Macula adherens) Gyakorlati jelentőség  dezmoglein ellenes autoantitestek termelődése – Pemphigus az antitest-kötődés immunreakciót indít el, amelynek során a dezmoszómák pusztulása miatt a hámsejtek elválnak egymástól; a kialakuló terekben folyadék halmozódik fel (hólyagok): bőr, nyálkahártya  desmoplakin géndefektus: bőrtünetek  γ-katenin (plakoglobin) gén hibája- Naxos-betegség (öröklődő arritmogén jobb kamrai diszplázia) autoszomális recesszív módon öröklődő palmo-plantaris keratózis, göndör, gyapjúszerű haj, a jobb kamrai szívizom zsíros-fibrotikus átépülése és következményes kamrai arritmiák jellemzik Pemphigus vulgaris (Dsg-3, 1) Pemphigus foliaceus (Dsg-1) Naxos- betegség (Pkg gén hibája) commons.wikimedia.org/wiki/Image:Naxos_diseas... + arritmogén jobb kamrai diszplázia  4. Réskapcsolat (gap junction, nexus) kommunikáló sejt-sejt kapcsolat két sejt membránja közötti vizzel telt csatornákon keresztül valósul meg kémiai (metabolikus) és elektromos kapcsolás funkciónális egységgé kapcsolja a sejteket sejtenként több található foltszerű strukúra nagysága néhány µm2 „gap = rés” -a két sejthártya között keskeny rés (2-3 nm)  4. Réskapcsolat (gap junction, nexus) Felépítés Gap junction: egy foltban levő csatornák egy csatorna: két sejt konnexon egységeiből csatorna tevődik össze (félcsatornák) a konnexonokat hat konnexin fehérje GJ alegység alkotja connexon az általuk közrefogott pórus belső átmérője 1,5-2 nm. 100-1000 konnexon/ GJ Connexon Connexon (hosszmetszet) (kereszmetszet)  4. Réskapcsolat (gap junction, nexus) Felépítés legalább 21 connexin gén ismert 1 transzcelluláris csatorna 12 conexinből áll  4. Réskapcsolat (gap junction, nexus) A csatorna átjárhatósága 1,5-2 nm átmérő 1 kD- ig áteresztő: pl. glukóz, ATP, Ca2+, cAMP (kis metabolitok, másodlagos hírvivők: jelátvitel !) függ: i.c. ionösszetétel: pl. Ca2+ ion koncentráció, pH nyitott vagy zárt: konformáció változás eredménye ez a mechanizmus a szomszédos sejt védelmét hivatott szolgálni  4. Réskapcsolat (gap junction, nexus) Funkció/ előfordulás  a sejtek mükődési egységgé való összekapcsólása szívizomsejtek - szinkronizálják a kontrakciót simaizomsejtek hámsejtek (bőr, belső fül érzékhámja) osteociták  az összekapcsolt sejtek táplálása szemlencse sejtjei idegrostok velőshüvelyének sejtjei petefészek tüszőiben: petesejt és follikuláris sejtek között  elektromos szinapszis – neuronok között (ionok átvitele az elektrokémiai gradiensnek megfelelően) 4. Réskapcsolat (gap junction, nexus) Connexinek (Cx+ molekulasúly Dalton-ban)) Példa: szívizom: Cx43 Szívizomsejtek (sejtkúltura) Szívizom piros Cx43 piros Cx43 – interkaláris korongok területén  4. Réskapcsolat (gap junction, nexus) Gyakorlati jelentőség Connexin fehérjék mutációs léziója:  veleszületett szívrendellenességek (Cx43)  genetikai eredetű nagyothallás (pl. Cx26)  veleszületett szürkehályog (szemlencsehomály)(Cx46, 50)  perifériás neuropátia + izomdisztrófia: Charcot-Marie-Tooth szindróma (Cx32)  A pannexinek nem connexinek A pannexin családnak három tagja ismert: Panx1, Panx2, és Panx3 Félcsatornákat (pannexon)képeznek, de nem képeznek gap junction-t (előfordulnak az ER és GA membránjában is) Extracelluláris részük glikozilált, ami megakadályozza a gap junction kialakulását Szerepük még nem teljesen tisztázott: Kis molekulák (pl. glutamát, ATP) felszabadítása, amelyek a szomszédos sejtekre a megfelelő receptorokon keresztül hatnak. Kóros túlműködésük esetén: krónikus gyulladás (?)- Interleukin -1 felszabadítása  5. Nanotubulusok (Tunneling nanotubes (TNTs) ) - nagyjából ötezerszer kisebb, mint egy emberi hajszál vastagsága.  50-200 nm átmérőjű csövek  gyors közvetlen kommunikációt tesz lehetővé egymás közvetlen szomszédságában v. egymástól néhány µm távolságra levő sejtek között  az anyagok szállítása a tubulusukon keresztül a sejtváz fonalai (aktinfilamentumok, mikrotubulusok) segítségével történik  a szállítandó anyagok nagysága ionoktól egész sejtszervecskékig terjed  mindkét írányban végbemegy Szerep: az embrionális fejlődésben és a homeosztázis fenntartásában Scanning electron micrograph showing a TNT de fertőző részecskék (pl. HIV, prionok) és connecting two cultured PC12 cells. rezisztencia faktorok (pl rákos sejtek esetében) továbbítása is 5. Nanotubulusok (Tunneling nanotubes (TNTs) )