Algemene Celbiologie PDF

Algemene Celbiologie I. Selectie van celbiologische technieken..................................................................................................... 4 A. Celcultures......................................................................................................

Algemene Celbiologie I. Selectie van celbiologische technieken..................................................................................................... 4 A. Celcultures............................................................................................................................................. 4 a) Condities van celcultuur.................................................................................................................... 4 b) Groeisubstraten en -procedures....................................................................................................... 4 c) Voor- en nadelen van celcultuur....................................................................................................... 4 d) Celbronnen en celsoorten................................................................................................................. 5 e) Abnormaliteiten en merkwaardigheden........................................................................................... 5 f) Kwaliteitscontrole.............................................................................................................................. 5 B. Overzicht van microscopische en cytologische technieken.................................................................. 5 a) Lichtmicroscopie................................................................................................................................ 5 b) Elektronenmicroscopie...................................................................................................................... 6 c) Histo- en cytologische technieken..................................................................................................... 6 II. Inleidende embryologie en histologie van dieren..................................................................................... 8 A. Inleiding................................................................................................................................................. 8 a) Histologie........................................................................................................................................... 8 b) Embryologie....................................................................................................................................... 8 B. Epitheelweefsel..................................................................................................................................... 8 a) Inleiding............................................................................................................................................. 8 b) Dekweefsel........................................................................................................................................ 9 c) Klierweefsel..................................................................................................................................... 10 C. Bindweefsel......................................................................................................................................... 10 a) Inleiding........................................................................................................................................... 10 b) Algemeen bindweefsel.................................................................................................................... 11 c) Speciale bindweefsels...................................................................................................................... 11 D. Spierweefsel........................................................................................................................................ 14 a) Inleiding........................................................................................................................................... 14 b) Glad spierweefsel............................................................................................................................ 14 c) Skeletspierweefsel........................................................................................................................... 14 d) Hartspierweefsel............................................................................................................................. 15 E. Zenuwweefsel...................................................................................................................................... 16 a) Inleiding........................................................................................................................................... 16 b) Neuron............................................................................................................................................. 16 c) Neurogliacellen................................................................................................................................ 17 III. Algemene celbiologie van dieren.............................................................................................................. 19 A. Celmembranen.................................................................................................................................... 19 a) Functies en algemene eigenschappen............................................................................................ 19 1  b) Membraanlipiden............................................................................................................................ 19 c) Membraaneiwitten.......................................................................................................................... 19 B. Organellen (incl. ultrastructuur en intracellulaire transporten)......................................................... 20 a) Overzicht van organellen en onderzoeksmethoden voor intracellulaire transporten.................... 20 b) Endoplasmatisch reticulum (ER)...................................................................................................... 21 c) Golgi-apparaat................................................................................................................................. 25 d) Lysosomen....................................................................................................................................... 26 e) Transportvesikels, endosomen, secretorische vesikels................................................................... 27 f) Mechanismen van vesikeltransporten............................................................................................ 28 g) Mitochondria................................................................................................................................... 29 h) Peroxisomen of Microbodies........................................................................................................... 30 C. Cytoskeletten (incl. cytoskelet-geassocieerde eiwitten)..................................................................... 30 a) Functies en soorten cytoskelet........................................................................................................ 30 b) Actine-filamenten............................................................................................................................ 31 c) Intermediaire filamenten (IF).......................................................................................................... 34 d) Microtubuli...................................................................................................................................... 35 e) Actomyosine-complexen................................................................................................................. 37 D. Intercellulaire adhesie en celcommunicatie........................................................................................ 38 a) Intercellulaire juncties van de gepolariseerde epitheelcel als representatieve organisatie........... 39 b) Families van cel-cel adhesiemoleculen........................................................................................... 40 c) Inflammatie als illustratie van de belangrijke rol van intercellulaire adhesieprocessen................ 42 E. Extracellulaire matrix en cel-substraat interacties.............................................................................. 42 a) Rol van extracellulaire matrix (E.C.M.)............................................................................................ 42 b) Typische elementen van E.C.M....................................................................................................... 43 c) Cel-substraat adhesiemolecules: integrines.................................................................................... 43 d) Collagenen (CN)............................................................................................................................... 44 e) Elastine............................................................................................................................................ 45 f) Fibronectine (FN)............................................................................................................................. 45 g) Laminine (LM).................................................................................................................................. 46 h) Glycosaminoglycanen (GAG) en proteoglycanen (PG).................................................................... 46 IV Plantencelbiologie....................................................................................................................................... 48 A. Inleiding tot de plantencelbiologie...................................................................................................... 48 a) Plantencel versus dierencel............................................................................................................. 48 b) Concept meristematische en gedifferentieerde cel........................................................................ 49 B. De celwand.......................................................................................................................................... 49 a) Inleiding........................................................................................................................................... 49 b) Celwand en morfogenese................................................................................................................ 49 c) Primaire celwand: structuur en samenstelling................................................................................ 50 d) Vorming en turn-over...................................................................................................................... 50 2  e) Celexpansie bij plantencellen.......................................................................................................... 51 f) Veranderingen in celwand-architectuur gedurende het rijpen van vruchten................................ 51 g) De secundaire celwand.................................................................................................................... 52 h) Cuticula en waslagen, callose en sporopollenine............................................................................ 53 C. De plasmamembraan.......................................................................................................................... 53 a) Samenstelling.................................................................................................................................. 53 b) Plasmamembraan-eiwitten............................................................................................................. 53 D. Plasmodesmata................................................................................................................................... 54 a) Structuur.......................................................................................................................................... 54 b) Functie............................................................................................................................................. 55 c) Voorkomen...................................................................................................................................... 55 d) Vorming (primaire en secundaire)................................................................................................... 55 e) Symplastisch transport.................................................................................................................... 55 E. Plastiden.............................................................................................................................................. 56 a) Bouw................................................................................................................................................ 56 b) Types................................................................................................................................................ 56 c) Chloroplast....................................................................................................................................... 57 d) Replicatie......................................................................................................................................... 58 e) Evolutie: endosymbiose................................................................................................................... 58 3  I. Selectie van celbiologische technieken A. Celcultures a) Condities van celcultuur Celcultuur → werken met stabiele cellijn → cellen van tumoren / selectie / introductie virale oncogenen Stadia van celcultivering: Weefsel wordt enzymatisch behandeld Cellen worden afgezonderd. Cellen worden uitgeplaat in een groeirecipiënt. Indien een confluente laag wordt gevormd → cellen losmaken en splitsen Cultuurcondities: MEM (Minimum Essential Medium) → isotonische zouten, energie (glucose), AZ, vitamines, serum 5% CO2 → pH 7,4 In vitro moet vergelijkbaar zijn met in vivo Cultuurrecipiënten: Gesloten flessen Open platen voor CO2 ovens Rollerflessen (weinig medium nodig) b) Groeisubstraten en -procedures Substraat beschermt tegen anoïkis (voorgeprogrammeerde apoptose) en is nodig voor adherente cellen. Materie? Glas / polystyreen (- geladen) bewerkt met coating: Poly-D-lysine (+ geladen) Collageen (eiwit extra-cellulaire matrix ECM) Geconditioneerd milieu → medium van moedercultuur of cellen op feeder cellaag laten groeien Doel? Aspecifieke interactie → cellulaire adhesie en celspreiding Specifieke interactie → differentiatie-inductie vanwege basaal membraan Normale cellen → contactinhibitie Tumorcellen → groeien in 3D door verlies vermogen contactinhibitie Celtransfer van: Suspensiecultures (niet-adherente) Adherente cellen Eenvoudige verdunning Toevoeging trypsine/EDTA Trypsine = maagprotease → afbraak oppervlakte-eiwitten EDTA → afbraak intercellulaire adhesie en cel- substraat-binding c) Voor- en nadelen van celcultuur Voordelen Nadelen Gecontroleerd labo Omslachtig Homogeniteit (gekloneerd) Beperkte stabiliteit en homogeniteit Economie radioactieve precursoren en zeldzame Weinig economisch qua celopbrengst agentia Exclusief genetisch gemanipuleerde celsystemen Moeilijk voor bio-industrie 4  d) Celbronnen en celsoorten Multipotente stamcellen → stamcellen (volwassenen) Committed precursor → kan in bepaalde gevallen terug een stamcel worden Matuur celtype → kan niet groeien, geprogrammeerd om dood te gaan e) Abnormaliteiten en merkwaardigheden Tumorcellen → kunnen blijven delen en behouden oorspronkelijke functionaliteit Ectopische inplanting → weefsel op andere plaats inplanten dan oorspronkelijk → plaats-specifieke differentiatie → orthotopische inplanting f) Kwaliteitscontrole Contaminatie met: Micro-organismen → snelle groei, parasitair, verstoren metabolisme, moeilijk detecteerbaar Vreemde cellen → vreemde cellen overwoekeren oorspronkelijke cellijn Zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit gemeten door: Karyotypering PCR B. Overzicht van microscopische en cytologische technieken a) Lichtmicroscopie De basis van microscopie: Vergroting → cel = 10 µm, menselijk oog kan zien tot 100 µm → vermogen om iets groter laten lijken dan het is 𝜆 Resolutie → vermogen om 2 objecten als individueel te zien → 𝑑 = 0,61 (numerieke apertuur = 𝑁𝐴 hoek van de objectief lens) Contrast → verschil in intensiteit of kleur Wit lichtmicroscopie Vergroting is bepaald door lenzen → oculair + objectief Stalen? Dun → licht door hele staal + andere lagen verstoren info focusvlak Fluorescentie microscopie Stokes’ verschuiving: uitgestraalde golflengte is langer dan oorspronkelijke golflengte (verlies van energie) Fluorochromen met verschillende excitatie-emissie spectra kunnen worden gecombineerd. Detectie Speciale fluorescentiemicroscoop die bepaalde golflengtes kan uitstralen en ontvangen. 5 Contrastmethodes: Fluorochromen met specifieke localisatie (vb DAPI → DNA → kernkleuring Immunokleuring: antilichamen gekoppeld aan fluorofoor Genetische expressie fluoro-eiwitten (GFP in kwallen, Ds Red uit coralen 3D lichtmicroscopie Confocale microscopie → alleen info uit focusvlak Laser → exciteert fluorochroom → collecteren van emissielicht door pinhole → 1 vlak 3D? focuvlak door de staal bewegen Live cell imaging → bewegingen van cellen/ … registreren b) Elektronenmicroscopie TEM: transmissie elektronen microscopie Erg dunne staal, contrast met zware metalen (osmium bindt met alle lipiden) ➔ Overzichtsbeeld van de staal SEM: scanning elektronen microscopie Aantal elektronen dat terugkeren per punt worden geteld → topografische informatie Volume EM: 3D beeld maken c) Histo- en cytologische technieken i) Immunocytochemie Antigendetectie op cellulair niveau: antilichamen Polyklonaal antilichaam (PAbs): verschillende antilichamen binden op 1 eiwit Monoklonaal antilichaam (MAbs): 1 antilichaam op 1 epitoop op een antigen Fixatie, permeabilisatie, directe en indirectie immunofluorescentie Levende cellen → AL kan niet door celmembraan ➔ Fixatie en permeabilisatie met ethanol & aceton/parafomaldehyde & niet-ionisch detergens Directie fluorescentie? Fluorochroom binden aan primair AL Indirecte fluorescentie? Fluorochroom binden aan secundair AL (bindt aan constant deel van primair AL) Detectie- en amplificatiemethodes Fluorescentie Amplificatie: enzym aan secundair AL → kleurreactie PAP-methode (peroxidase-antiperoxidasecomplex) ABC-methode ((strept)avidine-biotine-complex) Immuno-EM met proteïne A, gekoppeld aan colloïdaal goud (proteïne A is brug tussen AL en goud → hoge densiteit → goed zichtbaar met EM 6  ii) Microscopische autoradiografie en in situ hybridisatie Autoradiografie = radioactieve bestanddelen localiseren in een schijfje weefsel DIG methode (digoxigenine-methode) Microscopische autoradiografie: eiwitten radioactief merken en bekijken Pulse-chase experimenten: radioactieve deeltjes kunnen volgen iii) Karyotypering Chromosomen zichtbaar maken: fixeren in metafase door colchicine-/colcemide-behandeling + hypotonische shock Bandenpatroon zichtbaar maken? Giemsa-kleuring → Gbandering → hecht zich aan AT-dense gebieden → numerieke en structurele afwijkingen zien FISH (fluorescentie in situ hybridisatie) → gemerkt met fluorochromen, biotine, digoxigenine, … Spectrale karyotypering → computergekleurd 7  II. Inleidende embryologie en histologie van dieren A. Inleiding a) Histologie Anatomie = studie van vorm, ligging, onderlinge betrekking cellen, organen, weefsels, … Histologie / weefselleer = microscopische anatomie Histopathologie = identificatie ziekteproces Type weefsels: Epitheelweefsel Bindweefsel Spierweefsel Zenuwweefsel - Boordt organen af - Verbindt weefsels - Samentrekking - Doorgeven - Bedekt organen in 1 orgaan signalen - Klieren - Verbindt organen - Verwerken sign. - Ondersteunt bouw - Reacties op sign. Vb. huid Vb. bloed / bot Vb. beenspier Vb. hersenen b) Embryologie - Deling zygote - Morula (3 dagen) - Blastocyst (4-5 dagen) Dag 7-11: natuurlijke invasie - Vorming placenta (samensmelting cellen + omringen maternale bloedvaten) - Dubbellaag cellen → epiblast + hypoblast Dag 15-16: Gastrulatie: inner cell mass → drielagig embryo - Ectoderm: pigment, haar, centraal zenuwstelsel - Mesoderm: skelet, huid, hart, bloed - Endoderm: spijsverteringsstelsel B. Epitheelweefsel a) Inleiding Kenmerken: - Cellen dicht aaneengesloten - Zeer weinig tot geen intercellulaire stof - Voedselvoorziening vanuit capillairen in het basale membraan - Endotheel (binnenzijde bloedvaten), mesotheel (weivliezen) en myoepitheel (spieren v/d klieren) Functies: - Bescherming (hoornlaag) - Absorptie (darmepitheel) - Secretie (klieren) - Transport (darm → naar bloed) - Excretie (nieren) - Sensoriële receptie (huid: contact) 8  b) Dekweefsel Celvorm - Afgeplat epitheel (plaveisel) (bloedvat) - Kubisch epitheel (nier) - Cilindrisch epitheel (dunne darm) Cellagen - Éénlagig epitheel - Pseudogestratificieerd epitheel - Meerlagig (gestratificieerd) epitheel Functie - Dekweefsel - Klierweefsel - Myo-epitheel Verhoornd epitheel? Laag dode cellen (zonder kern) bovenaan (huid) Domeinen in een gepolariseerde epitheelcel: basolateraal en apicaal domein Specialisatie apicaal oppervlak: - Microvilli = korte, vingervormige uitsteeksels → borstelzoom → oppervlaktevergroting (bewegen niet!), inwendig 20-30 actinefilamenten + villine aan de top - Stereocilia = zeer lange, niet beweeglijke microvilli, in bijbal, zaadleider en gehoor - Cilia = lange, dikke trilharen, microtubuli (in een bepaalde configuratie (2+9)), kern = axoneem, essentieel voor bvb ademhalingsslijmvliescellen - Primair cilium = cilia met 9+0 configuratie, beweegt niet, receptor die omgevingsfactoren kan registreren Specificatie in het laterale membraan: - Zonula occludens (tight junctions) = apicaal in de cel, verhindert penetratie, actine - Zonula adherens = rond cel, verankering cytoskelet, binding tussen cellen, actine + Ca2+ - Gap junctions = laten signaalmoleculen (ionen) door → elektrische synapsen - Spot-desmosomen = heel sterke celadhesie, intermediaire filamenten - Interdigitaties = celoppervlak vergroten door ‘kronkels’ van ZO en ZA Zonula occludens + zonula adherens → ring volledig rond cel → barrière voor indringers 9 Specificatie basaal domein: - Lamina densa - Dunne laag reticulaire vezels onder basale membraan, geproduceerd door bindweefsel - Collageen, laminine, glycoproteïnen, proteoglycanen - Binding met cel via receptoren (integrine eiwitten) - Cel-extracellulaire matrix juncties: focale adhesie plaques (dynamische link met ECM, actine) en hemidesmosomen (interactie met ECM, intermediaire filamenten) - Interdigitaties c) Klierweefsel Types - Exocrien Merocrien: afscheiding naar een holte/lumen Apocrien: afsplitsing van apicaal celcytoplasma met celproduct Holocrien: hele cel losgelaten met celproduct Buisvormig (tubulair): zweetklieren Trosvormig (alveolair): talgklieren Gemengde klieren (tubulo-alveolair): oorsmeerklier - Paracrien: lokaal, signaal naar naburige cellen - Endocrien: direct afgeven aan bloed (hormonen) Exocriene klieren Endocriene klieren - Alvleesklier: enzymen voor spijsvertering - Alvleesklier: insuline + glucagon - Zweetklieren: in huid (bloedsuikerspiegel) - Talgklieren - Schildklier: thyroxine (verhoogt verbranding) - Traanklieren: in ooghoek, traanvocht - Bijschildklier: parathyroid hormone - Melkklieren: in borst, melk via tepel - Hypofyse: ACTH, TSH, GH, FSH, LH, prolactine - Speekselklier: in mond, speeksel - Bijnieren: adrenaline - Maagklier: maagsap: slijm, zoutzuur, - Gonaden: steroïd hormonen pepsinogeen, gastrine - Placenta: human chorionic gonadotrofine Myo-epitheel = langgerekte cellen op basale membraan, zorgen voor contractie exocriene klieren Arterie (slagader) (buiten naar binnen): - Tunica adventitia: elastine + collageen, vaatnetwerk, lymfevaten, zenuwen - Tunica media: gladde spiercellen, extra-cellulaire matrix (collageen) - Tunica intima: monolaag endotheelcellen + subendotheel C. Bindweefsel a) Inleiding Oorsprong: mesenchym (afkomstig van mesoderm, basis voor stroma, ook spierweefsels, …) Functie: - Steun (samenhang organen, steun bouwplan, hefboomfunctie) - Vorm - Energie-reserve (vet) - Immuunsysteem 10 Types: - Algemeen bindweefsel: losmazig/dicht, geordend/ongeordend - Gespecialiseerd bindweefsel: vet, bloed, kraakbeen, been, … Bouw: - Cellulair deel - Extracellulaire matrix: vezels + amorfe grondsubstantie b) Algemeen bindweefsel Losmazige bindweefsels Dichte bindweefsels - Ijle structuur - Collageen domineert - Bevat de 3 bindweefselelementen, cellulair - Minder cellen overheerst - Minder vervormbaar, trekvaster - Makkelijk vervormbaar - Ongeordend: vezels in alle richtingen - Sterk gevasculariseerd - Geordend: vezels in 1 hoofdrichting - Reactief weefsel (nauw contact met bloed) Vb. onderhuids bindweefsel Vb. ongeordend: dermis huid Vb. geordend: collageen in peesweefsels Extracellulaire matrix (ECM) - Vezels: collageen, reticulaire vezels, elastische vezels - Amorfe grondsubstantie: glycosaminoglycanen, adhesieve glycoproteïnes, proteoglycanen Structurele vezels: - Bron: cellulaire oorsprong Fibroblast Chondroblast Osteoblast Odontoblast - Types Collageen: meest abundante proteïne, verschillende types, trekvast, onvertakt Elastine: dunner dan collageen, elastisch, vertakt Reticulaire vezels: fijnvezelig collageen (type III) Cellen in bindweefsel - Fibroblasten: synthetiseert vezelmateriaal en amorfe tussenstof - Macrofaag: immuuncellen, sterk fagocyterend en pinocyterend vermogen - Mestcellen: kleurbare, basofiele granula → histamine, heparine, chemotactische mediatoren - Vetcellen (adipocyten) - Pigmentcellen (chromatoforen) - Plasmacellen - Witte bloedcellen (leukocyten) c) Speciale bindweefsels Vetweefsel → solitair of in kleine groepen in bindweefsel Taken: - Energiereservoir - Steunfunctie: vormgeving/ stootkussen - Isolatie - Hormoonproductie: hormonen voor vetregulatie, groeifactoren, cytokines Histogenese: Ongedifferentieerde mesenchymale cel → adipocyt door progressieve vulling met vet 11 Types: - Wit vet (univaculair): meest verspreid in het lichaam, kern tegen membraan gedrukt door grote vetvacuole - Bruin vet (plurivaculair): lichaamstemperatuur (winterslaap), bij baby’s rond de ruggengraat, kern centraal gelegen Kraakbeenweefsel Types: Hyalien kraakbeen Sternum + uiteinden ribben Chondrocyten + matrix (water, Gewrichtskraakbeen collageen en proteoglycanen) Wand ademhalingswegen → polypeptiden met suikerketen (GAG) → nemen Foetus vocht op Elastisch kraakbeen Pinna (oorschelp) Epiglottis (strotklepje) Vezelig kraakbeen Tussenwervelschijven Menesci Functies: - Steun - Glijvlak - Groei v/d lange beenderen Bouw: - Cellulair deel: chondroblast + chondrocyt (isogene groep) - Matrix: amorf (hyaluronzuur voorkomt vervormingen) + vezels (collageen → mechanische stabiliteit) Fysische eigenschappen: - Durkvastheid → trekvastheid - Type-afhankelijk Druk >> trek → hyalien Druk > trek → elastisch Druk = trek → vezelig Stofwisseling: avasculair (diffusie door matrix) Groei: - Appositioneel: thv perichondrium (fibroblasten), differentiatiereeks: (fibroblast, chondroblast, chondrocyt) - Interstitieel: celdelingen → isogene groepen, axiale oriëntatie, groei → toename matrix 12 Afbraak: - Chrondroclasten Artrose Slijtage kraakbeen Artritis Reuma Ontsteking v/d gewrichtskapsels → stabiliteit vermindert Beenweefsel Opbouw: - Verkalkt intercellulair materiaal - Cellen → osteocyten, osteoblasten, osteoclasten - Binnen- en buitenzijde: bindweefsellaag (endost & periost) Kraakbeenweefsel Beenweefsel - Indrukbaar - Hard - Geen bloedvaten → diffusie - Wel bloedvaten - Geen contact met andere cellen - Wel contact met andere cellen Bouw: - Osteon = systeem van Havers Matrix = osteoïd: collageen, proteoglycanen, GAG’s, mineraalzouten, Ca, hydroxielapatiet hoofdkanaal van Havers (bloedvat) met daarrond concentrische lamellen van osteocyten (dwarsverbindingen = kanaal van Volckman) - buiten osteon: interstitiële lamellen, ringlamellen, periosteum/endosteum, kanaal van Volckman Types: - compact bot - spongieus bot → lamellair bot (samen) Functie: - steun - metabolisme (Ca 2+ opslag, heamatopoïesis) Fysische eigenschappen: - zeer trek en drukvast (collageen en matrix) Histogenese: - endesmale botvorming → bot direct uit bindweefsel (alleen schedel) - echondrale botvorming → vervanging kraakbeen → groeischijf → vorming kraakbeencellen → verkalken →aan diafyse zijde 1. rustzone 2. proliferatiezone 3. zwellingszone 4. verkalkingszone 5. beenvormingszone 13 Invloed van stoffen op de ossificatie - calcium: kinderen: rachitis, volwassenen: osteomalacie - vitamines: D3 (invloed op Ca2+ mechanisme), A (vertraagde/versnelde groei), C (collageen) - hormonen: groei, parathyroïd hormoon (Ca), calcitonine (Ca), oestrogeen (osteoporose) Osteoporose? → zeer poreus bot door ouderdom/fout voedingspatroon/weinig beweging/… D. Spierweefsel a) Inleiding Skeletspierweefsel Glad Hartspierweefsel Myo- spierweefsel epithaalspierw. Structuur Dwarsgestreept Glad Dwarsgestreept glad Controle Willekeurig Onwillekeurig Onwillekeurig Onwillekeurig Oorsprong Myotoom van Splanchnopleura Hypomere Ectoderm, epitheel epimere van hypomere Sarcoplasma = cytoplasma spiercel Sarcoplasmatisch reticulum = ER spiercel Sarcosomen = mitochondriën Sarcolemma = celmembraan b) Glad spierweefsel Oorsprong: mesoderm Bouw: - Grootte: lange uitgerekte cellen - Kern: centraal gelegen en langwerpig - Sarcolemma: omgeven door basale membraan + netwerk collageen vezels contact met andere cellen door gap junctions (single unit) (→ multi unit = elke cel afzonderlijk gestimuleerd) - Sarcoplasma: Myofilamenten: ongeordend, actine, myosine Aanhechtingsfilamenten: thv sarcolemma, in sarcoplasma Voorkomen: - Wand darmtractus - Wand bloedvaten (niet in capillairen) - Wand uterus - Wand luchtwegen - Iris oog Regulatie contractie: autonoom zenuwstelsel, hormonen, lokale metabolieten c) Skeletspierweefsel Oorsprong: mesoderm, myotoom somiet Bouw: - Syncytium Myoblasten (verlengde cellen, veel mitosen) Myotubulus (seriële fusie myoblasten, vorming myofibrillen, innervatie) Spiervezel (perifere keren, vorming spierspoelen → meet lengteveranderingen) 14  - Bindweefsels: Epimysium: rond volledige spier Perimysium: rond spierbundels Enomysium: rond spiervezels - Satellietcellen: herstel spierschade Hiërarchie: Spier → spierbundel/fasciculus → spiervezel → myofibril → myofilament Myofilamenten → actine, myosine, troponine, tropomyosine Sarcomeer = basiseenheid myofibril = actine + myosine Bouw van de spiervezel - Sarcolemma → T-tubuli (grens I en A-banden, vormt triade met terminale cisternen) - Sarcoplasma → perifere kernen, mitochondriën, myofibrillen, sarcoplasmatisch reticulum (terminale cisternen + verbindingskanalen) - Sarcomeer → kleinste functionele eenheid Actine en myosine filamenten M-lijn: creatine-kinase (ADP → ATP) Z-lijn: actinine: aanhechting actine Zenuwprikkeloverdracht: - Neurotransmitter-productie aan motor-eindplaat (contact met zenuwen) - Depolarisatie sarcolemma → doorgegeven door T-tubuli tot bij alle myofilamenten - Lozing Ca2+ uit terminale cisternen Contractie-snelheden: Slow type Fast type - Rode spiervezels - Witte spiervezels - Veel myoglobine - Veel glycogeen - Klein - Groot - Myosine: trage type - Myosine: snelle type Marathonloper Sprinter d) Hartspierweefsel Oorsprong: → Mesoderm: differentiatie: endomyocardium (elastisch bindweefsel) + epimyocardium Bouw: hartspier omgeven door: - Pericardiale holte - Pariëtaal, pericardiumvlies - T-tubuli en terminale cisternen van SR vormen diaden bij Z-band Kenmerken: - Geen syncytium (samengesmolten cellen met meerdere kernen) - Centrale kern - Dwarsgestreept - Speciale verbindingen: Intercalaire schijf: glansstreep/trapstreep Interdigitaties: desmosomen (transmembranair eitwit), fascia adherens → houden spiercellen samen tijdens contractie Gap junctions → communicatie, snelle contractie 15 Functie: - Contractie - Endocriene functie: afscheiding atriaal natriuretisch peptide (ANP) → NT-ANP → verhoging zout- en wateruitscheiding nieren → bescherming tegen te hoge drukken Neuronale controle: nodaal weefsel: - Omgevormd hartspierweefsel: veel mitochondria, veel glycogeen, weinig myofibrillen - Omgeven door bindweefsel met bloedvaten - 2 knopen: Sino-atriale knoop (sinusknoop): wand rechter-atrium, stimuleert contractie atria Atrio-ventriculaire knoop: loop via Purkinje-vezels naar apex, stimuleert contractie ventriculi (hartkamer) E. Zenuwweefsel a) Inleiding Stuurmechanisme = hersenen, van daar wordt informatie via de zenuwbanen omgezet in impulsen Rol: registreren, verwerken, opwekken van prikkels, reageren op prikkels, psychische activiteit, coordineren van functies Geleiding: - Aanvoer: afferente zenuwbanen - Verwerking: centraal en perifeer zenuwstelsel - Bevel tot uitvoering: efferente zenuwbanen Zenuwstelsel: - Neuronen / zenuwcellen - Gliacellen: ondersteuning neuronen Oorsprong: Ectoderm: centraal zenuwstelsel (neurale buis) + perifeer zenuwstelsel (neurale lijst) Neurale buisdefecten: onvolledige sluiting, defect ruggenmerg (spina bifida) Neurochristopathiën: defect in neurale lijst: pigmentstoornissen + darmklachten b) Neuron Onderdelen: - Dendrieten: ontvangen prikkels - Perikaryon = cellichaam - Axon: naar effectorcel Types: Types: - Sensorische neuronen: info naar CNS - Motor neuronen: van CNS naar effector cellen - Interneuronen / schakelneuronen 16  Perikaryon Dendrieten Axonen - Metabolisch actief deel - Vertakte structuur - Axonheuvel = overgang - Grote celkern - Celorganellen in proximaal axon naar perikaryon - Nissl-bodies = RER deel: Nissl, mitochondria, - Met/zonder myeline → - Golgi neurofilamenten, witte/grijze stof - Intermediaire filamenten microtubuli - Presynaptisch / synaptisch → neurofilamenten - GEEN Golgi - Veel neurofilamenten - Microtubuli → neurotubuli - GEEN myelineschede - Geen ribosomen Synapsen: - Types: Axo-dendritische synaps Axo-somatische s. Axo-axonische s. Dendro-somatische s. Dendro-dendritische s. - Prikkelgeleiding Elektrisch: snel, via gap junctions, weinig aanwezig (presynaptisch) Chemisch: traag, via neurotransmitters, meest aanwezig (synaptisch) - Bouw: Presynaptisch blaasje: lozing synaptische vesikels in synaptische spleet Synaptische spleet: afgesloten Postsynaptisch membraan: verdikt celmembraan met verankeringsfilamenten - Werking: Lozing neurotransmitter (energie door mitochondria) Binden op receptoren in posts. membraan → depolarisatie Binden op receptoren in pres. membraan → inhibitie verdere lozing neurotransmitters c) Neurogliacellen Oorsprong: ectoderm (neurale buis) + mesoderm (bloed → microgliacellen) Types: - CNS: oligodendrocyten, astrocyten, microgliacelllen, ependymcellen - Perifeer zenuwstelsel: Schwanncellen Functie: GEEN signaaloverdracht maar → steun en bijeenhouden v/d neuronen Schwanncellen Bouw: - Perifeer zenuwstelsel - Langgerekte kern - Omgeeft neurieten Met myelineschede → meerdere axonen per Schwann-cel Zonder myelineschede → 1 axon per Schwann-cel Functie: ondersteuning + elektrische isolatie Myelineschede: Schwanncel roteert rondom axon, de celmembranen hechten aan elkaar en vormen de myelineschede Knoop van Ranvier: contactzone, veel ionenkanalen Schmidt Lanterman insnoering: ruimte zonder myeline, contact in- en uitwendige cytoplasmamantel 17 Oligodendrocyten Bouw: - Weinig, kleine uitlopers - Grote kern - Uitlopers omgeven tot 50 axonen (CNS) Functie: vormen myelineschede Astrocyten Bouw: - Grootste gliacellen - Veel vertakte uitlopers Functie: bloed-zenuwbarrière, uitlopers verbonden met niet- synaptische regio’s neuronen en basale membraan capilairen via trompetvoetjes Microgliacellen = gedifferentieerde macrofagen (opruimcellen), afkomstig uit bloedbaan Bewegen zich voort tussen zenuwcellen → fagocytose Ependymcellen Bouw: - Kubisch-cilindrisch epitheel - Geen basaal membraan - Hersenen en ruggenmerg Functie: - Barrière cerebro-spinaal vocht en zenuwweefsel - Genereert stroming cerebrospinaal vocht Meninges: hersen- of ruggenmergvliezen Types: - Dura mater: stevige bindweefsellaag, verbonden met schedel - Arachnoidea: met holte gevuld met vocht → schokdemper - Pia mater: bedekt met hersen en ruggenmergweefsel 18 III. Algemene celbiologie van dieren A. Celmembranen a) Functies en algemene eigenschappen Functies: - Barrière: plasmamembraan + intracellulaire compartimentalisatie - Transport: selectieve permeabiliteit via poriën en pompen - Signalisatie: receptoren voor liganden of herkenning door andere cellen of AL - Structuur: celvorm, cytoskelet, celmigratie, cellulaire adhesieprocessen - Metabolisch: ana- en katabolisme (vb. ATP) Componenten biomembraan: - Dubbele laag fosfolipiden - Membraaneiwitten b) Membraanlipiden Fosfolipiden: hydrofiele kop + hydrofobe staart Cholesterol: - Membranair eiwit - Precursor voor vitamine D, cortisol, aldosteron, testosteron, oestrogeen en progesteron - Bouwsteen galzuur Membranen zijn assymetrisch: - Binnenblad meer negatief geladen - Binnenblad vertoont sterkere curvatuur Fosfolipazen: - Breken fosfolipiden af: ester/fosfodiester-bindingen breken - Een molecule wordt afgesplitst en fungeert als signaalmolecule. Effect lipidensamenstelling: - Cholesterol: het membraan wordt uitgestrekter (breder). - Fosfatidylcholine: cilindrische vorm - Fosfatidylethanolamine: conische vorm c) Membraaneiwitten Integraal eiwit in biomembraan: - Enkelvoudig transmembranair domein: α-helix van hydrofobe aminozuurresten - Extracellulair: suikergroepen + disulfidebruggen (oxiderend milieu) - Cytosolisch: geen suikers en geen disulfidebruggen (cysteïnes) Soorten - Intergrale m.eiwitten - Perifere m.eiwitten - Lipide-verankerde m.eiwitten - GPI-verankerde m.eiwitten (bevat 2 vetzuurketens die uitsteken in de dubbellaag, ander uiteinde verbindt met het proteïne 19 Detergenten: - Ionische detergenten: denatureren eiwitten + vetdruppels opnemen - Niet-ionische detergenten: eiwitten in natuurlijke conformatie behouden Concentratie boven CMC: detergent vormt samen met fosfolipiden micellen rond eiwitten Concentratie onder CMC: eiwitten lossen op zonder micellen te vormen Diffusieproces: wanneer 2 membranen versmelten mengen de fosfolipiden na verloop van tijd Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP): laterale mobiliteit plasmamembraan mol. Meten Verschillende types transmembranaire transportmechanismen: - Na+/K+-pomp - K+-kanaal - Ionengradiënt buiten vs binnen → actiepotentiaal → signaal doorgeven - ATP → pomp die tegen de gradiënt pompt Transporters: Uniporter Symporter Antiporter Levert energie Energie gebruiken om ionen Energie gedreven door gradiënt tegen de gradiënt in te + ion tegen gradiënt transporteren Lipid rafts = domein in membraan (bvb clustering v/e aantal eiwitten) → signalisatiecentrum / endocytose B. Organellen (incl. ultrastructuur en intracellulaire transporten) a) Overzicht van organellen en onderzoeksmethoden voor intracellulaire transporten nucleolus: transcriptie ribosomale RNA’s Golgi: politieman van de cel Lysosoom: belangrijk voor katabolisme Endosomen/vesikels Mitochondria: oxydatieve energieproductie Chloroplast: fotosynthese (plant) Peroxisomen: oxydatieve reacties Glyoxisomen: vet-suiker-omzetting (plant) 20 Synthese (vermeerdering) verschillende organellen (nodig voor celdeling) : - Dissociatie en reassociatie (nucleus, ER, Golgi) - Organel-deling (peroxisomen, mitochondria, chloroplasten) - Organel-aangroei (membraan, lysosoom, nucleus, peroxisomen, mitochondria) Intracellulaire eiwittransporten: met signaalsequentie → transport naar definitieve plaats Principe transport- en sorteersignalen: - AZ-sequentie bevat lineaire signaalsequentie → signaalpeptide - AZ-sequentie bevat verschillende, niet-lineaire signaalsequenties die samen signaleren → signaalplek Onderzoeksmethoden voor intracellulaire transporten: Pulse-chase Gentechnologie Celfractionatie door In vitro autoradiografie centrifugaties synthesesystemen - Radioactieve - Signaalsequentie - Cel openbreken - Gemerkte eiwitten precursor wordt voor transport naar - Centrifugeren kunnen interageren ingebouwd tijdens organel via plasmide - De zwaarste met organellen pulse in cel celorganellen zakken - In organel: - Overmaat aan niet- - Eventueel tag naar beneden signaalsequentie radioactieve inbouwen - Verdere splitsing afgekliefd → kleiner precursor waartegen goede AL door sucrose- - Organel + eiwit - Radioactief product werken → oplossing behandelen met volgen lokaliseren protease b) Endoplasmatisch reticulum (ER) Functie: gericht transport naar verschillende organellen Bouw: - RER: afgeplatte zakvormen, met centraal lumen (cisternae), met ribosomen - SER: tubulaire vormen, met centraal lumen (cisternae), zonder ribosomen - Contact met Golgi: via transitioneel SER Eiwitsortering in het cytoplasma Postttranslationele import Cotranslationele import → bestemd voor kern, →bestemd voor ER, PM, mitochondria, secretorische vesikels, peroxisomen, lysosomen chloroplasten → verplaatst naar Golgi om van daaruit verder gesorteerd te worden Topologie van de secretieweg: - Eiwitten voor secretie worden gesynthetiseerd in het RER - Na opvouwing en modificaties → verlaten in vesikels - Via Golgi naar secretorische vesikels - Lumina van ER en Golgi zijn topologisch gelijk aan de buitenzijde van de cel 21 Functie ER: - synthese van: Proteïnen en lipiden voor PM en membranen van ER, Golgi en lysosoom Lipiden voor mitochondria en peroxisomen Proteïnen in lumen van ER, Golgi en lysosoom + eiwitten voor secretie Basiscomponenten voor extracellulaire matrix (ECM) - Stapeling van Ca2+ in SER (spiercellen) Isolatiemethode RER → SER - Fractionatie: lamelstructuur gebroken - Membraanfragmenten zetten zich om in vesikels → microsomen - Densiteitsgradiëntcentrifugatie Cotranslationeel transport (https://www.youtube.com/watch?v=FRph3TGkIAE ): - Targeting: ribosoom met proteïne gaat naar translocon in membraan - Translocation: proteïne verplaatst zich door het translocon naar het ER lumen - Modification/folding: proteïne wordt opgevouwen en ondergaat eventueel modificaties (secundair eiwit) Organel-specifieke signaalsequenties: →bepaalde signaalsequenties brengen het eiwit naar een bepaald celorganel, eiwitten zonder signaalsequentie blijven in het cytoplasma (default) Afsplitsing van het signaalpeptide in RER door signaalpeptidase - Via signaalpeptide: binding ribosoom met ER - Signaalpeptide: aminoterminale reeks van hydrofobe aminozuurresten + geladen aminozuurresten - T.h.v. importkanaal → afsplitsing signaalpeptide door signaalpeptidase Cotranslationeel import in RER: vectorial discharge 1) SRP (signal recognition particle) bindt aan signaalpeptide en blokkeert tijdelijk translatie 2) SRP leidt complex naar RER + bindt met SRP receptor 3) SRP komt vrij, ribosoom bindt aan translocon, signaalpeptide insereert in kanaal 4) Translatie gaat verder → groeiende peptide komt in lumen ER terecht 5) Vrije proteïnen worden afgekliefd van signaalpeptide door signaalpeptidase in lumen RER SRP: - Structuur: RNA-streng (300 nt) + 6 specifieke eiwitten met 3 functies: Binden aan signaalpeptide Binden aan ribosoom → translatie pauze Binden aan SRP-receptor en energie-afhankelijke import - Rol: Binden aan signaalpeptide + translatie blokkeren SRP en receptor binden met GTP (energie) → binding recepter en SRP, door GTP hydrolyse → binding gebroken GTPase schakelaar: GTPase kan GTP hydroliseren tot GDP 22 Eiwit met stop-transfer signaal: vanaf de stop-transfer sequentie is gesynthetiseerd, gaat de eiwitsynthese verder in het cytosol → eiwitverankering in het membraan Eiwit met intern, niet-afkliefbaar signaalpeptide: import en stop-sequentie zijn dezelfde (in eiwit, niet aan uiteinde), met bepaalde oriëntatie: - + (lading) basische AZ aan N-terminale kant → type II TM eiwit - + (lading) basische AZ aan C-terminale kant → type III eiwit Types transmembranaire eiwitten: - Type I: single-pass, N-terminaal signaalpeptide (afgeknipt), C-uiteinde in cytosol - Type II & type III: intern signaal-anker sequentie Type II: N-uiteinde in cytosol Type III: C-uiteinde in cytosol - Type IV: multi-pass (meerdere opeenvolgende interne signaal- en stop-transfersequenties) Type IV-A: N-uiteinde in cytosol Type IV-B: N-uiteinde in lumen Insertie van een staart-verankerd eiwit (C-terminus verankerd in membraan) - eiwit is na volledige synthese beschikbaar - Get3-ATP bindt met het eiwit - Get3 bindt met Get1/Get2-complex (ER-membraan) - Hydrolyse ATP → eiwit in membraan - Get3 bindt in cytosol opnieuw met ATP → nieuwe cyclus 23 GPI-anker: - Hydrofoob (vetzuur) en polair (suikers) deel → kan zich verankeren in membraan - Eiwitten met GPI zijn beweeglijker in membraan - Eiwitten met GPI nemen plaats aan apicale zijde v/d cel Posttranslationele modificaties in RER - Uitsluitend in RER Vorming van disulfidebruggen → zorgt voor opvouwing Correct opvouwen polypeptiden Samenvoegen tot multimere eiwitten - In RER en Golgi Toevoegen en bewerken suikergroepen (glycosylaties) Proteolytische splitsing Correcte opvouwing v/d luminale eiwitten: - Chaperone-eiwit / binding protein BiP - Disulfidebruggen → stabiliseren tertiaire en quaternaire structuren Gevormd onder invloed van PDI (protein disulfide isomerase) in oxiderend milieu → lumen Indien slecht opgevouwen: dislocatie naar cytosol → gedeglycosyleerd en geübiquitineerd → gedegradeerd tot AZ of grotere stukken → eiwitglycosylatie in RER 1) Binding met oligosaccharide aan de cytosolzijde 2) Oligosaccharideboom wordt terug ingekort (trimming) 3) Tunicamycine inhibeert synthese GlcNAc-P-P-dolichol → inhibitie alle N-glycosylaties → weinig toxisch Functies van SER: - Hepatocyten (leverparenchymcellen): lipidesynthese, detoxificatiereacties, glycogeenafbraak Lipidesynthese: cholesterol, steroïde hormonen, fosfolipiden Detoxificatiereacties: door hydroxylering en sulfatering: lipofiele gifstoffen → hydrofiel → kunnen gemakkelijker worden afgebroken - Spiercellen: Ca2+-stockering (spierrelaxatie) + Ca2+-vrijgave (spiercontractie) Lipidesynthese: 1) Acyl-CoA + glycerol-3-P → fosfatidinezuur 2) Door fosfatase → omschakeling van een fosfatidinezuur naar een diacylglycerol 3) + nucleotide-precursor → fosfolipide 4) Soms flippasen nodig voor transfer van aantal lipiden naar buitenkant Scramblase → katalyseert flipping fosfolipiden zonder specifiek te zijn voor het type lipide → gebalanceerde hoeveelheden 24 Flippase → fosfolipide-specifiek, zorgt voor asymmetrische lipidesamenstelling in 2 PM-bladen Vorm ER kan veranderen door stimulatie Vesikulair transport van ER naar Golgi: - Vesikel-afsnoering transitioneel ER - Transport naar en fusie met ER-Golgi-intermediate compartment (ERGIC) c) Golgi-apparaat Ultrastructuur: - Gestapelde cisternen - Omgeven door transportvesikels - Cis-/importzijde: geassocieerd met transitie-elementen van het ER - Trans-/exportzijde: tubulair netwerk = trans-Golgi-netwerk (TGN) Sortering + verwerking eiwitten: - Enkel correct opgevouwen eiwitten gaan via vesikels naar het Golgi-apparaat - Sortering: Terug naar ER Naar lysosomaal systeem Naar secretievesikels Rechtstreeks naar celmembraan Onderzoeksmethoden: fusieproteïnen met GFP Eiwitglycosylatie (suikergroep aan eiwit koppelen) rol: - Intrinsieke eiwitstructuur - Intermoleculaire interacties (suiker herkennende lectines) - 2 types: N-glycosylatie: gekoppeld aan -NH2 groep, start in lumen ER, verwerking hoog-mannose suiker tot complex suiker (door glycosidasen en transferasen) O-glycosylatie: gekoppeld aan -OH groep, alleen in Golgi, beperkte lengte en complexiteit Lipide- en polysacharide-metabolisme Golgi: aanmaak glycolipiden en sphingomyeline Sortering in het trans Golgi netwerk: - Afwezigheid targetsignalen: rechtstreeks naar PM → continue, niet-gereguleerde secretie - Targetsignaal: naar bepaald organel (bvb lysosoom) → gereguleerde secretie Voor lysosoom: mannose groep wordt gefosforyleerd Gepolariseerde cellen (apicaal + basaal): verschillende targetsignaal 25  d) Lysosomen - dienen voor intracellulaire afbraak van moleculen en partikels - bevatten zure hydrolasen - hebben protonenpompen en transportmoleculen - merkerenzyme = zure fosfatase - pH 5 → wanneer lysosoom lekt, worden hydrolasen gedeactiveerd door hogere pH in cytosol De wegen naar het lysosoom: te verteren materiaal wordt opgenomen uit extracellulair milieu of uit cytoplasma zelf door: Autofagocytose Endocytose Fagocytose Macromoleculen uit de eigen cel Stoffen uit het extracellulair Grotere stoffen / bacteriën / … worden gerecycleerd milieu worden in de cel gebracht worden in de cel gebracht in een → bouwstenen worden in een vesikel vesikel gegenereerd Transport van het Golgi-apparaat naar het lysosoom: - in cis-Golgi-netwerk: eiwit krijgt mannose-6-fosfaatgroep (M6P) - eiwit heeft signaalvlek → herkend door GlcNAc-fosfotransferase → heeft bindingsplaats voor signaalvlek en uridinedifosfaat-N-acetylglucosamine → P blijft om Man achter = translocatiesignaal - genetisch defect leidt tot lysosomale opslagziekte I cell disease 1) Lysosomale enzymen met M6P-receptor 2) Depolymerisatie mantel 3) Versmelting – fusie 4) M6P-receptor komt vrij, defosforylatie en fusie van late endosoom met lysosoom 26 Maturatieproces: Vroeg endosoom → laat endosoom → lysosoom Vorming multivesikulair body: - ESCRT eiwit-complexen zorgen voor vesikels in lumen endosomen → multivesikular body (MVB) - In MVB: afbraak cytoplasmatische domeinen vb. receptoren Lysosomale opslagziekten: - Ziekte van Gaucher: mutatie in flucocerebrosidase - Ziekte van Fabry: GLA mutatie - Ziekte van Pompe: geen afbraak meer glycogeen Oplossing? Enzyme-vervangende therapie e) Transportvesikels, endosomen, secretorische vesikels Verschillende types endocytose: Fagocytose Pinocytose = “eten” = “drinken” Oppervlaktereceptoren herkennen vb. Stukjes celmembraan en ECM worden opgenomen antilichamen → triggergt respons van opname in door vorming van coated pits fagosoom (versmelten met lysosoom) Endocytotische eiwittransportweg: ligand bindt met receptor → in vesikel naar endosoom/lysosoom → ligand afgebroken tot bouwstenen + recyclage receptor CURL: compartment of uncoupling of receptor and ligand →ontkoppeling gebeurt mede door lage pH Vb. opname ijzer/LDL (low density lipoprotein → cholesterol) Vb. EGF (epidermale groeifactor) → geen recyclage receptor want groei moet gecontroleerd zijn Transcytose: iets opnemen a/d basale zijde v/d cel + doorgeven naar apicale zijde (stoffen kunnen niet tussen cellen door tight junctions Vb. antilichamen doorgeven naar baby via moedermelk Exocytose: secretie in extracellulair milieu - Rechtstreeks/constitutief (niet-gereguleerd) of gereguleerd (hormonale of nerveuze prikkeling) - In vesikels: intermediaire accumulatie v/d cargo, naargelang celtype 1 of meerdere eiwittypes - Accumulatie eiwitten = progressief via condensing vacuoles → osmotische activiteit van hoge eiwitconcentratie geneutraliseerd door gesulfateerde polysacchariden ( - ladingen) en metaalcomplexen ( + ladingen) → uitvlokking (kristalvorming) Vorming van secretievesikels: - Condensatie van eiwitten : zou gebeuren door signaalvlek (begint in ER, dan naar Golgi en compleet in secretievesikels) - Opname in vesikels door fagocytose met clathrine coat: onrijpe vesikels → rijpe vesikels Sommige eiwitten: proteolytische veranderingen na verlaten trans-Golgi → verdere maturatie (insuline) Vorming van synapsvesikels: vesikels worden in cellichamen van neuronen gevormd en worden gerecycleerd → worden opnieuw opgevuld met neurotransmitters uit het cytosol via specifieke carriers Synapsin → koppelt cytosolische zijde van synaptische vesikels met cytoskelet en met presynaptisch membraan 27  f) Mechanismen van vesikeltransporten Stappen in vesikel-gemedieerde transporten: - Selectieve inclusie cargo-eiwitten in transportvesikels - Vorming vesikels in donor-membraan - Transport - Fusie met doelwitmembraan - Recyclage niet-cargo-eiwitten Belangrijkste manteleiwitten: - Clathrinecoat → gevormd aan celmembraan en trans-Golgi, naar endosoom - COPI-coat → retrograad transport van Golgi naar RER - COPII-coat → prograad transport van RER naar Golgi Overzicht vesikelafsnoering + fusie: - Coat mantel-eiwitten binden zich aan het membraan door hulpeiwitten (v-SNARE) - Oplosbare cargo wordt gebonden door membraan-cargo-receptoreiwit - Receptoren en cargo-eiwitten vormen complex met v(esicle)-SNARE en GTP-bindende eiwitten - GTP-bindende eiwitten → regelen snelheid waarmee vesikels gevormd worden - Na afsnoering → coat-eiwitten verdwijnen → v-SNARE komt vrij op oppervlak - v-SNARE interageert op targetmembraan met t-SNARE Docking: Rab-eiwitten (GTP-rab) of GTPasen → associëren met Rab-effectoren → v-SNARE en t-SNARE kunnen binden Na vesikel-fusie: GTP-rab → GDP-rab Membraanfusie? → de membranen moeten naderen tot op 1.5 nm (helixcomplex van SNARES helpt enkel) v-SNARE / VAMP: SNAP-receptor vesikel of docking marker, vesicle-associated membrane protein t-SNARE / SNAP 25: SNAP-receptor van doelwit- of acceptor-membraan of docking marker acceptor, synaptosome associated protein of 25K (exocytose) SNAP: soluble NSF attachment protein NSF: N-ethylmaleimide(NEM)-sensitive fusion eiwit (NEM reduceert S-S bruggen) NSF = ATPase + a-SNAP → gerekruteerd bij cis-SNARE complex NSF-ATP → NSF-ADP + Pi → vrijgekomen energie wordt gebruikt om SNARE complex los te koppelen 28 Clathrinevesikels: → 3 zware en 3 lichte ketens → triskelion Clathrin coat → 36 triskelions Vormt spontaan, het uiteenvallen kost energie. - helpt bij ontstaan coated pits, na vorming vesikel, coat valt uiteen → uncoating-ATPase - afsnoering: dyname trekt samen door hydrolyse van GTP Regulatie synapsvesikels: synaptotagmin bindt aan t-SNARE en v-SNARE → kunnen niet koppelen → geen membraanfusie Als synaptotagmin bindt met Ca2+ → synaptotagmin lost → vesikel kan versmelten met membraan Vb. Tetanus → v-SNARE en t-SNARE geknipt → inhiberen de neurotransmitter-secretie Vb. rimpel: continue samentrekking spier door continue afgave van neurotransmitter → botox verhindert afgave neurotransmitter g) Mitochondria Afkomstig van endosymbiotische bacteriën: - Eigen DNA - Eigen enzymes (komen alleen voor bij bacteriën) - Ander codongebruik - Antibiotica die enkel werken op mitochondria en niet op de cel Functie en bouw: - Buitenste membraan: porines → zeer doorlaatbaar - Binnenste membraan: zeer ondoorlaatbaar, bevat transportmoleculen - Matrix: enzymes voor o.a. Krebs-cyclus - Doen aan oxidatieve fosforylatie (pyruvaat oxideren tot CO2 en H2O) → 30 moleculen ATP per opgenomen pyruvaatmolecule Vermeerdering door binaire fissie (splitsing) met posttranslationele import van cytosolaire eiwitten, membraanlipiden geproduceerd door mytochondrium zelf of geïmporteerd met fosfolipide-transfer- eiwitten Genoom - Helemaal v/d moeder - Circulaire DNA-lus - Sterke gelijkenis met bacterieel DNA: compact, zonder intronen - Eiwitsynthese moet gecoördineerd gebeuren met eiwitsynthese in cytosol Eiwitimport in mitochondria: - Translocatoren verschillende compartimenten: TOM: Translocator Outer Membrane TIM: Translocator Inner Membrane OXA: eiwitten voor binnenste membraan < eigen genoom - In matrix: Mitochondriale targetsequentie bindt aan import receptor Binding aan algemeen importkanaal (TOM) Vervolgens door importkanaal binnenmembraan (TIM) Mitochondriale targetsequentie verwijderd Verdere opvouwing en maturatie door chaperonin Mogelijk door amfifatisch transitpeptide, kan door membraanpotentiaal (matrix is negatief geladen) 29  - Naar binnenste mitochondriale membraan - naar intermembraneus lumen Verankerd in binnenste membraan → herkenning intermembraneus sequentie door protease → opvouwing v/h losgekomen eiwit Direct naar intermembraneus lumen via TOM Oxidatieve fosforylatie 1) Glycolyse (glycolyse → pyrodruivenzuur) 2) Oxidatieve decarboxylering + citroenzuurcyclus (CH3CO acetyl gedeelte van pyrodruivenzuur gebruikt + … → CO2) 3) Elektronen-transportketen 4) Synthese ATP h) Peroxisomen of Microbodies Functie en bouw: - Oxideren van toxische organische verbindingen (lever): RH2 + O2 → R + H2O2 - H2O2 afbreken door catalase: 2 H2O2 → 2 H2O + O2 - Vesikels waarin oxydatieve reacties gebeuren zonder ATP - Geen eigen genoom, vermeerdering door splitsing gevolgd door aangroei via postsynthese-import Eiwitimport in peroxisomen: - Peroxines worden geïmporteerd met behulp van Pex-eiwitten - Importsignalen worden niet afgesplitst. - Belang van peroxisomen: deficiënte peroxines → vb. Zellwegersyndroom → bepaalde stoffen kunnen niet worden afgebroken C. Cytoskeletten (incl. cytoskelet-geassocieerde eiwitten) a) Functies en soorten cytoskelet Functies: - Celvorm en celsteun - Celbeweging - Spoor voor transport van materiaal/organellen via motor-eiwitten 30 Soorten cytoskelet: - Actine- of microfilamenten: Ø 7 nm, zeer dynamisch, globulaire monomeren zijn identiek - Intermediaire filamenten: Ø 10 nm, statisch maar breuk-resistent, filamenteuze structuur - Microtubuli: Ø 25 nm, zeer dynamisch, goed bestand tegen vervorming, breuk-gevoelig, α-β- structuur → polariteit Eigenschap Microfilamenten Intermediaire filamenten Microtubuli Structuur F-actine: dubbele helix v. 8 parallelle protofilamenten Holle buis met wand van 13 actine-monomeren met tetrameren protofilamenten (α-β) Diameter 7 nm 8-12 nm Monomeren G-actine Verschillende klassen 25 nm (buiten) Gebonden ATP/ADP Geen GTP/GDP nucleotide Functies - Celmotiliteit (amoebe) - Structurele steun - Celmotiliteit - Celdeling (cytokinese) - Nucleaire lamina - Chromosomale beweging - Cytoplasmatische stabiliseert kern - Organellocatie en stroming - Cytoplasmatische beweging - Celvorm (dynamisch en rigiditeit - Celvorm (dynamisch) statisch) - Celvorm (statisch) - Cilia en flagellen - Spiercontracties - Stabilisatie o.a. axonen - Intercellulaire contacten en spiervezels - Intercellulaire contacten b) Actine-filamenten Actine-polimerisatie en soorten actine: - Polimerisatie G-actine → F-actine - Actine is gepolariseerd - Bindt sterk met ATP/ADP - α-actine in spiercellen, β- en γ-actine in niet-spiercellen Polarisatie? Decoratie actine-filament met myosinekoppen → +-einde = barbed end, --einde = pijlpunt, zonder myosine-koppen blijkt het barbed end veel sneller te groeien dan het minus-einde Actinepolymerisatie (in vitro): - nucleatie van monomeren tot vrij stabiele trimeren (lag-fase) - elongatie tot filamenten (log-fase) - steady state (evenwicht): kritische concentratie wordt bereikt (Cc) → depolymerisatie gebeurt even snel als polymerisatie - kritische concentratie (Cc) = boven deze concentratie treedt er polymerisatie op, is 5 keer lager aan het plus-uiteinde dan aan het minus-uiteinde → netto aangroei aan plus-uiteinde en netto-afbraak aan minus-uiteinde → treadmilling - ATP-gebonden actinemonomeren associëren meestal met plus-einde, IN het filament: ATP → ADP - Aan minus-einde: vooral ADP, uitwisseling ADP-ATP gebeurt zeer traag 31 Regulatie filament-assemblage? - Thymosine bindt met actine → actine kan niet meer binden - Profiline gaat na activatie hiermee in competitie → verdrijft thymosine en stimuleert polymerisatie - Cofiline bindt liefst ADP-actine → verhoogt de dissociatiesnelheid aan het minus-einde → binding leidt tot vervorming filamentstructuur → minder hechte interactie tussen monomeren → ketenbreuk Actine-specifieke inhibitoren (drugs) - Phalloïdine: bindt en stabiliseert actine, kan gebruikt worden om actine rechtstreeks te kleuren - Cytochalasine: caps plus-einde v/h filament - Swinholide: maakt een einde aan het filament - Latrunculin: bindt met subunits en voorkomt hun polymerisatie Actine-bindende proteïnen (ABPs) - Nucleatie-bevorderende eiwitten (Arp2/3 complex) - G-actine bindende ABPs (profiline/thymosine) - Polimerisatie-inductie (gelsolin/actobindin) - Polymeerbreuk - Depolymerisatie/verknipping (ADF/cofiline) - Stabilisatie, verkoppeling, bundeling, verankering v/d microfilamenten Actine-complexen: - F-Actine-Formine complex: formine-dimeren vormen een complex met het plus-einde van F-actine en vormen een nucleatie-centrum → bevordert groei lineaire microfilamenten - Arp-complex: activiatie Arp2/3 complex door bvb WASp → verandering van confirmatie waardoor het sterk lijkt om de +-zijde van F-actine → nieuw punt voor polymerisatie → vertakking → basisstructuur voor lamellipodium (uitstulpsel dat richting van celbeweging aangeeft) Intracellulaire bewegingen in de cel: - Listeria (bacterie) gebruikt actino-cytoskelet om rond te gaan in de cel - Endosoomvorming - Fagocytose Celmigratie: - Lamellipodium zorgt voor de beweging van de cel - Actine-netwerk groeit door Arp-vertakkingen aan het groeifront = leading edge - Achteraan: depolymerisatie door binding cofiline = treadmilling v/d gehele flap - → actine-filament-netwerk beweegt voorwaarts terwijl de individuele filamenten stationair blijven 32 Microfilament-capping: - Ene uiteinde gecapt → enkel ander uiteinde is nog vrij voor aangroei of depolymerisatie - Cap + uiteinde: CapZ (skeletspier), gelsoline (breekt ook actine-filament = severing) - Cap – uiteinde: tropomoduline - Kan samengaan met polymeerverankering met o.a.: Plasmamembraan (celadhesie) Top en zijkant microvilli Z-lijnen dwarsgestreepte spiercellen Kleine groepen van myosine-II moleculen Microfilament-bundeling: - Filopodia: microfilamenten met gelijke polariteit gebundeld door fimbrine → laat geen actine- interactie toe met myosine-II microvilli - Stress fibers: microfilamenten met tegengestelde polariteit gebundeld door α-actine (contractiel) → laat wel interactie toe met myosine-II - Gelachtig netwerk: filamine-gemedieerde koppelingen van elkaar kruisende microfilamenten Filamine = dimeer met 2 bindingsplaatsen voor F-actine en een dimerisatiedomein Geeft structuur en spanning aan de cortex Cellen met deficiënt voor filamine → blebbing = onmogelijkheid om lamellipodia te maken en inhibitie van de voortbeweging → tumorcellen verliezen vermogen om uit te zaaien Activering bloedplaatjes door verwonding → severing (gelsoline) + uncapping + elongatie + recapping + crosslinking (fimbrine, α-actine, filamine) + myosine-II-gemedieerde contractie Actine-binding aan PM - Microvilli: ezrin = brugmolecule voor binding aan PM - Skeletspier: dystrofine → sterke verankering sarcomeer met extracellulaire matrix Mutatie dystrofine-gen (X-chromosoom) → Duchenne’s musculaire dystrofie (DMD) → spier geen verankering → samentrekking actine wordt niet doorgegeven naar buitenkant cel Celadhesie: - Celadhesiemoleculen gaan vrij zwakke bindingen aan met: Vergelijkbare eiwitten in naburige celmembranen Eiwitten in de extracellulaire matrix - Clustering celadhesiemolecules wordt geïnduceerd door interacties met cytoskeletfilamenten → synergetische versterking van adhesieve kracht - E-cadherine Epitheliaal, Ca2+-afhankelijk, betrokken in adherens junctie Extracellulair deel: opeenvolging van Ca2+- afhankelijke cadherine-specifieke repetities Intercellulaire binding: koppeling cytoplasmatisch cadherine-domein aan actine-gordel via catenines - Cel-substraat adhesie: rol van cytoskelet-integrine-ECM interacties Integrine: transmembranaire α-β heterodimeren Cytoplasmatisch domein gekoppeld aan cytoskelet, gegroepeerd in clusters α-subeenheid bindt met bivalente molecules (Mg2+, Mn2+, Ca2+) - Vasthechting stress fibers aan PM via bindingen aan integrines via o.a. vinculine-taline-brug of α-actinine 33 Invloed externe signalen op actine-cytoskelet: - Injectie met geactiveerde Rho → stressbundels en focale contacten - Injectie met geactiveerde Rac → lamellipodia - Injectie met Cdc42-activatie → filopodia en microspikes - → kan gebruikt worden om actine in een bepaalde vorm te krijgen c) Intermediaire filamenten (IF) Functie en samenstelling: - Functie: vorming basaal cytoskelet - Samenstelling: fibreus (α-helicaal) met een vijftal random coil gebieden - Bij dieren, niet bij planten/gisten - Weefselspecifiek → methode om weefsels te herkennen Polymerisatie van monomeer tot filament: - 2 monomeren binden parallel tot een dimeer - 2 dimeren binden antiparallel tot een tetrameer - 8 tetrameren binden tot een protofilament - Filamentverlenging en verdikking zorgen voor een matuur filament (dwarsgestreept) IF-eiwitfamilies: - Type I: zure cytokeratines, specifiek voor epitheliale cellen - Type II: neutrale en basische cytokeratines, specifiek voor epitheliale cellen - Type III: niet-epitheliale cellen: Vimentine: in mesenchymale cellen en celcultures Desmine: spiercellen GFAP (glial fibrillar acidic protein): gliale cellen Peripherine: perifere neuronen - Type IV: neurofilament-eiwitten in neuronen - Type V: nucleaire lamines – A, - B, - C = componenten binnenzijde nucleair membraan Keratine: - Cytokeratine uitgeschakeld → epidermis komt los van dermis → blaar - Komt voor in alle epitheelcellen - Verschillende cytokeratines worden geproduceert naargelang de differentiatie van de cel Celadhesie: desmosomen / spot desmosomen / macula adherens: - Gelokaliseerde, spot-vormige, intercellulaire contacten - Desmosomale cadherines die associëren met eiwitten en intermediaire filamenten (niet actine!) Hemi-desmosoom: - Gemeen met spot-desmosomen: epitheliale cellen, connectie met intermediaire filamenten, elektronen-dense cytoplasmatische plaque-structuur - Geen desmosomale cadherines maar α6β4 integrines, β4 staat in voor connectie met intermediaire filamenten - Basale membraan → rol bij verankering epidermis aan basale lamine en onderliggende dermis (blistering = huidziekte bij mutaties) 34  d) Microtubuli Functies: - Doelgerichte celverplaatsing - Intracellulaire highways voor transport van organellen en vesikels - Gespecialiseerde celuitsteeksels: flagellen en cilia - Celstabilisatie en oriëntatie van de cytoskeletten - Celdeling Samenstelling: - Globulaire α- en β- tubuline-monomeren, meerdere weefsel-specifieke isotypes - γ-tubuline komt voor in de centrosomen - α-tubuline bindt met GTP - β-tubuline bindt (minder sterk) met GTP/GDP, belangrijke rol bij microtubulaire dynamiek - opbouw en verlenging → zoals actine-filament Polymerisatie en depolymerisatie: - relatieve stabiliteit: capping van beide uiteindes: γ-tubuline capt het (-)-uiteinde tijdens de interfase, verankerd aan het centriool = MTOC (MicroTubule Organizing Centre) (+)-uiteinde straalt uit naar periferie en is gevoelig voor depolymerisatie, tenzij bij capping/verankering aan het PM - Hechtere stabilisatie: microtubulaire maturatie: Posttranslationele modificaties van tubulines Binding van assemblage-MAPs (microtubule associated proteins) → meerdere tubuline subeenheden kunnen worden gekoppeld - GTP/GDP: GTP aan uiteinde = cap → stabiele groei GDP aan uiteinde (hydrolyse GTP) → depolymerisatie Microtubulaire inhibitoren: - Taxol: uit taxusplant, stabiliseert - Colchicine en colcemide: destabiliseert Rol cytoskelet in mitose: - Getriggerd door MPF (maturation/mitosis promoting factor) - Chromosomen condenseren - Kern valt uiteen - ER en Golgi fragmenteren - Cel komt los en rondt zich af (mitotic shake-off) - Reorganisatie cytoskelet Astrale MT Polaire MT Kinetochoor MT - centrosoom 35 Varianten microtubulaire monomeren en superorganisaties: - α, β, δ en γ-tubuline - singlets: normale, cytoplasmatische microtubuli met 13 protofilamenten - doublets: in cilia en flagella - triplets: in centriolen en basale lichaampjes cilia en flagella Centrosoom: - 2 centriolen (9 tripletten van microtubuli) die hoeks op elkaar liggen - omringd door pericentriolair materiaal of centrosoommatrix - centrosoomcyclus: interfase: duplicatie centriolenpaar tijdens mitose: elk paar wordt een centrum van een MT-aster - dynamiek: microtubuli vormen een baan waarlangs organellen en vesikels kunnen bewegen Cilia en flagellen: - 9 microtubulaire-doubletten koppelen aan elkaar tot een axoneem - Dyneïne → synchrone beweging = buiging, door verankering doubletten met nexine (=linking protein) - Doorsnede: Basaal lichaampje → centriool met 9 tripletten Tussen flagel en basaal lichaampje → 9 tripletten zonder centraal paar Top flagel → 9 doubletten met centraal paar - Primair cilium: Basaal lichaam 9+0 microtubuli opbouw Staan niet in voor beweging Sensorische organellen MAPs en motoreiwitten: - Stathmine bindt aan de 2 tubuline-heterodimeren en werkt polymerisatie tegen - γ-tubuline ring complex (γ-TuRC) = nucleator voor elke MT, bundeling in MTOC - Plus-TIP eiwitten zijn geassocieerd met de groeiende (+)- uiteinden en dissociëren bij krimping van de MT → regulatorische functies - Kinesine-13 → catastrofe-factor - Katanine → verknippend eiwit - Stabiliserende MAPs → ‘spalkende’ manier - Bundelende MAPs → tau: dense pakking van MTs of MAP-2 voor luchtere pakking - Koppelende MAPs → plectine: koppeling tussen MTs en IFs - Assemblage MAPs → vb. MAP-2 wordt gefosforyleerd tot MAP-2-kinase → lagere aangroeisnelheid en kortere gemiddelde lengte van de microtubuli Algemeen: motoreiwitten: - Zorgen voor antero- en retrograad transport - Gemeenschappelijk met myosines: Dubbel filament-bindend globulair hoofd met ATPase-activiteit Gewricht dat instaat voor omzetting chemische energie in kinetische energie Steel met eventuele coiled coil structuur - Omvatten: dyneïne (retrograad transport) en kinesine (anterograad transport) 36 Kinesines: - Structuur: zware keten (hoofdjes) + lichte keten (binding met vesikel) + coiled coil - Beweegt in de richting van het (+)-uiteinde - ATP-hydrolyse gebeurt beurtelings bij 1 van de hoofdjes zodat het kinesine nooit helemaal loslaat - Verschillende vormen (vb. kinesine-13 → catastrofe) Dyneïnes: - 1 hoofd met een steel verbonden aan meerdere lichte ketens - Beweegt in de richting van het (-)-uiteinde - Dynactine-complex: dynamitine verbindt cargo en dyneïne - Speelt belangrijke rol bij oriëntatie spoelfiguur (celdeling) → dyneïne trekt via de astrale MTs de spoelfiguur volgens de juiste oriëntatie Intracellulair transport van melanosomen: - Melanosomen = pigmentgranules - Bevat kinesine en dyneïne → kan beide richtingen op microtubuli bewegen - Kinesines > dyneïnes → schoksgewijze beweging naar buiten - Als kinesines uitgeschakeld → vloeiende beweging naar binnen Andere vorm van transport: motor-eiwit is verankerd en de MTs bewegen Intraflagelair transport (IFT): Transport met kinesine en dyneïne tussen PM en buitenste doublet Post-translationele modificaties tubuline: vb. detyrosinatie → detyrosylated MT → beweegt naar leading edge e) Actomyosine-complexen →2 zware ketens + 2 paren van lichte ketens Kop bindt ATP/ADP en associeert op calcium-afhankelijke wijze met actine-filamenten →bipolair myosine-II-filament ontstaat door laterale associatie van antiparallel georiënteerde myosine-staarten in zigzag (staggered) Contractie actomyosinecomplex: - ATP-binding - Associatie met actine-filamenten - ATP-hydrolyse + krachtstoot - Dissociatie actine-filamenten + uitwisseling ADP+Pi voor ATP - Translocatie in richting (+)-uiteinde Basisstructuur sarcomeer: Actine-filamenten + myosine vormen myofibrillen 37 Stabiliserende rol capping eiwitten: - Koppeling actine-microfilamenten aan α-actinine en cap-Z (Z-lijnen) → stabilisatie sarcomeer - Tropomoduline bindt met (-)-uiteinde van actine (overgang H-zone) Tropomyosine/troponine-complex - Geen Ca2+ aanwezig Tropomyosine bindt op actinefilamenten Troponine-T bindt op tropomyosine Troponine-C bindt op tot 4 Ca2+ Troponine-I staat mee in voor de inhiberende actie - Ca2+-verhoging → interactie tussen actine en myosine mogelijk Spierrelaxatie: - Wegpompen Ca2+ - Verder herstel door antagonistische spieren, zwaartekracht en veerkracht - Structurele eiwitten: Titine: groot eiwit van Z-lijn tot M-lijn → rekbare moleculaire veer Nebuline: vanaf Z-schijf, bepalen lengte actine 2+ Ca -afhankelijke contractieregulatie in gladde spiercellen en niet-spiercellen - Contractierelaxatie in deze celtypes: Hormonale prikkels / autonoom zenuwstelsel Ca2+-afhankelijk: Ca2+ bindt op calmoduline → activeert MLCK (myosin light chain kinase) Fosforylatie L-ketens myosine laat interactie met troponine-loze actine en myosinehoofdjes toe - Staan in voor celbeweging → verkorting stress fibers, beweging microvilli, vorming contractiele ring Rol actomyosine complexen in stress fibers: - Geen Z-schijven → systeem wordt samengehouden door bundeling met α-actinine en filamine Niet-conventionele myosines: - Meerdere myosine-I (1-koppig): membraan-bindende domeinen, actine-filamenten aan structuren binden, celmigratie - Myosinemoleculen met hybride structuur: vesikeltransporten over actinefilamenten Verplaatsing naar een substraat; - Protrusie aan de leading edge - Vasthechting aan nieuw substraat - Tractie = naar voren trekken cellichaam + losmaken trailing edge Celbeweging: vereist celhechting: - Celhechting te zwak: lamellipodium wordt naar achter gesleept = ruffling - Celhechting te sterk: lamellipodium kan cellichaam niet naar voor trekken → actine-netwerk naar achteren getrokken D. Intercellulaire adhesie en celcommunicatie - Tight junctions: sluiten lumen af - Adherens junctions: cel-celadhesie, actine-filamenten - Desmosomen: cel-celadhesie, intermediaire filamenten - Hemidesmosomen: contact met basale membraan - Gap junctions: communicatie tussen cellen 38  a) Intercellulaire juncties van de gepolariseerde epitheelcel als representatieve organisatie Tight junction of zonula occludens (ZO): - Scheiding apicale en basolaterale wand - Door ondoordringbaarheid: transepitheliale resistentie Ondoordringbaarheid door tight junctions Meetbaar op basis van elektrische weerstand over epitheellaag → cellen laten groeien op filter in groeimedium met Ca2+ en resistentie meten door aankoppelen elektrische stroom - Sleutelmoleculen: occludine, claudines en junctie adhesiemoleculen (JAMs) (tricellulin = aanwezig op kruising van 3 cellen) - Rijen van juncties, hoe meer juncties, hoe hechter de junctie en hoe hoger de TER Adherens junction of zonula adherens of belt desmosome - Intercellulaire adhesie tussen gepolariseerde epitheelcellen - E-cadherine → staat in voor homotypische binding via homofiele intermoleculaire binding Homotypisch = celtypes van dezelfde soort Homofiel = adhesie tussen moleculen van dezelfde soort - Cadherines zijn weefsel-/orgaanspecifiek - Cadherine-gemedieerde celadhesie → uitsortering volgens celtype + onderdrukking van invasie in goedaardige tumoren - 3 manieren waarop oppervlaktemoleculen tot intercellulaire adhesie in staat zijn: - Belang cel-celadhesie tijdens embryonale ontwikkeling: Gastrulatie: cellen van ectoderm bewegen naar groeve, dalen neer en bewegen als cellen van mesoderm lateraal → epitheliale-mesenchymale transitie (EMT) Sommige mesenchymale cellen komen weer samen → ontstaan somiet → mesenchymaal naar epitheliale transitie (MET) Later: uit somiet komen cellen vrij die naar periferie migreren → EMT Elk proces: wisseling van cadherine-molecules - Extracellulair deel E-cadherine: opeenvolging Ca2+-afhankelijke, extracellulaire cadherine-specifieke repetities (EC) met homofiel-bindende repetities, verdere versterking door koppeling cytoplasmatisch cadherine-domein aan actine-gordel via catenines - Cadherine/catenine-complex: β-catenine → kan associëren met transcriptiefactor in nucleus → adhesiefunctie, signaliserende en tumor-bevorderende werking p120 catenine → onderhouden van normale hoeveelheden cadherinemoleculen aan PM TER-experiment (transepithelial resistance) → ZA is essentieel voor apico-basolaterale polarisatie en stabiliteit tight junction E-cadherine → β-catenine → α-catenine → (directo of indirect) F-actine Indien er geen dimerisatie is van cadherine → geen celadhesie, hoe meer cadherine-clusters, hoe sterker de adhesie Clustering cadherine/catenine-complex leidt tot een sterke adhesieve junctie - Geen E-cadherine meer → goedaardig adenoma → kwaadaardig carcinoma → E-cadherine is een invasie suppressor molecule RIP1-Tag transgen: - Rat Insulin Promoter + SV 40 Early Region - SV 40 Early Region → schakelt 2 tumor-suppressorgenen uit 39  - Veroorzaakt insulinomas (gezwellen van bèta-cellen) - Eerst goedaardig, maar evolueren naar kwaadaardig → vaststelling verlies expressie E-cadherine - → E-cadherine is anti-invasief en anti-metastatisch Carcinogenese: - Ongecontroleerde celdeling + accumuleren teveel cellen - Cellen veranderen van vorm (dysplasie → goedaardig adenoma → carcinoma in situ) - Eventueel EMT → cellen breken doorheen basale membraan → invasief carcinoma - Losgekomen cellen in bloedbaan of lymfebaan (intravasatie) - Cellen extravaseren in een ander orgaan + delen → metastase (MET) Demosomen of spot desmosomen of macula adherens - Gelokaliseerde spot-vormige intercellulaire contacten - Desmosomale cadherines → interageren intercellulair in de plaque met eiwitten en intermediaire filamenten (keratines) - Pathologische aanmaak van auto-antilichamen tegen desmogleïnes leidt tot blistering ziekten van de huid (blaarvorming) - Voorkomende eiwitten: Desmocollines en desmogleïnes (cadherines) Plakoglobine en plakophilines (armadillo) - Opbouw: Desmosomale cadherines associëren in plaque met armadillo eiwitten Armadillo-eiwitten associëren met desmoplakines Deze associëren uiteindelijk met intermediaire filamenten - Verschillende cellagen in de epidermis exprimeren verschillende desmosomale eiwitten - Pemphigus vulgaris + pemphigus foliaceus → epitheliale blaarziekten (huid + muceus epitheel) → vorming van autoantilichamen tegen desmogleïne-eiwitten) Gap juncties of GJs - Elektrische en chemische uitwisseling tussen cellen door hydrofiele, transmembranaire poriën in zones van nauwe celcontacten - Tegenover elkaar gelegen connexons → hexameer van connexines - Centrale porie: 1.5 nm → selectieve passage moleculen met laag moleculair gewicht - Gap junctional intercellular communication (GJIC) → gesynchroniseerde reacties van cellen in een weefsel - Structuur: Cilinder/connexon vormt doorgang tussen aanpalende cellen Connexon = cirkel van 6 connexine eiwitten Connexonen binden met gelijke of complementaire connexonen Kanalen kunnen geopend of gesloten worden Enkelvoudig connexine-eiwit gaat 4 keer doorheen de celmembraan → amino- en carboxy- uiteinde liggen intracellulair b) Families van cel-cel adhesiemoleculen Cadherines: - Homotypische, homofiele interacties Immunoglobuline-achtige (Ig-) adhesiemoleculen of Ig-CAMS - Transmembranaire eiwitten met extracellulaire domeinen van een 100-tal AZ (erg compact door disulfide-binding) - Heterotypische celbinding, homofiel/heterofiel (complementaire molecule is meestal integrine) - Intercellulaire adhesie + cel-substraat-adhesie Integrines: - Cel-substraat en cel-cel (witte bloedcellen en endotheel) - Transmembranaire heterodimeren (α + β) 40  - Binding met ligand aan extracellulair amino-termini - Korte cytoplasmatische domeinen → interageren met actine, kunnen gefosforyleerd worden door tyrosine-specifieke proteïnekinasen, signaal-transducerend effect (in to out, out to in) - Integrine-binding Binding aan eiwit ECM (vb. fibronectine) Binding aan Ig-CAM (vb. ICAM-1) Binding aan integrine via extracellulaire linker molecule Immunoglobuline-achtige (Ig-) adhesiemoleculen of Ig-CAMS: Prototype N-CAM → in verschillende vormen in functie van de gewe