分子細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞粘附分子及細(xì)胞連結(jié)

1、Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology分子細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞粘附分子及細(xì)胞連結(jié)第一頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology第一節(jié) 細(xì)胞粘附分子鈣粘素選擇凝集素免疫球蛋白超家族整合素透明質(zhì)酸粘素第二頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 細(xì)胞粘附分子(cell adhesion molecule, CAM)又稱細(xì)胞粘附受體，位于細(xì)胞表面，

2、主要介導(dǎo)細(xì)胞間及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間相互作用，以配體-受體結(jié)合的形式發(fā)揮作用。 可分為五大家族：鈣粘素、選擇凝集素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明質(zhì)酸粘素。 細(xì)胞粘附分子(CAM)第三頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 細(xì)胞粘附分子都是跨膜糖蛋白(糖脂)，分子結(jié)構(gòu)由三部分組成： 胞外區(qū)，肽鏈的N端部分，帶有糖鏈，負(fù)責(zé)與配體的識(shí)別； 跨膜區(qū)，多為一次跨膜； 胞質(zhì)區(qū)，肽鏈的C端部分，與質(zhì)膜下的骨架成分直接相連，或與胞內(nèi)的化學(xué)信號(hào)分子相連，以活化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。細(xì)胞粘附分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第四頁，共37頁。Yun

3、nan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology一、鈣粘素家族 鈣粘素(cadherin)屬親同性CAM，其配體是自身同型細(xì)胞的鈣粘素，它們的作用依賴于Ca2。 介導(dǎo)同型細(xì)胞間的粘附作用，對(duì)組織和器官的發(fā)育及維持完整組織結(jié)構(gòu)起重要作用。 鈣粘素分子結(jié)構(gòu)同源性很高，其胞外部分形成5個(gè)結(jié)構(gòu)域，其中4個(gè)同源，均含Ca2結(jié)合部位。胞質(zhì)部分是最高度保守的區(qū)域，參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。 第五頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 哺乳動(dòng)物細(xì)胞表面的主要鈣粘素分

4、子 名 稱主要分布組織E-鈣粘素著床前的胚胎、上皮細(xì)胞(在帶狀粘合處特別集中)P-鈣粘素胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞、心、肺、小腸N-鈣粘素胚胎中胚層、神經(jīng)外胚層、神經(jīng)系統(tǒng)(腦、神經(jīng)節(jié))、心、肺M-鈣粘素成肌細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞R-粘素視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞Ksp-鈣粘素腎OB-鈣粘素成骨細(xì)胞VB-鈣粘素脈管內(nèi)皮細(xì)胞desmoglein橋粒desmocollin橋粒第六頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology鈣粘素的作用 1介導(dǎo)細(xì)胞連接 E-鈣粘素是保持上皮細(xì)胞相互粘合的主要CAM，是粘合帶及橋粒中的主要構(gòu)成成分。

5、2參與細(xì)胞分化 鈣粘素對(duì)于胚胎細(xì)胞的早期分化及成體組織(尤其是上皮及神經(jīng)組織)的構(gòu)筑有重要作用。 3抑制細(xì)胞遷移 第七頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology二、選擇凝集素(selectin) 選擇凝集素(selectin，由select和lectin兩詞合成)屬親異性CAM，其作用依賴于Ca2。 選擇凝集素是一類涉及白細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞的粘附分子家族，主要參與白細(xì)胞與脈管內(nèi)皮細(xì)胞之間的識(shí)別與粘合。第八頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular

6、 Cell Biology 已知的選擇凝集素有三種：L(Leukocyte)-選擇凝集素、E (Endothelial) -選擇凝集素及 P (Platelet) -選擇凝集素。 該類分子為高度糖基化的單鏈跨膜糖蛋白，其特點(diǎn)是N端有外源凝集素樣功能區(qū)、表皮生長因子樣功能區(qū)，及補(bǔ)體結(jié)合蛋白重復(fù)序列(跨膜區(qū)和胞質(zhì)區(qū))。選擇凝集素(續(xù))第九頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology三、免疫球蛋白超家族 免疫球蛋白超家族(Ig-superfamily，Ig-SF)包括分子結(jié)構(gòu)中含有免疫球蛋白(Ig)樣結(jié)構(gòu)域的所有

7、分子，其中某些成員屬于CAM，它們介導(dǎo)同親性或異親性細(xì)胞粘著，但其粘著作用不依賴Ca2+。 該家族成員有：免疫球蛋白、細(xì)胞間粘附分子(ICAM-1、 ICAM-2、 N-CAMs )、血管細(xì)胞粘附分子(VCAM-1)、淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原(LFA-3)、T細(xì)胞受體，B細(xì)胞受體，MHC等。 第十頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology四、整合素家族 整合素(integrin)也稱膜整聯(lián)蛋白，是由多種跨膜糖蛋白受體組成的家族，大多為親異性CAM，其作用依賴于Ca2。 幾乎所有動(dòng)植物細(xì)胞均表達(dá)整合素。 整合素

8、分子均由鏈(120185kD)和鏈(90110kD)以非共價(jià)鍵連接組成異二聚體。 和鏈均為單次跨膜糖蛋白。第十一頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 整合素分子均由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞質(zhì)區(qū)3個(gè)區(qū)域組成。胞外區(qū)可與多種配體結(jié)合，包括細(xì)胞外基質(zhì)蛋白ECM ，如纖粘蛋白、體外粘連蛋白(vitronectin)、層粘蛋白和膠原蛋白等，以及其它細(xì)胞表面受體(ICAM-1，VCAM-1等)。許多整合素分子可識(shí)別ECM分子上普遍存在的三肽序列(Arg-Gly-Asp，RGD)。 亞單位的N端有結(jié)合Ca2的結(jié)構(gòu)域，胞

9、質(zhì)區(qū)近膜處都有一個(gè)非常保守的XGFFKR(AspXAspXAspGlyXXAsp )序列，與整合素活性的調(diào)節(jié)有關(guān)。第十二頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 1亞家族在各種類型的細(xì)胞表面表達(dá)，主要介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)成分之間的粘附。2亞家族主要存在于各種白細(xì)胞表面，介導(dǎo)細(xì)胞間的相互作用。3亞家族主要存在于內(nèi)皮細(xì)胞和血小板上，介導(dǎo)血小板的聚集，并參與血栓形成。4亞家族可與肌動(dòng)蛋白及其相關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)合，此外64整合素以層粘蛋白為配體，參與形成半橋粒。 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)18種 鏈和8種鏈，它們相互組合形成24種不同

10、的二聚體整合素，可與不同的配基結(jié)合。 以亞單位可將整合素家族分成8個(gè)亞家族。同一個(gè)亞家族中鏈相同，而鏈不同。第十三頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology第十四頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 介導(dǎo)細(xì)胞間黏著的整合素通常不與配體結(jié)合，需活化后才具有與配體結(jié)合的能力。 活性過程實(shí)際上是胞內(nèi)信號(hào)引起整合素分子胞外識(shí)別與結(jié)合的結(jié)構(gòu)域活化，導(dǎo)致整合素與配體結(jié)合。這一過程稱為胞內(nèi)信號(hào)外傳(inside out si

11、gnaling)。 整合素與配體結(jié)合后，通過細(xì)胞骨架或信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)體系將信號(hào)內(nèi)傳，引起細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)。這一過程稱為胞外信號(hào)內(nèi)傳(outside in signaling)。 活化的整合素又可失活，導(dǎo)致黏附的細(xì)胞相互脫離。整合素的活化第十五頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 整合素家族是介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)相互作用的最主要的分子。 整合素是多數(shù)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的受體，能識(shí)別、結(jié)合細(xì)胞外基質(zhì)中相應(yīng)的配體，為細(xì)胞黏附提供附著點(diǎn)，介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的粘附，使細(xì)胞粘在一起，形成一個(gè)整體。 同時(shí)

12、調(diào)整細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)蛋白的磷酸化水平和基因表達(dá)，從而調(diào)控細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、增殖和凋亡。整合素的作用第十六頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology五、透明質(zhì)酸粘素 透明質(zhì)酸粘素(hyaladherin) 也稱透明質(zhì)酸連接蛋白(hyaluronan-binding proteins)，包括可結(jié)合透明質(zhì)酸糖鏈的一類分子，它們具有相似的氨基酸序列和空間構(gòu)象。 CD44是其中的一個(gè)成員，分子量范圍為85 250 KD，介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的相互作用，同樣是由胞外，跨膜及胞質(zhì)三個(gè)部分構(gòu)成的糖蛋白，糖鏈為

13、硫酸軟骨素及硫酸乙酰肝素。CD44肽鏈的N端可結(jié)合透明質(zhì)酸，故CD44也被視為透明質(zhì)酸的受體。 第十七頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 與透明質(zhì)酸、纖粘連蛋白及膠原結(jié)合，介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的粘附； 參與細(xì)胞對(duì)透明質(zhì)酸的攝取及降解； 細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)； 促進(jìn)細(xì)胞的遷移和分化。 透明質(zhì)酸是增殖細(xì)胞和遷移細(xì)胞的胞外基質(zhì)主要成分，也是蛋白聚糖的主要結(jié)構(gòu)組分。透明質(zhì)酸在結(jié)締組織中起強(qiáng)化、彈性和潤滑作用，透明質(zhì)酸使細(xì)胞保持彼此分離，使細(xì)胞易于運(yùn)動(dòng)遷移和增殖并阻止細(xì)胞分化。透明質(zhì)酸粘素的功能第十八頁，共3

14、7頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology第二節(jié) 細(xì)胞連接(cell junction)l封閉連接(occluding junction)l錨定連接(anchoring junction)l通訊連接(communicating junction)第十九頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 細(xì)胞與細(xì)胞之間或細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的連接結(jié)構(gòu)稱為細(xì)胞連接 (cell junction)。 它是質(zhì)膜局部區(qū)域特化形成的，在結(jié)構(gòu)上包

15、括質(zhì)膜特化區(qū)、胞質(zhì)區(qū)及質(zhì)膜外區(qū)。 細(xì)胞連接第二十頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology緊密連接(tight junction)錨定連接(anchoring junctions) 粘合帶、粘合斑 (連于微絲) 橋 粒、半橋粒 (連于中間纖維)通訊連接(communicating junctions) 間隙連接(gap junction) 化學(xué)突觸(chemical synapse)動(dòng)物細(xì)胞的三種連接類型 第二十一頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMo

16、lecular Cell Biology細(xì)胞連接的分類 功能分類 結(jié)構(gòu)分類 主要分布 封閉連接 緊密連接 上皮組織 錨定連接 1連接微絲 粘合帶(細(xì)胞間) 上皮組織 粘合斑 上皮細(xì)胞基部 2連接中間纖維 橋粒(細(xì)胞間) 心肌和表皮 半橋粒 上皮細(xì)胞基部 通訊連接 間隙連接 大多數(shù)動(dòng)物組織 化學(xué)突觸 神經(jīng)細(xì)胞間、 神經(jīng)-肌細(xì)胞間 第二十二頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 緊密連接又稱封閉小帶 (zonula occludens)，存在于脊椎動(dòng)物的上皮細(xì)胞間，寬度約50-400nm，相鄰細(xì)胞之間的質(zhì)

17、膜被緊密封閉。連接區(qū)域有跨膜細(xì)胞粘附分子形成的焊接線(嵴線)，質(zhì)膜間的空隙被嵴線封閉。 主要的跨膜蛋白為Tj蛋白(claudin和occludin)，及 ZO蛋白等。一、緊密連接(tight junction)第二十三頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 封閉相鄰細(xì)胞間的接縫，防止溶液中的分子沿細(xì)胞間隙滲入體內(nèi)，以保證機(jī)體內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。 (消化道上皮、膀胱上皮、腦毛細(xì)血管內(nèi)皮以及睪丸支持細(xì)胞之間的緊密連接)。 緊密連接的主要作用第二十四頁，共37頁。Yunnan Agricultural Uni

18、versity. LlianMolecular Cell Biology二、 錨定連接(anchoring junctions) 通過細(xì)胞骨架系統(tǒng)將細(xì)胞與細(xì)胞或與基質(zhì)相連，形成一個(gè)堅(jiān)固有序的細(xì)胞群體，使細(xì)胞間、細(xì)胞與基質(zhì)間具有抗張力的牢固粘合。 錨定連接在組織內(nèi)分布很廣泛，在上皮組織，心肌和子宮頸等組織中含量尤為豐富。 第二十五頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 粘合帶(adhesion belt)呈帶狀環(huán)繞細(xì)胞，一般位于上皮細(xì)胞緊密連接下方。粘合帶處質(zhì)膜內(nèi)側(cè)有附著蛋白，膜間隙約1520 nm，間

19、隙中有粘附分子E-鈣粘素。 粘 合 帶第二十六頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology胞質(zhì)斑(cytoplasmic plaque，位于質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)、帶狀) 包括：-，-，-連鎖蛋白(catenin)，粘著斑蛋白(vinculin)、-輔肌動(dòng)蛋白(-actinin)和片珠蛋白(plakoslobin)等附著蛋白。鈣粘素肌動(dòng)蛋白粘合帶組分第二十七頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 粘合斑(adhesion pl

20、aque，focal adhesion)位于細(xì)胞與胞外基質(zhì)間，通過整合素(integrin)把細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白束和胞外基質(zhì)連接起來。連接處質(zhì)膜內(nèi)側(cè)有附著蛋白形成盤狀胞質(zhì)斑。粘 合 斑第二十八頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 橋粒(desmosome)存在于承受強(qiáng)拉力的組織細(xì)胞間 (如皮膚、口腔等處上皮和心肌)，相鄰細(xì)胞間形成紐扣狀結(jié)構(gòu)，由胞質(zhì)斑、黏附蛋白(鈣黏素)和中間纖維組成。 細(xì)胞膜之間有鈣粘素(desmoglein 及desmocollin)，質(zhì)膜內(nèi)側(cè)有附著蛋白，如片珠蛋白(plakogl

21、obin)、橋粒斑蛋白(desmoplakin)等、形成一厚約1520nm的致密的胞質(zhì)斑。 橋 粒第二十九頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 半橋粒(hemidesmosome)在結(jié)構(gòu)上類似橋粒，位于上皮細(xì)胞基底面與基膜之間。 與橋粒不同之處：只在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)形成橋粒斑結(jié)構(gòu)，其另一側(cè)為基膜；跨膜連接蛋白為整合素(integrin)而不是鈣粘素。半橋粒(hemidesmosome)第三十頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell

22、Biology三、通訊連接間隙連接(gap junction)化學(xué)突觸(synapse)第三十一頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology（一）間隙連接(gap junction) 間隙連接也稱縫隙連接，是細(xì)胞通過連接子進(jìn)行的細(xì)胞連接。 “間隙” 是指相鄰質(zhì)膜間有24 nm的間隙，間隙內(nèi)有大量微型管道(連接子)，連接細(xì)胞的胞質(zhì)，允許一些小分子物質(zhì)直接從一個(gè)細(xì)胞流入另一個(gè)細(xì)胞。 間隙連接存在于脊椎動(dòng)物的很多成年細(xì)胞和正在發(fā)育的細(xì)胞中。 第三十二頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 連接子(connexons)是一種跨膜蛋白，由相鄰細(xì)胞各提供一半對(duì)接而成。每半由 4 個(gè)或 6 個(gè)相同或相似的跨膜蛋