山大醫(yī)學細胞生物學課件09細胞與細胞黏連

1、第九章 細胞與細胞黏連本章同學們應該掌握的內(nèi)容：1. 細胞之間為什么有一些連接或黏連2. 細胞連接有幾種方式，各自依靠哪些蛋白來完成？3. 參與細胞間連接的蛋白的結(jié)構(gòu)特點及種類Summary of the various cell junctions found in animal cell epithelia.This drawing is based on epithelial cells of the small intestine. 細胞連接的分類： 根據(jù)組成、結(jié)構(gòu)和功能將細胞連接分為三大類： 封閉連接(occluding junction)： 緊密連接(Tight junction)

2、 錨定連接(anchoring junction)： （1）黏合連接：黏合帶、黏合斑、隔狀連接 （2）橋粒(desmosome)與半橋粒(hemidesmosome) 通訊連接(communicating junction)： 間隙連接(gap junction) 化學突觸 胞間連絲6細胞生物學封閉連接(occluding junction)： 緊密連接(Tight junction)8細胞生物學9細胞生物學緊密連接嵴線中的兩類蛋白： 密封蛋白（occludin）： 跨膜四次的膜蛋白（60KD）； 封閉蛋白（claudin）家族： 1998年發(fā)現(xiàn)的， 屬于一個多基因家族。目前已知有26個家族成

3、員。相對分子質(zhì)量為17 103 27 103。 在組織中表達分布具有一定的特異性。 Claudins與惡性腫瘤關(guān)系密切。10細胞生物學11細胞生物學122.緊密連接的功能機械連接作用封閉上皮細胞的間隙：形成滲漏屏障，是構(gòu)成血腦屏障和血睪屏障的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。隔離作用:保證上皮組織內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性 維持細胞的極性,保證物質(zhì)運轉(zhuǎn)的方向性； 防止物質(zhì)雙向滲漏，并限制了膜蛋白在 脂分子層的流動細胞生物學錨定連接(anchoring junction)13主要依靠附著蛋白、跨膜連接糖蛋白和細胞骨架纖維將相鄰兩細胞或細胞與細胞外基質(zhì)連接在一起。錨定連接分兩類：黏合連接(adhering junction) ： 與

4、肌動蛋白相連。黏合帶、黏著斑橋粒連接(desdosome junction) ： 與中間纖維相連。橋粒、半橋粒細胞生物學與肌動纖維連接的錨定連接（黏合連接）與中間纖維連接的錨定連接（橋粒連接）15細胞生物學16 （一）黏合連接1.黏合帶（adhesion belt） 是細胞-細胞間粘著的一種方式； 位于上皮細胞緊密連接的下方，相鄰細胞間形成 一連續(xù)的帶狀結(jié)構(gòu)。 相鄰細胞質(zhì)膜的間隙為1530nm，介于緊密連接 和橋粒之間,故又稱中間連接 （intermendiate junction）。 細胞生物學17adhesion belt細胞生物學18 黏合帶的結(jié)構(gòu)： a. 膜下的肌動蛋白絲成分通過錨定蛋

5、白附著于細胞膜上； b. 相鄰細胞膜上的跨膜糖蛋白鈣黏素(cadherin) 在細胞間隙內(nèi)相互作用而使相鄰細胞粘合在一起； c.黏合帶質(zhì)膜的胞質(zhì)側(cè)，有成束微絲附著，沿質(zhì)膜延伸成 一連續(xù)的帶，構(gòu)成“微絲- 附著蛋白-鈣粘蛋白-相鄰細 胞”的跨細胞網(wǎng)絡。細胞生物學19錨定蛋白細胞生物學212.黏著斑(adhesion plaqua)（focal contact) 細胞與細胞外基質(zhì)之間的連接方式。主要特點是： 肌動蛋白纖維通過整合素蛋白同細胞外基質(zhì)，如纖粘連蛋白等相連，而不是與另一個細胞的表面相連。細胞生物學24（二）橋粒連接1. 橋粒（desmosome） 與中間纖維相連的連接 鉚接相鄰細胞，提供

6、細胞內(nèi)中間纖維的錨定位點，形成整體網(wǎng)絡，起支持和抵抗外界壓力與張力的作用。 分布： 位于黏合帶下方。在上皮細胞，橋粒與黏合帶及 緊密連接共同形成連接復合體( junction complex) 。 或者單獨存在。 細胞生物學25橋粒結(jié)構(gòu)： a.橋粒斑（attachment plaque）： 附著在相鄰細胞質(zhì)膜的胞質(zhì)面，成分為細胞內(nèi) 附著蛋白，如橋粒珠蛋白和橋粒斑蛋白組成； b中間纖維以橋粒斑為折回點形成袢樣結(jié)構(gòu)； c細胞質(zhì)中許多這樣的中間纖維交錯形成一個連續(xù) 的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡； d相鄰細胞的間隙內(nèi)充滿著中等電子密度的物質(zhì)和 橫向聯(lián)系的細絲。細絲成分為跨膜連接糖蛋白，如 橋粒芯糖蛋白和橋粒芯膠蛋白，從

7、而把相鄰細胞固 著在一起。細胞生物學26細胞生物學27橋粒連接細胞生物學2.半橋粒（hemidesmosome）: 分布部位：上皮細胞與基底層的連接結(jié)構(gòu)與生化組成：橋粒在相鄰細胞間是對稱的，半橋粒只見于細胞的一側(cè)，呈半個橋粒狀因而得名。 僅上皮細胞基底部胞質(zhì)側(cè)有橋粒斑、中間纖維及鈣粘蛋白。半橋粒將上皮細胞鉚接在基膜上。作用：加強上皮細胞與其下基質(zhì)的聯(lián)系，防止細胞在受外力時與基膜分離。28細胞生物學29Hemidesmosomes細胞生物學30Hemidesmosomes細胞生物學三、通訊連接（Communication Junction）31一種特殊的細胞連接, 位于特化的具有細胞間 通訊作用

8、的細胞 通訊連接的形式： 間隙連接 化學突觸 胞間連絲（植物）細胞生物學32分布：廣泛分布于各種動物組織。（一）間隙連接(gap junction)細胞生物學331.形態(tài)結(jié)構(gòu) 間隙連接處相鄰細胞質(zhì)膜間的間隙為24 nm 。 連接子(connexon) 是間隙連接的基本單位。呈柱狀，柱長7.5nm, 外徑6nm, 通道孔徑2nm。 每個連接子由6個相同或相似連接蛋白（connexin） 分子組成。 連接子中心形成一直徑約 1.52nm的孔道。 允許分子量在1500道爾頓以下的分子通過。 連接單位由兩個連接子 對接構(gòu)成。細胞生物學34細胞生物學352. 主要功能：(1)機械連接作用(2)介導細胞間

9、通訊1）代謝偶聯(lián)(Matebolic coubling) 可允許小分子代謝物和信號分子通過間隙連接，實現(xiàn) 物質(zhì)的快速平均分配。 協(xié)調(diào)細胞群體的生物學功能。 在早期胚胎發(fā)育和細胞分化過程中的作用。細胞生物學362）電偶聯(lián)(Electrical coubling)： 電偶聯(lián)在神經(jīng)沖動信息傳遞過程中起重要作用； a電突觸： 神經(jīng)元之間或神經(jīng)元與效應細胞之間的間隙連接及其 形成后的低電阻通路。以完成神經(jīng)沖動的傳導。 b在具有電興奮性的細胞構(gòu)成的組織中形成電偶聯(lián)。細胞生物學37（二）化學突觸（Chemical synapse） 存在于可興奮細胞之間的細胞連接方式, 它通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)來傳導神經(jīng)沖動。 結(jié)

10、構(gòu)： 突觸突起終末 突觸間隙 突觸后膜細胞生物學38細胞連接的不同方式細胞生物學 細胞黏附分子( cell adhesion molecule, CAM )：由細胞產(chǎn)生的、介導細胞與細胞之間或細胞與細胞外基質(zhì)之間相互結(jié)合并起黏附作用的一類分子的統(tǒng)稱。 細胞黏附分子與細胞粘連39細胞生物學CAM為細胞表面的跨膜糖蛋白, 由三部分組成：較長的胞外區(qū)、疏水的跨膜區(qū)及較短的胞質(zhì)區(qū)構(gòu)成。胞外區(qū)與同種或異種CAM相結(jié)合；胞質(zhì)區(qū)與細胞骨架成分或信號傳導分子相結(jié)合，從而介導細胞細胞之間及細胞細胞外基質(zhì)之間的粘合與黏附。40細胞生物學 細胞黏附分子間相互作用的方式有三種1. 同親性結(jié)合：相同分子間的識別與結(jié)合

11、2.異親性結(jié)合：不同分子間的識別與結(jié)合 3.連接分子依賴性結(jié)合：相鄰細胞間借助于一種細胞外的同種分子而相互作用41細胞生物學細胞粘附分子（CAM）近年已發(fā)現(xiàn)的達百余種，可大致歸為四大族：1. 鈣粘素 ( Cadherin) 族： cell-cell2. 選擇(凝)素族 ( Selectin )： cell-cell3. 整合素族 ( Integrin )：cell-matrix and cell-cell4. 免疫球蛋白超家族 ( Ig-superfamily, Ig-SF)：cell-cell42細胞生物學粘附分子之間的同親性與異親性相互作用43細胞生物學 鈣黏素為作用依賴于Ca2+的同親性

12、細胞粘附分子 。屬于這一家族的已發(fā)現(xiàn)50余種成員。鈣粘素能夠通過它們所在的細胞類型進行區(qū)別：E- Cadherins(epithelial), E-鈣粘素(表皮) N- Cadherins(neural) ， N-鈣粘素(神經(jīng)) P- Cadherins(placental)，P-鈣粘素(胎盤) VE-Cadherins（vascular endothelial cadherin）一、鈣黏素 ( Cadherin)家族44細胞生物學1.分子結(jié)構(gòu)：單跨膜糖蛋白: 胞外區(qū)形成 5個結(jié)構(gòu)域，存在4 個 Ca2+ 結(jié)合部位。45細胞生物學E-鈣黏素存在于細胞的粘合連接處46細胞生物學47Ca2+對鈣黏

13、素的影響細胞生物學2.功能（1）介導同種上皮細胞表面同種分子間的識別與結(jié)合（同親性相互作用）：參與上皮細胞間的粘合與粘合連接。E-鈣黏素（E-cadherin）存在于上皮細胞帶狀黏合連接處 橋粒芯糖蛋白(Desmoglein)和橋粒芯膠蛋白(Desmocollin)存在于點狀黏合（橋粒）處 同親性相互作用 細胞間的黏合帶 橋粒（點狀黏合） 48細胞生物學2.功能（1）介導同種上皮細胞表面同種分子間的識別與結(jié)合（同親性相互作用）：參與上皮細胞間的粘合與粘合連接。E-鈣黏素（E-cadherin）存在于上皮細胞帶狀黏合連接處 橋粒芯糖蛋白(Desmoglein)和橋粒芯膠蛋白(Desmocolli

14、n)存在于點狀黏合（橋粒）處 同親性相互作用 細胞間的黏合帶 橋粒（點狀黏合） 49細胞生物學 敲除了E-鈣黏素的胚胎干細胞發(fā)育停止于胚泡形成之前，并最終死亡。鈣黏素在胚胎發(fā)育的早期即有表達（2）影響細胞分化在胚胎發(fā)育、形態(tài)發(fā)生及成體組織，對于保持上皮細胞的分化表型具有重要作用。50細胞生物學在組織分化過程中表達不同亞型的鈣粘素E-鈣黏素抗體著染N-鈣黏素抗體著染51細胞生物學神經(jīng)嵴細胞遷移、分化過程中N鈣黏素的表達變動52細胞生物學 鈣黏素胞質(zhì)區(qū)序列通過直接與胞質(zhì)中的 -catenin或 -cateninn（plakoglobulin ）相結(jié)合形成復合物，再借助于- catenin 而與細胞

15、骨架蛋白質(zhì)（微絲或中等纖維體系）相互作用而形成上皮細胞之間穩(wěn)定的 “ 細胞黏合連接 ”。 還可通過 -catenin 參與Wnt1 信號轉(zhuǎn)導途徑，調(diào)控基因的表達。（3）參與細胞之間穩(wěn)定的特化連接結(jié)構(gòu)53細胞生物學 作用依賴于Ca2+ 的異親性粘附分子* 有三種成員： L-選擇素：存在于各種白細胞，為淋巴細胞歸巢受體。 P-選擇素：存在于血小板及內(nèi)皮細胞的儲存顆粒，持續(xù)表達。細胞活化后迅速轉(zhuǎn)運至細胞表面，并可維持數(shù)小時。 E-選擇素：存在于內(nèi)皮細胞。細胞活化后從頭合成并轉(zhuǎn)運至細胞表面，可維持23天。二、選擇素（Selectin）54細胞生物學55細胞生物學1. 分子結(jié)構(gòu)：* 選擇素分子的胞外域

16、N 端的 C 型凝集素樣結(jié)構(gòu)域識別與結(jié)合 sLex或 sLea糖抗原。 NeuAc 2 3 Gal 1 4（3） GlcNAc 寡糖 3 （4） sLe x（a） 抗原 Fuc 1 56細胞生物學2. 功能* P-選擇素及E選擇素的功能為介導炎癥時白細胞及轉(zhuǎn)移時癌細胞與內(nèi)皮細胞的粘附，即出脈管過程的第一步。白細胞表面具有sLex.57細胞生物學 Ig-SF為含有Ig分子特有結(jié)構(gòu)域 ( 由170個左右AA殘基組成的肽片段，借-S-S-鍵形成反平行結(jié)構(gòu) ) 的CAM。三、免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily, Ig-SF）58細胞生物學1.功能：（1）Ig-SF中的同親性CAM* N-C

17、AM ( Neural Cell Adhesion Molecule ) 介導同親性細胞粘合，在神經(jīng)發(fā)育中具有重要作用。 * 胚胎細胞及腫瘤細胞的 N-CAM的糖鏈具有多聚唾液酸。59細胞生物學Schematic drawing of four forms of NCAM.The extracellular part of the polypeptide chain in each case is folded into five immunoglobulinlike domains (and one or two other domains called fibronectin type I

18、II repeats for reasons that will become clear later). Disulfide bonds (shown in red) connect the ends of each loop forming each Ig-like domain.NCAM60細胞生物學* I-CAM ( Intercellular cell adhesion molecule ) ：主要在TNF 及 IL1活化的內(nèi)皮細胞表達，其配體為血循環(huán)中白細胞表面的 2整合素，如 L2 ( CD11a/CD18 )、M2 ( CD11b/CD18 ) 及 X2 (CD11c/CD18

19、)。* V-CAM（Vascular cell adhesion molecule）：在活化的內(nèi)皮細胞表達。其配體為 41整合素（VLA4 ）。在白細胞及一些腫瘤細胞表達。* PE-CAM：在血小板、單核細胞、中性粒細胞、內(nèi)皮細胞及多數(shù)免疫細胞表達。其配體為與腫瘤進展相關(guān)的v3 。* Ig-SF 家族的一些成員與癌轉(zhuǎn)移相關(guān)。（2）Ig-SF 中的異親性CAM61細胞生物學Ig-SF 家族的一些成員與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、腫瘤轉(zhuǎn)移、免疫反應等相關(guān)。有一些Ig-SF介導異親性細胞粘合, 如炎癥時脈管內(nèi)皮細胞表面的I-CAM及V-CAM與白細胞表面的整合素分子識別并結(jié)合。2. Ig-SF 與醫(yī)學62細胞生物

20、學整聯(lián)蛋白 = 整合素作用依賴于Ca2+ 的異親性細胞粘附分子,也是一類受體。 * 介導細胞-細胞及細胞細胞外基質(zhì)間的相互作用四、整聯(lián)蛋白（Integrin）家族63細胞生物學1.整聯(lián)蛋白的結(jié)構(gòu)*由、 兩種亞單位構(gòu)成的異二聚體。已發(fā)現(xiàn)24多種 -亞單位和9種-亞單位組合成20 余種整合素1亞單位組成的整合素為細胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)的受體 2 亞單位組成的整合素介導白細胞的粘合 3亞單位組成的整合素介導血小板的粘合 64細胞生物學各種亞單位組合成不同的整合素65細胞生物學Integrin familiesFn,Vn,Fgen,OP,BSPLm,vWF,dCo,TSPaEE-cadb1b3b2avb7b

21、5b6b8b4a1 Co,Lma2 Co,Lma3 LmVa4 Fn,CAM-1,MadCAMa5 Fn, Invasin,L1a6 Lma7 Lma8 Fn,Vna9 Tna10Coa11CoFn,Vn,OPaIIbaL ICAM-1,2 and 3aM C3bi,factorX,Fgen,ICAM-1aX C3biaD ?Vn, LAPVn,Fgen,Vn,Fn,vWFFn,Tn, LAP66細胞生物學* 不同整聯(lián)蛋白對其配體的特異性不同。 單特異性者: 51為 fibronectin (FN)的受體 61， 64 為 laminin (LN) 的受體 多特異性者: v3 的配體有 vit

22、ronectin, laminin, fibronectin, fibrin, vWF 及thrombospondin, 等。*一種細胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)也可有若干種整聯(lián)蛋白受體。如， FN：9種 ( 31, 41, 47, 51, v1, v3, v5, v6 及 2b3 ) LN：9種 ( 11, 21, 31, 61, 64, 71, 91, v3 及 2b3 )整聯(lián)蛋白配體的特異性有很大差異67細胞生物學2. 整聯(lián)蛋白的功能（1）介導細胞間相互作用 血小板細胞表面的IIb3整合素識別并結(jié)合血漿中纖維蛋白原分子中的RGD序列，并介導血小板的凝集?？衫肦GD短肽及其衍生物作為藥物抑制血栓形成及

23、癌細胞轉(zhuǎn)移。68細胞生物學（2）介導細胞與細胞外基質(zhì)間的相互作用整合素介導細胞在基膜上 ( Basement Membrane )黏附69細胞生物學* 整合素與其配體結(jié)合后集合成簇，不但借以形成穩(wěn)定的牢固結(jié)合，并可啟動信號轉(zhuǎn)導。* 整合素與配體結(jié)合并叢集后其胞質(zhì)域可通過一些連接蛋白與細胞骨架微絲結(jié)合，從而引起細胞在細胞外基質(zhì)上鋪展；也可活化細胞內(nèi)的信號傳導途徑，從而調(diào)節(jié)細胞的增殖/分化、存活/凋亡或遷移。* 有些整合素處于持續(xù)的活化狀態(tài)，有些整合素則需活化后才能與配體結(jié)合* 整合素可介導雙向信號轉(zhuǎn)導：胞內(nèi)信號外傳及胞外信號內(nèi)傳。前者與整合素的活化有關(guān)；后者參與細胞外基質(zhì)成分的生物學效應。(3) 在信號傳遞中發(fā)揮重要作用70細胞生物學71細胞生物學整合素