ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΕΣ ΟΥΣΙΕΣ. (extracellular matrix, ECM) Μαριάννα Χ. Αντωνέλου, Ph.D. Λέκτορας Τμήματος Βιολογίας, Πανεπιστημίου Αθηνών 2014

Transcript

1 ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΕΣ ΟΥΣΙΕΣ (extracellular matrix, ECM) Μαριάννα Χ. Αντωνέλου, Ph.D. Λέκτορας Τμήματος Βιολογίας, Πανεπιστημίου Αθηνών 2014

2 1. Κολλαγόνα και ελαστίνες 2. Γλυκοζαμινογλυκάνες και πρωτεογλυκάνες 3. Πρωτεΐνες πολλαπλής προσκόλλησης (Λαμινίνη, Ιντεγκρίνες, Φιμπρονεκτίνες, Ινωδογόνο) 4. Βασική μεμβράνη 5. Υπερμοριακή οργάνωση 6. Φυτικό κυτταρικό τοίχωμα

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γλυκοκάλυκας (κυτταρικό κάλυμμα πρωτεογλυκανών, ειδικές χρώσεις ΗΜ) ECM: αδρανής σκελετός? Στηρικτική δομή? κλωβός?

4 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ECM: ΠΟΛΛΟΙ ΤΥΠΟΙ- ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΣΗ (Βασική μεμβράνη, Τένοντας) compositions, shapes and functions Αδιάλυτο συσσωμάτωμα μεγάλων πρωτεϊνών και γλυκοζαμινογλυκανών που συνιστά το μικροπεριβάλλον των κυττάρων στους ιστούς. Συλλογή εκκρινόμενων πρωτεϊνών οι οποίες συσσωρεύονται στους διακυτταρικούς χώρους

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εμβρυογένεση: τα διάφορα κυτταρικά στρώματα που πρέπει να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους με συγκεκριμένο τρόπο διαχωρίζονται από το ECM. Η σύνδεση μεταξύ τους δε μεσολαβείται από άμεση επαφή cell-cell διαμέσου πχ. διαμεμβρανικών πρωτεϊνών αλλά διαμέσου πρόσφυσης των κυττάρων στο ECM. Η ρύθμιση της συγκρότησης των ΕΚΟ είναι κρίσιμο στοιχείο της μορφογένεσης

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ (Κύτταρα + ECM) vs. (απομονωμένα κύτταρα) Η πολικότητα επιθηλιακών κυττάρων παύει να υπάρχει, όταν τα κύτταρα απομονωθούν από το φυσικό τους υπόστρωμα (ECM) Η καλλιέργεια ινοβλαστών σε υπόστρωμα χωρίς ECM δίνει γένεση σε κύτταρα που διαφέρουν λειτουργικά και μορφολογικά από αντίστοιχα κύτταρα αναπτυγμένα σε υπόστρωμα παρουσία ECM

7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ (Κύτταρα + ECM) vs. (απομονωμένα κύτταρα) Η πρωτεΐνοσύνθεση ηπατοκυττάρων (ειδική για κάθε κυτταρικό τύπο, πχ. mrna αλβουμίνης).. Μόνο σε επαφή με τη ΒΜ και σε ECM ειδικής σύνθεσης Η σωστή αρχιτεκτονική κυτταροσκελετού. μόνο σε επαφή με κατάλληλη ECM

8 Εξωκυττάριος χώρος σε ιστούς σπονδυλωτών: ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Κολλαγόνο, Αδιάλυτη ινώδης πρωτεΐνη. 12 είδη. Επικρατέστερη πρωτεΐνη σε: συνδετικό ιστό, δέρμα, χόνδρο, οστίτη ιστό, βασικές μεμβράνες. Ελαστίνη, αποτελεί το ελαστικό πρωτεϊνικό συστατικό του συνδετικού ιστού Γλυκοζαμινογλυκάνες, μεγάλη ομάδα ισχυρά φορτισμένων πολυσακχαριτών (πχ. υαλουρονικό οξύ). Πρωτεογλυκάνες, πρωτεϊνικό σύμπλεγμα (ομοιοπολική διασύνδεση) με γλυκοζαμινογλυκάνες Λαμινίνη, αποτελεί σημαντικό συστατικό των βασικών μεμβρανών Ιντεγκρίνες, διαμεμβρανικές πρωτεΐνες Φιμπρονεκτίνη, μεσολαβεί στη σύνδεση πλασματικής μεμβράνης με άλλα εξωκυττάρια μόρια Ινωδογόνο, συμμετέχει στη πήξη του αίματος

9 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Σπονδυλόζωα Σε αναπτυσσόμενους οργανισμούς: τα συστατικά του ECM ανανεώνονται /αποικοδομούνται /επανασυντίθενται τοπικά Σε ενήλικες: σε περιοχές τραυματισμού

10 Εξωκυττάριες δομές εκτός σπονδυλοζώων: ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Κυτταρικό τοίχωμα φυτικών κυττάρων Επιδερμίδιο και κέλυφος αυγών στα έντομα

11 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ

12 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Επιθήλια και μύες επικάθονται πάνω σε: Βασική μεμβράνη= μορφή ECM ΒΜ: λεπτή ΕΚΟ. Συνδέεται με πρωτεϊνικούς υποδοχείς σε ΠΜ + ινώδες κολλαγόνο σε συνδετικό ιστό Χαλαρός συνδετικός ιστός: Υπόστρωμα επιθηλίων Εγκάρσια τομή δέρματος (συνθέτουν πρωτεΐνες συνδετικού ιστού και ECM υαλουρονικό/πρωτεογλυκάνες)

13 Πυκνός συνδετικός ιστός: ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Οστά/χόνδροι/τένοντες/γύρω από χαλαρό συνδετικό ιστό Σε όργανα με βασικά χαρακτηριστικά ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ/ΕΥΚΑΜΨΙΑ ΕΚΟ: Πυκνό, πακεταρισμένο κολλαγόνο Άλλες ινώδεις πρωτεΐνες Περιβάλλονται από πρωτεογλυκάνες, ελαστίνη

14 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σύνοψη: ECM: αναγκαία σε πολλά κύτταρα για να εκτελέσουν συγκεκριμένες λειτουργίες Στηρικτική δομή-συνοχή κυττάρων και ιστών Μηχανική αντοχή-διήθηση/φιλτράρισμα ουσιών-προσκόλληση Σχήμα-Σταθερότητα-Ευκαμψία ιστών Καθορίζουν ειδικά χαρακτηριστικά πυκνού και χαλαρού συνδετικού ιστού Ειδική πρωτεϊνοσύνθεση Σωστή αρχιτεκτονική σκελετού Παρουσίαση ή αποκλεισμός σημάτων σε κύτταρα Διαφοροποίηση κυττάρων Μορφογένεση

15 1. Κολλαγόνα και Ελαστίνες

16 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΚΑΙ ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Κύρια κατηγορία αδιάλυτων ινωδών πρωτεϊνών ECM και συνδετικού ιστού η πλέον κυρίαρχη πρωτεΐνη στο ζωικό βασίλειο Εκκρίνεται κυρίως από κύτταρα του συνδετικού ιστού (ινοβλάστες)

17 κύτταρα που σχετίζονται με σύνθεση και έκκριση κολλαγόνου παρατηρείται έντονα ανεπτυγμένο ΕΔ ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΚΑΙ ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ

18 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Σύνθεση νέων ινών κολλαγόνου Ανακύκλωση Αποικοδόμηση παλαιών ινών : κολλαγενάση (εκκρίνεται από τα ίδια τα κύτταρα)

19 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Τύποι κολλαγόνου Στη σχετική ονοματολογία: ο τύπος του κολλαγόνου αποδίδεται με λατινικούς αριθμούς σε παρένθεση.

20 Τύποι κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ

21 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Collagens are the most abundant proteins in the human body, making up approximately 30% of its protein mass. Type I collagen is the most abundant protein in vertebrates and a constituent of the extra cellular matrix in connective tissue of bone, skin, tendon, ligament and dentine. It is mostly produced and secreted by fibroblasts and osteoblasts.

22 Δομικά χαρακτηριστικά Ι, ΙΙ, ΙΙΙ ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Μακρυά, λεπτά, πανομοιότυπης δομής ινίδια Όλα τα μέλη της οικογένειας των κολλαγόνων έχουν περιοχές που διπλώνουν σε χαρακτηριστική δομή τριπλής έλικας Τα τμήματα των αλυσίδων που δε σχηματίζουν έλικες, προσδίδουν μοναδικές ιδιότητες στους τύπους του κολλαγόνου.

23 Ι ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Στοιχειώδης δομική μονάδα Βασική πρωτεΐνη: 3 ελικοειδώς περιελιγμένες υπομονάδες (3x1050aa) COOH ΝΗ2 Δεξιόστροφη τριπλή έλικα

24 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΝΗ2 ΟΗ-Lys COOH ΟΗ-Lys Στοιχειώδης δομική μονάδα κολλαγόνου: μια μακριά (300 nm) λεπτή (1,5 nm σε διάμετρο) πρωτεΐνη που αποτελείται από τρεις ελικοειδώς περιελιγμένες υπομονάδες: δύο α1(ι) αλυσίδες και μία α2(ι). Κάθε αλυσίδα περιέχει ακριβώς 1050 αμινοξέα και περιελίσσεται η μια γύρω από την άλλη σε μια χαρακτηριστική δεξιόστροφη τριπλή έλικα. Όλα τα κολλαγόνα δείχθηκε τελικά ότι περιέχουν ελικοειδή τμήματα τριών αλυσίδων παρόμοιας δομής. Οι μοναδικές ιδιότητες κάθε τύπου κολλαγόνου οφείλονται κυρίως σε τμήματα που διακόπτουν την τριπλή έλικα και που διπλώνονται σε άλλου είδους τρισδιάστατες δομές.

25 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Υπάρχουν τρία αμινοξέα για κάθε περιστροφή της έλικας του κολλαγόνου ενώ κάθε τρίτο αμινοξύ είναι γλυκίνη. Πολλές περιοχές αλυσίδων κολλαγόνου αποτελούνται από το επαναλαμβανόμενο μοτίβο Gly-Pro-X Το κολλαγόνο είναι επίσης πλούσιο σε προλίνη και υδροξυπρολίνη

26 Γονίδια ινωδών κολλαγόνων I, II, III, V ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ αα αλληλουχία: αντικατοπτρίζει οργάνωση γονιδίων τους pro-α1(ι) γονίδιο: COL1A1 gene- 18 kb- 52 exons. Exons 6 to 49 encode the alpha helical domain. Most of these exons were 45 bp, 54 bp or multiple of 45 bp or 54 bp (πρωτογενής μονάδα) Πρωτογενής μονάδα: 6 επαναλήψεις της αλληλουχίας Gly-X-Y= 6 περιελίξεις της έλικας (3αα =μία περιέλιξη της τριπλής έλικας)

27 Γονίδια ινωδών κολλαγόνων I, II, III, V ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Τα γονίδια του κολλαγόνου προέρχονται από ένα αρχέγονο γονίδιο (κωδικοποιούσε για μία πρωτογενή μονάδα) Αρχέγονο κολλαγόνο: 6 αλληλουχίες Gly-X-Y Σημερινά γονίδια: πολλαπλοί διπλασιασμοί κατά την εξέλιξη

28 Γονίδια ινωδών κολλαγόνων I, II, III, V ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ 338 repeats of a Gly-X-Y triplet Πρωτεΐνη: α1(ι) υπομονάδα 1464 amino acids. The a1 (I) chains of the type I collagen are synthesised as procollagen molecules containing amino and carboxy-terminal propeptides, wich are removed by site-specific endopeptidase. The central triple helical domain is formed by 338 repeats of a Gly-X-Y triplet where X and Y are often a proline.

29 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ The a1 (I) chains of the type I collagen are synthesised as procollagen molecules containing amino and carboxy-terminal propeptides, wich are removed by sitespecific endopeptidase Two pro a1 (I) chains associate in trimers with one pro a2 (I) chain to form the type I collagen fibrils after proteolysis.

30 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Πολλά τριπλά μόρια I πακετάρονται το ένα δίπλα στο άλλο (σχετική μετατόπιση 67 nm, ¼ μήκους τους) σχηματίζοντας ινίδια κολλαγόνου 1.5nm nm Οι πλευρικές αλληλεπιδράσεις σταθεροποιούνται με ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ του NH2 άκρου του ενός μορίου και του COOH άκρου του επόμενου Ηλεκτρονιογραφία ινιδίων κολλαγόνου: περιοδικότητα 67nm (χαρακτηριστική δομή που προκύπτει από μετατοπισμένη διάταξη)

31 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ πρότυπο ζώνωσης στις ηλεκτρονιογραφίες Οι μοναδικές ιδιότητες των ινωδών κολλαγόνων οφείλονται στην ικανότητα των ραβδόμορφων τριπλών ελίκων να σχηματίζουν πλευρικές αλληλεπιδράσεις

32 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Ινίδια κολλαγόνου τύπου Ι (50nm x μm): μεγάλη ικανότητα έκτασης χωρίς ρήξη Πακετάρονται παράλληλα το ένα δίπλα στο άλλο σε δέσμες: ίνες κολλαγόνου στους τένοντες (συνδέουν τους μυς με τα οστά, αντέχουν σε τεράστιες δυνάμεις, ισχυρότερες από ατσάλι αναλογικά με το βάρος τους) Εγκάρσια τομή πυκνού συνδετικού ιστού τένοντα. Ως επί το πλείστον αποτελείται από παράλληλες ίνες κολλαγόνου

33 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου Αυτοσυγκροτούμενη εξωκυττάρια δομή ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ προκολλαγόνο (επιμήκες πρόδρομο μόριο) NH2, COOH προπεπτίδια (σφαιρικά, και μία κοντή ελικοειδή περιοχή, S-S) 150αα 250αα

34 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Τα δύο προπεπτίδια περιέχουν αρκετούς δισουλφιδικούς δεσμούς (vs.τριπλές έλικες Ι). Ευθυγράμμιση 3 αλυσίδων πριν το σχηματισμό τριπλής έλικας. Σχηματίζονται πρώτοι. Ανάμεσα στα COOH προπεπτίδια των 3 αλυσίδων προκολλαγόνου (5 S-S): Οι 3 αλυσίδες κλείνουν ως φερμουάρ (COOH NH2) για να σχηματίσουν την τριπλή έλικα.

35 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ 2. Υδροξυλίωση ορισμένων Lys, Pro Από μεμβρανικά ένζυμα ΕΔ Ασκορβικό οξύ (βιταμίνη C): απαραίτητος συμπαράγοντας για την υδροξυλίωση προκολλαγόνου Απουσία βιταμίνης C: δε σχηματίζονται σταθερές τριπλές έλικες 37oC και φυσιολογικά ινίδια Μη-υδροξυλιωμένες αλυσίδες προκολλαγόνου Αποικοδόμηση εντός του κυττάρου Ευθραυστότητα αγγείων, δέρματος, τενόντων (σκορβούτο, έλλειψη βιταμίνης C στη δίαιτα)

36 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ 3. Γλυκοζυλίωση προκολλαγόνου Αδρό ΕΔ και Golgi Κατάλοιπα γαλακτόζης και γλυκόζης σε αα ΟΗ-Lys Επιμήκεις ολιγοσακχαρίτες σε ορισμένα κατάλοιπα Asp στα προπεπτίδια

37 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ 6. Εκκριτικά κυστίδια και ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΩΣΗ Εξωκυττάρια πρωτεολυτική διάσπαση NH2, COOH προπεπτιδίων (ΜΟΝΟ ΜΕΤΑ ΤΗΝ ΕΚΚΡΙΣΗ): Πεπτιδάσες προκολλαγόνου (εξωκυττάρια ένζυμα) Τροποκολλαγόνο («κολλαγόνο») (μία έλικα 3 αλυσίδων) Πολυμερισμός σε φυσιολογικά ινίδια (ΔΕ ΓΙΝΕΤΑΙ ΠΟΤΕ ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΙΝΙΔΙΩΝ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ) Δερματοσπάραξη βοοειδών: Ανεπάρκεια μιας πεπτιδάσης προκολλαγόνου δεν αφαιρούνται τα προπεπτίδια σχηματισμός ανώμαλων ινιδίων παραμόρφωση δέρματος και τενόντων (αποδιοργανωμένες δέσμες κολλαγόνου κι όχι οργανωμένα ισχυρά ινίδια)

38 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Αποκοπή προπεπτιδίων Αυθόρμητος σχηματισμός ινιδίων κολλαγόνου από συνδυασμό τριπλών ελίκων oι οποίες εναλλάσσονται ανά 67nm Ινίδια κολλαγόνου: μοριακά μίγματα (συνήθως τύπος Ι και V στο ίδιο ινίδιο) Διάμετρος ινιδίου: καθορίζεται από τη σχετική αναλογία V/I.

39 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ (ΕΜΒΡΥΑ & ΑΝΗΛΙΚΑ ΖΩΑ): ευαίσθητα και ασταθή ινίδια 1. Κολλαγόνο Ι: λιγότερες ομοιοπολικές πλευρικές διασυνδέσεις λιγότερο σταθερά ινίδια 2. Σύνθεση κολλαγόνου Ι = [α1(ι) 3 ] ευαίσθητο στην πρωτεόλυση από πρωτεάσες ιστού (ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΓΙΑ ΑΝΑΝΕΩΣΗ ECM ΣΤΟΥΣ ΤΕΝΟΝΤΕΣ/ΟΣΤΑ ΚΑΤΆ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ) 3. Κολλαγόνο V: λόγω διαφορετικής σύνθεσης [(α1) 3 ] ή [α1( 2 )α2] σε σχέση με το ώριμο [α1-α2-α3] είναι πιο ευαίσθητο σε πρωτεολυτική διάσπαση.

40 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Το ινώδες κολλαγόνο συγκροτείται από διαφορετικά είδη αλυσίδων κολλαγόνου και οργανώνεται με διαφορετικούς τρόπους σε διαφορετικούς ιστούς για να καλύπτει ειδικές ανάγκες Οι τριπλές έλικες έχουν διαφορετικές ικανότητες αλληλεπίδρασης μεταξύ τους και με άλλα μόρια. Τα τμήματα των αλυσίδων που δε σχηματίζουν έλικες, έχουν μοναδικές ιδιότητες. ΠΟΙΚΙΛΕΣ ΔΟΜΕΣ ΚΟΛΛΑΓΟΝΟΥ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

41 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Στο χόνδρο:.. II (κύριο κολλαγόνο χόνδρου) και ΙΧ Συνδέεται στην επιφάνεια ΙΙ σε τακτά διαστήματα Διαφορετική δομή: Διακοπτόμενη δομή τριπλής έλικας: 2 τριπλές έλικες και κόμβος ΙΙ: Μικρότερης διαμέτρου ινίδια vs. I Προσανατολίζονται τυχαία σε παχύρρευστη ECM πρωτεογλυκάνης Άκαμπτα μακρομόρια: προσδίδουν σκληρότητα/ συμπιεστικότητα/ αντοχή σε μεγάλες παραμορφώσεις σχήματος/ απορρόφηση κραδασμών στις αρθρώσεις

42 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Στο χόνδρο:.. II και ΙΧ Τύπος ΙΧ Κολλαγόνο που σχετίζεται με ινίδια (like XII, XIV) Οι μη-ελικοειδείς περιοχές προσδένουν το ινίδιο ΙΙ σε πρωτεογλυκάνες και άλλα συστατικά της ECM Κόμβος Κόμβος (+) αλυσίδα γλυκοζαμινογλυκάνης

43 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Στον τένοντα:.. I και VI Κολλαγόνο τύπου VI: Μικρές και λεπτές περιοχές τριπλής έλικας μήκους 60nm που διαχωρίζονται από σφαιρικές περιοχές μήκους 40nm (ινίδια καθαρού VI: χάντρες σε κλωστή) Συνδέει συχνά τις πλευρές των ινιδίων τύπου Ι συγκροτώντας παχύτερες ίνες

44 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Στον τένοντα:.. I και VI

45 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Σε οστά και κερατοειδή: οι ίνες κολλαγόνου διευθετούνται σε στρώματα Αλλολοκάθετη στρωμάτωση ινών κολλαγόνου: σε κάθε στρώμα οι ίνες είναι παράλληλες μεταξύ τους αλλά κάθετες σε εκείνες των παρακείμενων στρωμάτων (παχύ, μη-παραμορφώσιμο υλικό, διαφάνεια και συνοχή) Κερατοειδής; Η διάταξη/διάμετρος ινών κολλαγόνου εξασφαλίζει απορρόφηση UV Ανάπλαση μετά από τραυματισμό (έγκαυμα/ασθένειες)

46 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Στη βασική μεμβράνη: Διασυνδεδεμένα κολλαγόνα τύπου IV- Ινώδες δίκτυο-πλέγμα ινών κολλαγόνου Κολλαγόνο τύπου ΙV Τριπλή έλικα 400nm, μεγάλο σφαιρικό COOH άκρο, άγνωστης δομής ΝΗ2 άκρο Διακοπτόμενη ελικοειδής περιοχή (από μηελικοειδείς περιοχές, προσδίδουν ευκινησία στο μόριο) Διακλαδισμένες ίνες ποικίλης αλλά λεπτής διαμέτρου Ακανόνιστο δυσδιάστατο ινώδες δίκτυο Κυρίαρχες ίνες στη βασική μεμβράνη

47 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Ασθένειες κολλαγόνου Ατελής οστεογένεση ή ασθένεια εύθραυστων οστών (Osteogenesis imperfecta, brittle bone disease, "Lobstein syndrome ) μεταλλαγές στα γονίδια κολλαγόνου τύπου Ι (ενισχυτικές ράβδοι στην κατασκευή οστού) δηλ. στα α1(ι) ή α2(ι) ή ελλείψεις τμήματος ή όλου του γονιδίου Πιο σοβαρός τύπος: Αυτοσωμική, επικρατής θνησιγόνος ασθένεια (θάνατος εμβρύου στη μήτρα ή λιγο μετά τη γέννηση) Ηπιότερες μορφές: σοβαρές αναπηρίες

48 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Ασθένειες κολλαγόνου Ατελής οστεογένεση ή ασθένεια εύθραυστων οστών (Osteogenesis imperfecta, brittle bone disease, "Lobstein syndrome ) Μία και μόνο αμινοξική αλλαγή μπορεί να προκαλέσει ασθένεια ΣΧΕΣΗ ΔΟΜΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΛΙΝΙΚΟΥ ΦΑΙΝΟΤΥΠΟΥ Gly κάθε 3η θέση στην τριπλή έλικα. Σε αντικατάσταση: κακοσχηματισμένες/ασταθείς/ξεδιπλωμένες έλικες κολλαγόνου (δεν απομακρύνονται από ΕΔ διαστολή ΕΔ, επιβράδυνση έκκρισης άλλων πρωτεϊνών, πχ. κολλαγόνο ΙΙΙ) Έλικα σχηματίζεται από COOH προς NH2 άκρο...gly-cooh α1(ι) πιο επιβλαβείς μεταλλαγές (vs. NH2-Gly που επιτρέπουν το σχηματισμό αρκετά μεγάλων περιοχών τριπλής έλικας).

49 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Ασθένειες κολλαγόνου Ατελής οστεογένεση ή ασθένεια εύθραυστων οστών (Osteogenesis imperfecta, brittle bone disease, "Lobstein syndrome ) Μόριο κολλαγόνου Ι: 2 αλυσίδες α1 και μία αλυσίδα α2 μεταλλαγές στις α2 είναι λιγότερο βλαβερές Ετεροζυγώτης για μεταλλαγή σε α2(ι) 50% μορίων κολλαγόνου θα φέρει την ανώμαλη α2(ι) αλυσίδα Ετεροζυγώτης για μεταλλαγή σε α1(ι) 75% μορίων κολλαγόνου θα φέρει μία ή δύο μεταλλαγμένες α1(ι) αλυσίδες

50 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Ασθένειες κολλαγόνου Ατελής οστεογένεση ή ασθένεια εύθραυστων οστών (Osteogenesis imperfecta, brittle bone disease, "Lobstein syndrome ) Επειδή το ινώδες κολλαγόνο έχει πολύ αυστηρές δομικές απαιτήσεις, είναι πολύ επιρρεπές σε μεταλλαγές των οποίων η κλινική σοβαρότητα εντείνεται όταν αφορούν: 1. Στα κατάλοιπα Gly 2. Εγγύτητα στην COOH περιοχή 3. Στις α1(ι) υπομονάδες

51 1β. ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ

52 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ ΕΚΟ σε δέρμα, αγγεία, πνεύμονες, ιστούς με μεγάλη ελαστικότητα (vs. Ινίδια κολλαγόνου στερεότητα) Το κύριο εξωκυττάριο πρωτεϊνικό συστατικό αρτηριών 50% του ξηρού βάρους των μεγάλων αρτηριών (αορτή)

53 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Μεταλλαγές σε γονίδιο ελαστίνης ( ανεπάρκεια πρωτεΐνης) σε άνθρωπο και ποντικό: Στένωση αορτής ή άλλων αρτηριών

54 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Γλυκοπρωτεΐνη 70kDa (750αα, πλούσια σε Pro, Gly, λίγη OH-Pro, OXI OH-Lys) Eεναλλασσόμενα κατά μήκος της πολυπεπτιδικής αλυσίδας τμήματα: 1) Υδρόφοβα τμήματα: υπεύθυνα για την ελαστικότητα του μορίου και 2) Τμήματα α-έλικας (Ala, Lys): υπεύθυνα για τις συνδέσεις μεταξύ γειτονικών μορίων

55 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Διαλυτό, πρόδρομο μόριο ελαστίνης (εκκρίνεται στον εξωκυττάριο χώρο) Ομοιοπολική σύνδεση Οργάνωση σε ινίδια και ελαστικές ίνες: Διασύνδεση μεταξύ τους Πολυμερισμός τροποελαστίνης σχηματίζοντας δίκτυο ινών και επιφανειών ελαστίνης

56 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Στον εξωκυττάριο χώρο οι ίνες υφίστανται τέντωμα και χαλάρωση ιδιαίτερη δομική οργάνωση (πλέγμα) ελαστική F αποσυσπείρωση/ εκτεταμένη διαμόρφωση Με αυτόν τον τρόπο το δέρμα (και άλλοι ιστοί/όργανα) εκτείνονται αντιστρεπτά χωρίς να υφίστανται ρήξη

57 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Ελαστικές ίνες: = κεντρική δομή που καλύπτονται από περίβλημα μικροϊνιδίων φιμπριλίνης (διαμ. 10nm) (ακεραιότητα ινιδίων ελαστίνης) Γλυκοπρωτεΐνες πχ. Φιμπριλίνη (συνδέεται με την ελαστίνη-εξασφαλίζει την ακεραιότητα των ινιδίων ελαστίνης) Σύνδρομο Marfan s: μεταλλαγές σε γονίδιο φιμπριλίνης Γενετική ασθένεια Επηρεάζει συνδετικό ιστό πλούσιο σε ελαστίνη Σε σοβαρές περιπτώσεις: ρήξη αορτής.

58 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ ΚΑΙ ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Ο ρόλος των κολλαγόνων/ελαστίνης στον οργανισμό αναδεικνύεται με τη γήρανση Γήρανση του δέρματος: Α. Οργανισμική γήρανση και Β. εξωγενής (UV ακτινοβολία, photoaging) 1. Ατροφία δερμίδας (απώλεια κολλαγόνου) 2. Eκφυλισμός του δικτύου ελαστικών ινών 3. Απώλεια ενυδάτωσης

59 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ ΚΑΙ ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΓΗΡΑΝΣΗ: Κολλαγόνο: αυξημένες συνδέσεις, απώλεια ελαστικότητας, μειωμένη βιοσύνθεση Ελαστίνη: μειώνεται η περιεκτικότητά της σε δέρμα και άλλους ιστούς- Αλλοιώσεις της υπερμοριακής οργάνωσης δικτύου Μείωση πολλαπλασιαστικής ικανότητας ινοβλαστών

60 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ ΚΑΙ ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΓΗΡΑΝΣΗ: ΛΙΓΟΤΕΡΟ ΕΥΛΥΓΙΣΤΕΣ ΑΡΘΡΩΣΕΙΣ/ΣΥΝΔΕΣΜOI ΡΥΤΙΔΕΣ ΣΤΟ ΔΕΡΜΑ

61 2. ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ (ΓΑΓ) ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ (Βλεννοπολυσακχαρίτες και Βλεννοπρωτεΐνες)

62 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Γλυκοζαμινογλυκάνες: από μακριές πολυσακχαρικές αλυσίδες χωρίς διακλαδώσεις. Υψηλό αρνητικό φορτίο (θειϊκές ή καρβοξυλικές ομάδες) (ιστοχημικά ανιχνεύονται με βασικές χρωστικές) ΗΜ: παρατήρηση με ερυθρό του ρουθηνίου κατά τη μονιμοποίηση (πολυκατιοντικές ιδιότητες χρωστικής)

63 Γλυκοζαμινογλυκάνες: ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ 7 κατηγορίες - Συνδέονται με πρωτεΐνες Πρωτεογλυκάνες

64 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Πρωτεογλυκάνες = γλυκοζαμινογλυκάνες + πρωτεΐνες Η σύνδεση γίνεται σε κατάλοιπα σερίνης με έναν τρισακχαρίτη που περιλαμβάνει Ξυλόζη και Γαλακτόζη

65 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Σε τι διαφέρουν οι πρωτεογλυκάνες από τις τυπικές γλυκοπρωτεΐνες????? γλυκοπρωτεΐνες πρωτεογλυκάνες Περισσότερο πρωτεΐνη Περισσότερο υδατάνθρακες 1-60% υδατάνθρακες 90-95% =μικροί ολιγοσακχαρίτες =πλευρικές ομάδες Μικρότερο ΜΒ Εκατομμύρια daltons πχ.τυπική πρωτεογλυκάνη χόνδρου: 1900αα αλυσίδες θειϊκής χονροϊτίνης (12αα:1ΓΑΓ)

66 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Λειτουργίες Άγνωστες σε σημαντικό βαθμό διότι εμφανίζουν ποικιλία δομών και ποικιλία συνδυασμών συστατικών μορίων. ΓΑΓ: 1. Ενυδάτωση Ευμεγέθεις δομές (χωρίς δυνατότητα αναδίπλωσης), q(-), υδρόφιλες Τάση διόγκωσης, αντίσταση σε πιέσεις (vs. Κολλαγόνο/αντίσταση σε εκτατικές δυνάμεις) 2. Διακίνηση ανάμεσά τους μορίων και κυττάρων (πχ. κυτταρική μετανάστευση) -Μοριακά φίλτρα κατά τη διακίνηση μορίων Πορώδεις δομές Σύγκριση μεγεθών

67 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Λειτουργίες Κυτταρική αύξηση και μετανάστευση: Δημιουργία υαλουρονικού οξέος στον εξωκυττάριο χώρο Δυνατότητα αύξησης και μετανάστευσης κυττάρων Με επίδραση υαλουρονιδάσης (εκκρίνεται) (αποικοδόμηση υαλουρονικού): Διακοπή αυτών των λειτουργιών

68 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ

69 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) (hyaluronic acid) Η μεγαλύτερη ΓΑΓ (ΜΒ ranging from 0.2 to 10 million Dalton) Πολλές επαναλήψεις (50 έως ) του απλού δισακχαρίτη: The disaccharide consists of an N-acetylglucosamine linked by a ß- glycosidic bond to a glucuronic acid (Gässler, 1993; Ross, 1995). It does not contain any sulfate groups

70 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Δομή Το πολυμερές διαθέτει φορτισμένες (carboxyl groups of glucuronic acid) και υδρόφοβες πλευρές (cluster of hydrogen atoms) Axial hydrogen atoms that contribute to the hydrophobic face are shown in red. (B.P. Toole. Nature Reviews Cancer 4: , 2004)

71 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Δομή Σε αραιά διαλύματα: κάθε μόριο ΥΟ διαστέλλεται λόγω αμοιβαίας άπωσης ανάμεσα στα carboxyl groups. Έτσι καταλαμβάνει μεγάλο όγκο και παγιδεύεται νερό (υδρόφιλες πλευρές) μέσα σε αυτήν τη δομή. Παχύρευστο ενυδατωμένο πήκτωμα. Σε περιορισμένο χώρο (more concentrated solutions): τα μόρια του ΥΟ περιπλέκονται μεταξύ τους και σχηματίζουν ένα συνεχές αλλά πορώδες δίκτυο. Αυτό το δίκτυο επιδεικνύει έντονη «πίεση διόγκωσης» ('swelling pressure ) λόγω των αυξημένων αμοιβαίων απώσεων ανάμεσα και εντός των μορίων. Με επιβολή εξωτερικής πίεσης: το δίκτυο του ΥΟ συστέλλεται αντιστρεπτά αφού μετά την αφαίρεση αυτής της πίεσης μπορεί να πάρει το αρχικό του ή άλλο σχήμα ανάλογα με τις συνθήκες που ισχύουν πλέον στο εξωκυττάριο περιβάλλον. (B.P. Toole. Nature Reviews Cancer 4: , 2004)

72 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Δομή Αν αφεθεί χωρίς περιορισμούς: ένα μόριο ΥΟ έως 20μm!!! (1000x σε σχέση με τον όγκο του)

73 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) (hyaluronic acid) Ο μόνος εξωκυττάριος ολιγοσακχαρίτης που δε συνδέεται ομοιοπολικά με πρωτεΐνη Δε συνδέεται με πρωτεΐνη για να σχηματίσει πρωτεογλυκάνη Με τη βοήθεια όμως εξειδικευμένων πρωτεϊνών-συνδετών διάφορες πρωτεογλυκάνες έμμεσα προσδένουν ΥΟ σχηματίζοντας γιγάντια μακρομόρια

74 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Proteoglycans and hyaluronan interact via the hyaluronan-bindingregion G1. G1 is located at the NH 2 -terminal of the protein core (Paulsson et al., 1987). Binding to hyaluronan is stabilized by link proteins (Gurr et al., 1993). Glycosaminoglycans are bound to the core protein in three domains: one keratan sulfate-rich region and two condroitin sulfate regions.

75 ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ

76 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Σύνθεση hyaluronan synthesis takes place at the inner surface of the plasma membrane and nascent hyaluronan is extruded onto the plasma membrane while it is still attached to the synthase that produces it 1. This ensures that hyaluronan has an intimate relationship with the cell surface and can readily participate in the creation of a pericellular hydrated zone. X and Y are putative regulatory proteins (B.P. Toole. Nature Reviews Cancer 4: , 2004)

77 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) 1. Κύριο συστατικό της ΕΚΟ που περιβάλλει μεταναστεύοντα και πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα (κυρίως σε εμβρυικούς ιστούς) 2. Κύριο δομικό συστατικό πολύπλοκων πρωτεογλυκανών που βρίσκονται σε πολλές ΕΚΟ (κυρίως στο χόνδρο)

78 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα: 1. Συνδετικός ιστός/αρθρώσεις: σταθερότητα, ελαστικότητα, λίπανση (Σχηματίζει παχύρευστο ενυδατωμένο πήκτωμα, πλήθος υδρόφιλων κατάλοιπων στην επιφάνειά του προσροφά νερό-χαλαρή, πορώδης δομή) Διόγκωση-Πίεση σπαργής στο μεσοκυττάριο χώρο Αντίσταση σε δυνάμεις συμπίεσης (συνδετικοί ιστοί) Διατηρεί σε απόσταση τα κύτταρα επιτρέπει μετακίνηση και πολλαπλασιασμό (κυτταρικές μεταναστεύσεις-διαφοροποίηση) Διακοπή κυτταρικής κίνησης/έναρξη προσκόλλησης: μείωση ΥΟ αύξηση υαλουρονιδάσης μείωση σε ειδικά μόρια κυτταρικής επιφάνειας που προσδένουν ΥΟ

79 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα: Το ΥΟ προσδένεται στην επιφάνεια πολλών μεταναστευτικών κυττάρων με μία πρωτεΐνη-υποδοχέα 34kDa την CD44 Η περιοχή πρόσδεσης ΥΟ της CD44 είναι παρόμοια σε αλληλουχία και δομή με εκείνες που βρίσκονται σε διάφορες πρωτεογλυκάνες ΕΚΟ που προσδένουν ΥΟ

80 ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Λειτουργικότητα: Η CD44 μεσολαβεί και την εσωτερίκευση/αποικοδόμηση/απομάκρυνση από τον εξωκυττάριο χώρο/ ανακύκλωση ΥΟ Although the amount of hyaluronan turnover in some tissues such as epidermis is high, there is little evidence to support the presence of an extracellular, neutral ph active, hyaluronidase activity Local turnover of hyaluronan must occur intracellularly within lysosomes via a low ph active hyaluronidase. Numerous studies also suggest that hyaluronan internalization is mediated via matrix receptors including CD44 A portion of the hyaluronan, bound at the cell surface via interaction with CD44, is likely internalized by invagination of the plasma membrane, as shown in panel 7A. The nature of this internalization step has not, as yet, been fully characterized but is known not to represent the classical clathrin-coated vesicle. This invagination would become an endosome and subsequently fuse with a lysosome, completing the degradation of the hyaluronan. When exogenous fluorescein-hyaluronan is incubated with cells expressing unoccupied CD44 receptors, detected label will reflect extracellular as well as intracellular, internalized hyaluronan (panel 7B). Following removal of extracellular hyaluronan by treatment with Streptomyces hyaluronidase or removal of the entire matrix plus membrane proteins by trypsin treatment, intracellular hyaluronan is revealed (panel 7C).

81 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα: Το ΥΟ διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό γραμμωτών μυικών κυττάρων Μυοβλάστες (μη-διαφοροποιημένοι πρόδρομοι μυϊκών κυττάρων) Δεν εκφράζουν μυοειδικές πρωτεΐνες-φέρουν κάλυμμα πλούσιο σε ΥΟ Διαφοροποίηση: το κάλυμμα ΥΟ χάνεται (και οι πρωτεΐνες-υποδοχείς ΥΟ) και εκατοντάδες μυοβλάστες συντήκονται-πολυπυρηνικό συγκύτιο που θα γίνει μια πολυπυρηνική, μη-διαιρούμενη μυϊκή ίνα η οποία βιοσυνθέτει μυοειδικές πρωτεΐνες και μία διαφορετική (χωρίς ΥΟ) ΕΚΟ, τη βασική μεμβράνη. Το ΥΟ παρεμποδίζει την πρώιμη κυτταρική σύντηξη μυοβλαστών

82 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Μακρομόρια που βρίσκονται: 1. σε όλους τους συνδετικούς ιστούς 2. Στις ΕΚΟ 3. Στην επιφάνεια πολλών κυττάρων Διακρίνονται: Στις εξωκυττάριες (ΕΚΟ) (πχ. αγκρεκάνη) Στις πρωτεογλυκάνες κυτταρικής επιφάνειας (πχ. συνδεκάνη)

83 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ομοιοπολική σύνδεση με ΓΑΓ (Golgi) (ΕΔ, Ser-Gly-X-Gly, στερεοδιαμόρφωση) Θειική ηπαράνη ή θειϊκή χονδροϊτίνη Σύνδεσμος 3 σακχάρων q- (θειϊκά κατάλοιπα) ΠΓ: Ονοματίζονται σύμφωνα με τη δομή του κυρίαρχου επαναλαμβανόμενου δισακχαρίτη τους

84 ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ

85 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Στις ΠΓ οι αλυσίδες Θειικής ηπαράνης και Θειικής χονδροϊτίνης συνδέονται ομοιοπολικά μέσω ενός συνδέσμου 3 σακχάρων σε κατάλοιπα σερίνης στο μόριο της κεντρικής πρωτεΐνης Ένα από τα «πεπτίδια-οδηγητής» της κεντρικής πρωτεΐνης (που καθορίζει την προσθήκη του σακχάρου-συνδέσμου) είναι Ser-Gly-X-Gly (Ωστόσο δεν υποκαθίστανται όλες αυτές οι θέσεις στην κεντρική πρωτεΐνη και οι ΓΑΓ ενίοτε προσκολλώνται σε άλλες αλληλουχίες. Πιθανόν η διαμόρφωση της κεντρικής πρωτεΐνης είναι περισσότερο σημαντική σε σχέση με τις εντοπισμένες πρωτογενείς αλληλουχίες για τον καθορισμό της θέσης πρόσδεσης ΓΑΓ)

86 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Tεράστια ποικιλία Πχ. μία ΕΚΟ: πολλούς διαφορετικούς τύπους κεντρικών πρωτεϊνών Κάθε κεντρική πρωτεΐνη: διαφορετικές ΓΑΓ (μήκος, σύνθεση) ΜΒ/πυκνότητα φορτίου πληθυσμού ΠΓ: εκφράζεται ως μέσος όρος Οι μηχανισμοί που καθορίζουν ποιες ΓΑΓ προσκολλώνται σε ποια κατάλοιπα Ser και το μήκος της αλυσίδας ΓΑΓ: άγνωστοι

87 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ Δομικά συστατικά της ΕΚΟ Πρόσδεση κυττάρων στην ΕΚΟ Σύνδεση με πρωτεϊνικούς αυξητικούς παράγοντες Εξωκυττάριες δεξαμενές ορμονών παρουσίαση ορμονών σε υποδοχείς Μεταγωγή σήματος (μοριακή σηματοδότηση)

88 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Η πιο σημαντική πρωτεογλυκάνη (250kDa) Κυρίαρχη ΠΓ στο χόνδρο Αγκρεκάνη (aggrecan) Εξωκυττάρια ΠΓ (ΕΚΟ) Σχηματίζει μεγάλα συσσωματώματα (ένα από τα μεγαλύτερα γνωστά μακρομόρια, 4μm μήκος, όγκος βακτηριακού κυττάρου!!) Προσφέρει στο χόνδρο τις μοναδικές του ιδιότητες: πήκτωμα, ανθεκτικότητα στην παραμόρφωση, κατανομή φορτίου στις αρθρώσεις που φέρουν το βάρος Αγκρεκάνη: Μη-ομοιοπολική σύνδεση με ΥΟ 40nm ΠΓ χόνδρου: 40nm

89 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Αγκρεκάνη (aggrecan) Η αγκρεκάνη διαθέτει μία NH2-τελική σφαιρική περιοχή που συνδέεται με υψηλή συγγένεια σε μία αλληλουχία δεκασακχαρίτη στο ΥΟ. Αυτή η σύνδεση διευκολύνεται από μία πρωτεΐνη-σύνδεσμο που προσδένεται τόσο στο ΥΟ όσο και στην αγκρεκάνη

90 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Αγκρεκάνη (aggrecan) Σύνδεσμος 3 σακχάρων Μέσω του τρισακχαρικού συνδέσμου συνδέονται ομοιοπολικά στην αγκρεκάνη πολλαπλές αλυσίδες θειικής χονδροϊτίνης και θειικής κερατάνης Aggrecan: kDa Monomer: (aggrecan) + ( GAG) = 2.500kDa PG: (min 100 monomers): x10 6

91 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Δεν σχηματίζουν όλες οι πρωτεογλυκάνες της ΕΚΟ μεγάλα συσσωματώματα όπως η αγκρεκάνη. Πχ ορισμένες ΠΓ που συμμετέχουν σε οργάνωσης βασικής μεμβράνης: κεντρική πρωτεΐνη 20-40kDa, αλυσίδες θειϊκής ηπαράνης, συνδέονται στο κολλαγόνο IV

92 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Αχονδροδυσπλασία: γενετική ανωμαλία που οφείλεται στην έλλειψη ενός ενζύμου που συμμετέχει σε σύνθεση θειϊκής δερματάνης (από χονδροϊτίνη) Ανωμαλίες στα οστά, αρθρώσεις, μυς Παθολογικά χαμηλό ύψος Ρυτιδωμένο δέρμα (πρώιμη γήρανση) Σημασία ΓΑΓ που συμμετέχουν στις ΠΓ των ΕΚΟ: γενετικές ασθένειες

93 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΓ Κυτταρικής επιφάνειας Προσδένουν τα κύτταρα σε ινίδια της ΕΚΟ (ινώδη κολλαγόνα (I, III, V) και στη γλυκοπρωτεΐνη φιμπρονεκτίνη σε ΕΚΟ βασικής μεμβράνης)

94 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΓ Κυτταρικής επιφάνειας Συνδεκάνη και φιμπρογλυκάνη: προσδένονται στην επιφάνεια διάφορων κυτταρικών τύπων (επιθηλιακά κυρίως) ΓΑΓ: κυρίως θειική ηπαράνη συνδέονται σε κατάλοιπα Ser στην κεντρική πρωτεΐνη (όπως και στις εξωκυττ. ΠΓ της ΕΚΟ)

95 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Και οι (1) εξωκυττάριες (ΕΚΟ) και οι (2) πρωτεογλυκάνες κυτταρικής επιφάνειας Κυρίως όσες έχουν ΓΑΓ θειϊκή ηπαράνη Πχ. FGF (αυξητικός παράγοντας ινοβλαστών- Κινητοποιεί τον πολλαπλασιασμό πολλών κυτταρικών τύπων) Ο συνδεδεμένος σε θειϊκή ηπαράνη εξωκυττάριων ΠΓ FGF είναι ανθεκτικός στη διάσπαση από εξωκυττάριες πρωτεάσες κι έτσι η ΕΚΟ χρησιμοποιείται ως εξωκυττάρια δεξαμενή FGF 2

96 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ 1. Αύξηση ιστού, μόλυνση κλπ: ελευθέρωση FGF από εξωκυττάρια πρωτεογλυκάνη (πρωτεόλυση κεντρικής πρωτεΐνης ή μερική διάσπαση αλυσίδων θειϊκής ηπαράνης) 2. Ο FGF συνδέεται επίσης σε θειϊκή ηπαράνη συνδεκάνης-2 (επιφάνειας) Έτσι «παρουσιάζεται» ο συνδεδεμένος FGF στον υποδοχέα του επαγωγή πολλαπλασιασμού Ο ελεύθερος FGF δεν αλληλεπιδρά με υποδοχέα του σε κυτταρική επιφάνεια Κύτταρα χωρίς βιοσυνθετική ικανότητα πρωτεογλυκανών θειϊκής ηπαράνης δεν ανταποκρίνονται σε σηματοδότηση FGF 2

97 3. Πρωτεΐνες EKO πολλαπλής προσκόλλησης Προσδένονται σε: 1. Κολλαγόνα 2. Πρωτεογλυκάνες 3. Ειδικoύς υποδοχείς κυτταρικής επιφάνειας

98 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Λειτουργικότητα: 1. Οργάνωση άλλων συστατικών ΕΚΟ 2. Ρύθμιση κυτταρικής πρόσδεσης στην ΕΚΟ 3. Κυτταρική μετανάστευση 4. Κυτταρικό σχήμα i. Λαμινίνη ii. Ιντεγκρίνες iii. Φιμπρονεκτίνες iv. Ινωδογόνο

99 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΠΠΠ.1. ΛΑΜΙΝΙΝΗ

100 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ i. Λαμινίνη Γλυκοπρωτεΐνη προσκόλλησης. Οικογένεια λαμινινών. Εντοπίζονται κυρίως στη βασική μεμβράνη (πάχος ΒΜ = μήκος τους = 70nm) Κλασσική λαμινίνη Ι: α, β, γ πολυπεπτίδια, 850kDa (στα ενήλικα ζώα) Κάθε τύπος: πολλές ισομορφές Διαφορετικοί συνδυασμοί Έλλειψη της αλυσίδας γ στον ποντικό: δεν σχηματίζεται βασική μεμβράνη- Θάνατος κατά την εμβρυογέννεση

101 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ i. Λαμινίνη Δισουλφιδικοί δεσμοί: συνδέουν τις πολυπεπτιδικές αλυσίδες της λαμινίνης σε σχήμα σταυρού Ο μακρύς βραχίονας σχηματίζει τριπλή έλικα

102 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ i. Λαμινίνη Διαθέτει θέσεις μεγάλης συγγένειας πρόσδεσης για τα άλλα συστατικά βασικής μεμβράνης και τους πρωτεϊνικούς υποδοχείς των λαμινινών Θειϊκή ηπαράνη

103 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ i. Λαμινίνη Υποδοχείς κυτταρικής επιφάνειας για τη λαμινίνη (όπως και για κολλαγόνο IV) : Οικογένεια Ιντεγκρινών (συγκρότηση ΒΜ) Δυστρογλυκάνη...(» ) Εντακτίνη (ή νιδογόνο): Ραβδόμορφο μόριο, ΜΒ 158kDa 3 σφαιρικές περιοχές Συνδέεται στενά με λαμινίνη (=υπομονάδα της?), κολλαγόνο IV, πρωτεογλυκάνες Μεσολαβεί στη συγκρότηση όλων των συστατικών ΒΜ σε δίκτυο

104 i. Λαμινίνη!!! ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ

105 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΠΠΠ.2. ΙΝΤΕΓΚΡΙΝΕΣ

106 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Διαμεμβρανικές πρωτεΐνες Μεγάλη τάξη υποδοχέων κυτταρικής επιφάνειας για συστατικά ΕΚΟ Μεσολαβούν αλληλεπιδράσεις κυττάρου-εκο διακυτταρικές αλληλεπιδράσεις μεταγωγείς σήματος

107 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Ετεροδιμερή δύο υπομονάδων α (100kDa) και β (140kDa) (20 ετεροδιμερή στα θηλαστικά) 14 τύποι α-υπομονάδων 8 τύποι β-υπομονάδων

108 ii. Ιντεγκρίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Ορισμένες από τις σημαντικότερες ιντεγκρίνες των σπονδυλοζώων ΙV ΙV Ιντεγκρίνες με β1: Συνδέουν συστατικά της ΕΚΟ αλληλεπιδράσεις κυττάρου-εκο Μεμονωμένες ιντεγκρίνες προσδένουν περισσότερα του ενός μόρια ΕΚΟ Μεμονωμένα μόρια ΕΚΟ συνδέονται σε περισσότερες της μιας ιντεγκρίνες

109 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Ορισμένες από τις σημαντικότερες ιντεγκρίνες των σπονδυλοζώων ΙV ΙV β2 (αl, M, X): εκφράζονται αποκλειστικά στα WBCs αλληλεπιδράσεις κυττάρου-κυττάρου «Απώλεια λευκοκυτταρικής προσκόλλησης» β2(-/-) (αλλεπάλληλες βακτηριακές λοιμώξεις) Μόλυνση ή φλεγμονή

110 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Οι περισσότερες ιντεγκρίνες συνδέονται ενδοκυττάρια με δέσμες ινιδίων ακτίνης (α6β4 ημιδεσμοσωμάτων: με ενδιάμεσα ινίδια) Αρκετές υπομονάδες ιντεγκρίνης στα θηλαστικά έχουν cyt περιοχές που υφίστανται εναλλακτικό «μάτισμα (splicing): αλληλεπιδρούν διαφορετικά με συστατικά κυτταροσκελετού. ενδοκυττάριες πρωτεΐνες πρόσδεσης (ταλίνη, α-ακτινίνη, φιλαμίνη) ενδιάμεσες πρωτεΐνες πρόσδεσης (μεσολαβητικές πρωτεΐνες)

111 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Η πρόσδεση ιντεγκρινών σε ΕΚΟ ή άλλο κύτταρο απαιτεί συνήθως την ενεργοποίησή τους Η ενεργοποίησή τους συνήθως επιφέρει αλλαγή στη στερεοδιάταξη του ετεροδιμερούς (κεκλιμένη προς εκτεταμένη μορφή ή και συσσωματώματα)

112 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Οι περισσότερες ιντεγκρίνες εκφράζονται σε ποικιλία κυττάρων Τα περισσότερα κύτταρα εκφράζουν αρκετές ιντεγκρίνες προσδένουν σε αρκετά συστατικά ΕΚΟ Ιντεγκρίνες: σχετικά χαμηλή συγγένεια πρόσδεσης με τα διάφορα μόρια (vs.τυπικοί πχ. υποδοχείς ορμονών) 1. Η σταθερή πρόσδεση κυττάρου σε ΕΚΟ εξασφαλίζεται από το μεγάλο πλήθος αυτών των ασθενών αλληλεπιδράσεων 2. Aσθενείς επαφές = απαραίτητες για δυνατότητα παύσης και δημιουργίας ειδικών επαφών με ΕΚΟ σε μεταναστεύοντα κύτταρα: 3. Πολλές ιντεγκρίνες σε ένα μόριο ΕΚΟ: η σύνδεση με την ΕΚΟ μπορεί να επιτευχθεί ακόμα και όταν οι συνθήκες προκαλούν ενεργοποίηση ενός τύπου ιντεγκρίνης και όχι άλλου

113 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΠΠΠ.3. ΦΙΜΠΡΟΝΕΚΤΙΝΕΣ Ρόλος: πρόσδεση κυττάρων (διαμέσου ιντεγκρίνης) σε ΕΚΟ που περιέχουν ινώδες Κολλαγόνο (I, II, III V) Πρωτεΐνη προσκόλλησης

114 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Πολύ συντηρημένες γλυκοπρωτεΐνες του ECM των σπονδυλοζώων (5% υδατάνθρακες). Διμερές πολυπεπτιδίων (σχεδόν ίδια, S-S δεσμοί στα COOH άκρα). 6 domains. 440kDa Κάθε αλυσίδα: μήκος 60-70nm, πάχος 2-3nm, 2446αα, kDa Ένα γονίδιο ΦΝ στον άνθρωπο, 20 διαφορετικές αλυσίδες (ισομορφές) από εναλλακτικό μάτισμα pre-mrna (προσδίδει εξειδικευμένη λειτουργικότητα στο μόριο) Πρόσδεση σε: ιντεγκρίνες κυτταρικής επιφάνειας, κολλαγόνο, ινώδες, πρωτεογλυκάνες θειϊκής ηπαράνης (πχ. syndecans), ηπαρίνη, tenascin (τενασκίνη). RGD: ελάχιστη δομή που απαιτείται για αναγνώριση από υποδοχείς κυτταρικής επιφάνειας-ολόκληρο domain FN- ενισχύει την πρόσδεση Πρόσδεση σε ιντεγκρίνες κυτταρικής επιφάνειας

115 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Κάθε domain αποτελείται από μικρές επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες οι οποίες βάσει ομοιοτήτων ταξινομούνται σε 3 τύπους Ι, ΙΙ και ΙΙΙ (*) επαναλήψεις τύπου ΙΙΙ που λείπουν από τη διαλυτή ΦΝ

116 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Υπάρχει σε διαλυτή και αδιάλυτη μορφή Διαλυτή: Κυκλοφορεί στο αίμα και στα άλλα υγρά του σώματος. Κύριο πρωτεϊνικό συστατικό πλάσματος (300μg/ml). Εκκρίνεται από το ήπαρ (ηπατοκύτταρα). Δεν έχει μία ή και τις 2 επαναλήψεις ΙΙΙ (EDA/EDB). Αδιάλυτη: Δίκτυο. Υπερμοριακό, αδιάλυτο συστατικό ΕΚΟ. ΒΜ, τοιχώματα τριχοειδών αγγείων, χαλαρός συνδετικός ιστός. Εκκρίνεται κυρίως από τους ινοβλάστες (επίσης από χονδροκύτταρα, ενδοθηλιακά, μακροφάγα και ορισμένα επιθηλιακά κύτταρα). Τα μόρια διασυνδέονται με περισσότερους S-S δεσμούς. Εκκρίνεται από τα κύτταρα ως διαλυτά, συμπαγή διμερή και στη συνέχεια συγκροτείται σε αδιάλυτο υλικό διαμέσου μιας σύνθετης διαδικασίας που μεσολαβείται από κύτταρα Δε σχηματίζονται ινίδια FN αυθόρμητα αλλά μόνο όταν έρθει σε επαφή με κύτταρα που εκφράζουν ιντεγκρίνες πχ. την α5β1

117 iii. Φιμπρονεκτίνες Τα διαλυτά διμερή προσδένονται σε κυτταρικούς υποδοχείς (ιντεγκρίνη α5β1). Οι υποδοχείς συσσωματώνονται. Αυξάνεται τοπικά η συγκέντρωση των μορίων ΦΝ που είναι συνδεδεμένα στους υποδοχείς Διευκολύνονται οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών (και περισσότερων) μορίων ΦΝ Σχηματισμός κοντών ινιδίων ΦΝ ανάμεσα σε γειτονικά κύτταρα σταδιακός μετασχηματισμός σε μεγαλύτερα αδιάλυτα ινίδια ΕΚΟ (Το κύτταρο μηχανικά εκτείνει τα προσδεδεμένα στις ιντεγκρίνες μόρια ΦΝ, τα ξετυλίγει, οδηγώντας στην αποκάλυψη κρυμμένων θέσεων αλληλεπίδρασης με άλλα μόρια FN πάνω στην αλληλουχία της FN. ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Αλληλεπιδράσεις FN- FN επιτρέπουν στα διαλυτά ινίδια που έχουν προσδεθεί στο κύτταρο να διακλαδωθούν και να σταθεροποιηθούν σε αδιάλυτο υλικόπλέγμα-δίκτυο FN)

118 iii. Φιμπρονεκτίνες ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ: ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Προκαλεί οργανωμένη συνάθροιση κυττάρων (in vivo, in vitro) Επάγει προσκόλληση κυττάρων σε υπόστρωμα Επηρεάζει οργάνωση ενδοκυττάριου σκελετού μικροϊνιδίων και σχήμα κυττάρων Ελαττώνεται σημαντικά μετά από μετασχηματισμό κυττάρων με ογκογόνο ιό Η υπερέκφρασή της συσχετίζεται με τη μεταστατική συμπεριφορά ορισμένων καρκίνων του ανθρώπου, όπως του μελανώματος (με ογκογόνο ιό)

119 iii. Φιμπρονεκτίνες ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ: ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΠΡΟΣΔΕΣΗ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΣΕ ΕΚΟ ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΥΝ ΙΝΩΔΕΣ ΚΟΛΛΑΓΟΝΟ Διαχωρισμός και στήριξη οργάνων και ιστών (ΕΚΟ). Κυτταρική προσκόλληση, αύξηση, μετανάστευση και διαφοροποίηση Εμβρυογένεση: μετανάστευση και διαφοροποίηση πολλών κυτταρικών τύπων Επούλωση πληγών (μετανάστευση μακροφάγων και άλλων κυττάρων ανοσοποιητικού στην περιοχή τραύματος). Η FN πλάσματος μαζί με το ινώδες συμμετέχουν σε δημιουργία θρόμβου. Εξέλιξη πολλών ασθενειών.

120 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ και κυτταρική μετανάστευση Η ΦΝ είναι απαραίτητη κατά την εμβρυογένεση Επιλεκτική αδρανοποίηση γονιδίου: θάνατος σε πρώιμο εμβρυικό στάδιο Η μετακίνηση των μεσοδερμικών κυττάρων κατά τη γαστριδίωση σταματάει ύστερα από έγχυση τριπεπτιδίων Arg-Gly-Asp (RGD) τα οποία μπλοκάρουν τους κυτταρικούς υποδοχείς FN (integrins) Στα θηλαστικά: Απουσία FN βλάβες σε ανάπτυξη ιστών μεσοδερμικής προέλευσης (νευρικός σωλήνας, αγγεία κλπ)

121 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ και κυτταρική προσκόλληση στο υπόστρωμα ΦΝ + ιντεγκρίνες (8 διαφορετικές στα σπονδυλόζωα). (σε Αrg-Gly-Asp ΦΝ. Υπάρχει και σε άλλες ΕΚΟ) Μη-μεταναστεύοντα κύτταρα: Πλήθος δεσμών ινιδίων πλούσιων σε ακτίνη (κυτταρ. σχήμα) Πρόσδεση δεσμών σε μεμβράνη (α-ακτινίνη, βινκουλίνη κλπ) στα σημεία προσκόλλησης στο υπόστρωμα Συνέχεια ινιδίων ΕΚΟ ΦΝ και κυτταροπλάσματος (διαμέσου ιντεγκρίνης) Κύτταρα όγκων σε καλλιέργεια in vitro: Δεν προσκολλώνται στα τοιχώματα καλλιέργειας Χαμηλή σύνθεση ΦΝ, περιέχουν λίγες δέσμες ινιδίων ακτίνης Προσρόφηση καθαρισμένης ΦΝ σε καλλιέργεια: προσκόλληση σε τοιχώματα και ανάπτυξη δεσμίδων ινιδίων ακτίνης

122 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ iii. Φιμπρονεκτίνες και κυτταρική προσκόλληση στο υπόστρωμα Αιμοποιητικά κύτταρα (πρόδρομοι RBCs και WBCs): Ο πολλαπλασιασμός και διαφοροποίηση πρόδρομων κυττάρων προϋποθέτει πρόσδεσή τους σε ΦΝ που συντίθεται στο στρώμα των κυττάρων του μυελού Ο υποδοχέας της ΦΝ, integrin α4β1, βρίσκεται σε πολλά πρόδρομα κύτταρα (ΦΝ: ΕΙLDV-Glu-Ile-Leu-Asp-Val) H ίδια ιντεγκρίνη συνδέεται επίσης στην ίδια αλληλουχία πρόσδεσης ΕΙLDV της διαμεμβρανικής πρωτεΐνης VCAM-1 (Vascular cell adhesion protein 1) των κυττάρων του στρώματος του μυελού των οστών. Έτσι τα πρόδρομα κύτταρα βρίσκονται ταυτόχρονα σε επαφή με ΕΚΟ και κύτταρα στρώματος μυελού Σε όψιμο στάδιο διαφοροποίησης αιμοποιητικών κυττάρων: μείωση μορίων α4β1 αιμοποιητικών κυττάρων αποκόλληση ώριμων RBCs από ΕΚΟ και κύτταρα στρώματος μυελού και εισαγωγή στην κυκλοφορία αίματος ΑΙΜΟΠΟΙΗΣΗ (πχ. ερυθροποίηση)

123 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ και κυτταρική μετανάστευση Εμβρυικά κύτταρα-αναπτυσσόμενα όργανα (συνδετικοί ιστοί): Σύνδεση ΦΝ + τενασκίνη (tenascin) Xαλαρό πακετάρισμα ΕΚΟ με ινιδιακά συστατικά που δημιουργούν μονοπάτια κατά μήκος των οποίων μεταναστεύουν κύτταρα Domain αυτοσυγκρότησης Τ Πρόσδεση (ινοβλάστες) vs. Μετανάστευση (ανάπτυξη) Αλληλεπίδραση με άλλες ΕΚΟ: κολλαγόνο, ιντεγκρίνες κλπ

124 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ και κυτταρική μετανάστευση Σε αντίθεση με τα εμβρυικά κύτταρα, τα κύτταρα στους ενήλικες γενικά δεν μεταναστεύουν ΕΞΑΙΡΕΣΗ: Κύτταρα που εμπλέκονται σε επούλωση τραυμάτων: Ινοβλάστες Μακροφάγα άλλα κύτταρα ανοσοποιητικού συστήματος Μετακινούνται διαμέσου των θρόμβων του αίματος που αποτελούνται κυρίως από ινώδες

125 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ και κυτταρική μετανάστευση 1Η ΦΝ πλάσματος ενσωματώνεται στο θρόμβο διαμέσου των domains πρόσδεσης ινώδους που διαθέτει. Κατά την επιδιόρθωση του ιστού του τραύματος: οι ινοβλάστες/μακροφάγα αποικοδομούν πρωτεΐνες του προσωρινού υλικού του θρόμβου και τις αντικαθιστούν με άλλες που μοιάζουν στον φυσιολογικό γειτονικό ιστό Ινοβλάστες που μεταναστεύουν διαμέσου θρόμβου: διασπούν δεσμούς με ΕΚΟ και προσκολώνται στη ΦΝ θρόμβου διαμέσου των επιφανειακών τους ιντεγκρινών α3β1 Για να δράσουν οι ινοβλάστες στην πληγή συνδέονται με το ινώδες. Αυτή η σύνδεση γίνεται μόνο παρουσία FN και είναι μέγιστη όταν η FN είναι στενά συνδεδεμένη με το ινώδες.

126 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΠΠΠ.4. ΙΝΩΔΟΓΟΝΟ

127 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Γλυκοπρωτεΐνη πλάσματος, 340kDa 3 ζεύγη πολυπεπτιδικών αλυσίδων α 2 β 2 γ 2, (67, 55, 48kDa) (29 S-S) Πολύ συντηρητική δομή 48nm, Τρεις σφαιρικές περιοχές Συντίθεται στα ηπατικά κύτταρα Εκκρίνεται στην κυκλοφορία Πήξη αίματος

128 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ

129 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Μετατρέπεται σε ινώδες (φιμπρίνη) με την επίδραση θρομβίνης (αποκοπή ινωδοπεπτιδίων Α και Β)

130 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ πολυδικτυωτό σύμπλεγμα Δεσμεύεται μέσω των αλυσίδων α και γ σε υποδοχείς της πλασματικής μεμβράνης των PLTs

131 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ

132 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Πολλές μεταλλαγές στα γονίδια των 3 πολυπεπτιδικών αλυσίδων Ευπρόσβλητες θέσεις: σύνδεσης με θρομβίνη Παθολογικά ινωδογόνα-ελαττωματικός σχηματισμός θρόμβων Ολική έλλειψη ινωδογόνου: ανινωδογοναιμία, σύνδρομο μη-θνησιγόνο μέχρι την πρώτη αιμορραγία

133 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ

134 Βασική μεμβράνη (ΒΜ), Βασικό έλασμα, Basement membrane, basal lamina, reticular lamina, ΕΚΟ τύπου IV Λεπτό έλασμα (typically about 50nm) υλικού/στρώματος το οποίο διαχωρίζει ένα στρώμα επιθηλιακών κυττάρων από το συνδετικό ιστό

135 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ ΔΕΝ πρόκειται για λιπιδική διπλοστοιβάδα (Η.Μ.): εξωκυττάριες στιβάδες πρωτεϊνών nm (300nm). Υποστηρίζει συνήθως τη «βασική πλευρά» επιθηλιακών ή ενδοθηλιακών κυττάρων διαχωρίζοντάς τα από τον υποκείμενο συνδετικό ιστό. Υποστηρίζει επίσης όλα τα αναδημιουργούμενα ηπατοκύτταρα, τα μυικά κύτταρα και τα ενδοθηλιακά κύτταρα που επενδύουν τα αιμοφόρα αγγεία. Περιβάλλει λιποκύτταρα κλπ Συντίθεται κυρίως από υποκείμενα κύτταρα του χαλαρού συνδετικού ιστού

136 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ επιθηλιακά κύτταρα Κερατοειδής σαλαμάνδρας: ΒΜ (300nm) Ίνες κολλαγόνου επιθηλιακά κύτταρα Κερατοειδής κουνελιού: Ημιδεσμοσώματα (βέλη) ΒΜ (50nm) Ίνες κολλαγόνου

137 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Οι ινοβλάστες δεν μπορούν να διαπεράσουν τη ΒΜ, αλλά κύτταρα όπως τα μακροφάγα, τα λεμφοκύτταρα και οι νευρικές απολήξεις των νευρώνων μπορούν

138 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Η ευμεγέθης ΒΜ στο νεφρικό σπείραμα: διαχωρίζει τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων από τα επιθηλιακά κύτταρα του ουρικού χώρου. Εμποδίζει διέλευση μακρομορίων από το αίμα στον ουρικό χώρο Ημιδιαπερατό μοριακό φίλτρο: Ρυθμίζει διέλευση μακρομορίων από το αίμα στα αθροιστικά σωληνάρια των νεφρών. (***) Perlecan: αν απομακρυνθούν οι αλυσίδες ΓΑΓ με ειδικά ένζυμα, καταστρέφονται οι ιδιότητες φίλτρου της ΒΜ

139 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ (***) Κολλαγόνο IV: Μεταλλαγές Σύνδρομο Alport IV: δυσδιάστατο πλέγμα, σχήμα και σταθερότητα ΠΓ θειικής ηπαράνης, περλεκάνης, εντακτίνης, λαμινίνης Πρωτεΐνες (+) 10% υδατάνθρακες (ΓΑΓ)

140 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

141 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Perlecan: ειδική για τη ΒΜ κεντρική πρωτεΐνη πρωτεογλυκάνης θειϊκής ηπαράνης (heparan sulfate proteoglycan 2 (HSPG2)

142 Alport syndrome Σπάνια γενετική ασθένεια ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Περιγράφηκε το 1927 από τον Arthur C. Alport σε μία οικογένεια με συγγενή αιμορραγική νεφρίτιδα, κώφωση και οφθαλμολογικά προβλήματα Νεφροπάθεια τελικού σταδίου (νεφρική ίνωση), ΑΙΚ, σε ενήλικες νεαρής ηλικίας Μεταλλαγές σε γονίδια κολλαγόνου τύπου IV (COL4A3, COL4A4, COL4A5, αλυσίδες α3α4α5) βασικής μεμβράνης νεφρικού σπειράματος (παθολογικές αλληλεπιδράσεις ΕΚΟ και ποδοκύτταρα νεφρών) Παρεμποδίζεται η φυσιολογική παραγωγή και συγκρότηση του δικτύου type IV collagen το οποίο είναι κύριο δομικό συστατικό της ΒΜ νεφρού, ωτός και οφθαλμού. Repair mechanisms recognition of the mutated collagen DDR1 or DDR2 and α1β1 or α2β1 integrins The repair mechanisms fail, because the disease mutation prevents the formation of an intact BM ESRD angiotensin-converting enzyme inhibition slows down the signalling cascade that leads to ESRD upregulation of profibrotic factor

143 Alport syndrome Σπάνια γενετική ασθένεια ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Η σοβαρότητα του κλινικού φαινοτύπου εξαρτάται από τον τρόπο αναδίπλωσης του μεταλλαγμένου κολλαγόνου IV και την απόσταση της μεταλλαγής από το COOH άκρο από το οποίο ξεκινάει ο σχηματισμός της δεξιόστροφης τριπλής έλικας του κολλαγόνου Ο παθολογικός σχηματισμός ινών κολλαγόνου τύπου IV καθιστά ελαττωματική τη ΒΜ των νεφρών στο φιλτράρισμα των άχρηστων ουσιών του αίματος και στο φυσιολογικό σχηματισμό ούρων με αποτέλεσμα την παρουσία αίματος και πρωτεϊνών σε αυτά

144 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Η ΒΜ συνδέεται με τη μεμβράνη των επιθηλιακών κυττάρων διαμέσου πρωτεϊνών όπως οι ιντεγκρίνες και η δυστρογλυκάνη Δυστρογλυκάνη: πρωτεογλυκάνη ΕΚΟ

145 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Ρύθμιση κυτταρικής διαφοροποίησης, κυτταρικής μετανάστευσης κλπ.

146 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Νευρομυϊκές συνάψεις: η ΒΜ περιβάλλει το μυϊκό κύτταρο στην περιοχή της σύναψης-εξασφαλίζεται έτσι: 1. Η ταχεία διακίνηση μορίων νευροδιαβιβαστή. 2. Καθοδήγηση δημιουργίας νέας σύναψης στην ίδια θέση σε περίπτωση καταστροφής μυϊκού κυττάρου και αντικατάστασής του 3. ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΝΕΥΡΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ: Οι αξονικές και δενδριτικές προβολές νευριτών κατευθύνονται για να σχηματίζουν συνδέσεις με κύτταρα-στόχους μεταναστεύοντας κατά μήκος οδών ΕΚΟ που περιέχουν λαμινίνη και άλλα συστατικά

147 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΗΣ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ

148 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Κανόνας 1: τα συστατικά της ΕΚΟ δε λειτουργούν ως ανεξάρτητα διαλυτά μόρια αλλά ως υπερμοριακές δομές Κανόνας 2: Τα κύτταρα που συνθέτουν συστατικά ΕΚΟ βρίσκονται σε απόσταση από το σημείο συγκρότησης της υπερομοριακής δομής της ΕΚΟ 1. Αυτοσυγκρότηση ΕΚΟ 2. Κυτταρικές επιδράσεις 1. Τα συστατικά της ΕΚΟ έχουν ενδογενή ικανότητα αυτοσυγκρότησης σε συγκροτημένα υπερσύνολα με άλλα συστατικά ΕΚΟ. (το ίδιο συμβαίνει και στις ενδοκυττάριες υπερμοριακές δομές) Πώς καθορίζεται αυτό? Από την κατανομή των πρωτεϊνικών domains με διαφορετικές ιδιότητες πρόσδεσης σε προκαθορισμένες θέσεις (χωρικά πρότυπα) στα μόρια των πρωτεϊνών Οι λαμινίνες σχηματίζουν αυτόνομα εκτεταμένα δίκτυα παρουσία Ca ++, και αλληλεπιδρούν με nidogen/entactin, a-dystroglycan και άλλες πρωτεΐνες. Οι περισσότερες αλληλεπιδράσεις μεταξύ διάφορων συστατικών ΕΚΟ είναι μηομοιοπολικές αλλά αρκούντως σταθερές λόγω πλήθους και συνεργατικότητας μεταξύ τους.

149 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ 2. Εκτός από την αυτοσυγκρότηση, η οργάνωση της ΕΚΟ εξαρτάται από τα ίδια τα embedding κύτταρα, τους κυτταρικούς υποδοχείς μορίων ΕΚΟ και τις πρωτεϊνικές τροποποιήσεις Τα κύτταρα καθορίζουν τις τοπογραφικές παραμέτρους της υπερμοριακής συγκρότησης της ΕΚΟ Πχ. Οι ίνες κολλαγόνου πολλές φορές έχουν ιστο-ειδική σύνθεση, διάμετρο και προσανατολισμό. Οι ίνες διατάσσονται άλλοτε σε στρώματα (δέρμα), άλλοτε σε σκοινί (τένοντα) κι άλλοτε σε εξαιρετικά οργανωμένα διαφανή στρώματα (κερατοειδής χιτώνας).

150 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Η αλληλοκάθετη διευθέτηση ίνών κολλαγόνου αποδίδεται σε ένα είδος «διακόπτη» των ινοβλαστών: διαμορφώνουν κατάλληλα την πλασματική μεμβράνη και το σκελετό Διαφορετικός προσανατολισμός ινών ΕΚΟ στις δύο πλευρές του κυττάρου (ινοβλάστες): οφείλεται πιθανόν σε διαφορετική οργάνωση στοιχείων κυτταρικού σκελετού.

151 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Άμεση αλληλεπίδραση ΕΚΟ (κολλαγόνο, ελαστίνη, λαμινίνη, πρωτεογλυκάνες, φιμπρονεκτίνη, υαλουρονικό οξύ) με ενδοκυττάρια συστατικά Ινίδια ακτίνης, μικροσωληνίσκοι Η εξωκυττάρια κατανομή συστατικών ΕΚΟ ακολουθεί αυτή των ινιδίων του κυτταρικού σκελετού και ιδιαίτερα της ακτίνης Διάσπαση σκελετού ακτίνης με κυτοχαλασίνη αποδιοργάνωση ΕΚΟ

152 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Η παρουσία ΕΚΟ (πχ, κολλαγόνο) επηρεάζει πολλές κυτταρικές λειτουργίες πχ. σύνθεση πρωτεϊνών Επιθηλιακά κύτταρα in vitro παράγουν διπλάσια ποσότητα κολλαγόνου όταν βρεθούν σε υπόστρωμα που περιέχει κολλαγόνο (έστω διαλυτό)

153 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Τα κύτταρα που παράγουν και εκκρίνουν συστατικά ΕΚΟ : Τα προσδένουν στην επιφάνειά τους και τα έλκουν με συγκεκριμένο τρόπο, για να κανονίσουν τον προσανατολισμό τους στο χώρο.

154 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ ΒΜ: 1. Αυτοσυγκρότηση συστατικών ΕΚΟ 2. «πυρήνωση» των συγκροτούμενων δομών σε υποδοχείς ΕΚΟ της κυτταρικής επιφάνειας. ΒΜ: laminins και collagen IV αυτοσυγκροτούνατι σε ακανόνιστα δίκτυα. Αυτά τα δίκτυα συνδέονται με nidogen, το οποίο επισης προσδένεται σε άλλα συστατικά όπως είναι η πρωτεογλυκάνη perlecan. Τόσο οι integrins όσο και ένας άλλος τύπος υποδοχέα λαμινίνης (η dystroglycan) εχουν κρίσιμο ρόλο στην συγκρότηση της ΒΜ. Dystroglycan: αυξάνει τοπικά την [laminin] σε επίπεδα που ευνοούν αυτοσυγκρότηση. αλλάζει στερεοδιαμόρφωση ή διευθέτηση μορίων λαμινίνης Ιντεγκρίνες: επάγουν διαμορφωστικές αλλαγές στη φιμπρονεκτίνη με αποτέλεσμα η τελευταία να μπορεί να αυτοσυγκροτηθεί σε ινίδια Υποδοχείς: ιντεγκρίνες και μη-ιντεγκρίνες: από εκεί ξεκινάει η συγκρότηση- Αργότερα στρατολογούν νέα μόρια ΕΚΟ

155 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Εξωκυττάριες δομές: Ταυτόχρονη έκκριση αλλά διαφορική εναπόθεση οδοντίνης και αδαμαντίνης στον εξωκυττάριο χώρο- σωστή συγκρότηση / σχήμα δοντιού Οδοντινοβλάστες: προοδοντίνη Αδαμαντινοβλάστες: προαδαμαντίνη

156 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Εξωκυττάριες δομές: επιδερμίδια προνυμφών εντόμων Χιτίνη: ιδιόμορφη ελασματοειδής οργάνωση

157 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Εξωκυττάριες δομές: σχηματισμός κελύφους κατά την ωογένεση εντόμων Πολύπλοκη δομή που περιβάλλει το αναπτυσσόμενο ωοκύτταρο- Ανταλλαγή αερίων, υδατοστεγανότητα, θερμική/μηχανική προστασία κλπ Μονόστιβο επιθήλιο 1200 κυττάρων -Θυλακοκύτταρα

158 Oι εξωκυττάριες δομές που απαρτίζουν το χόριο του εντόμου D. melanogaster, συντίθενται και εκκρίνονται από ένα μονόστιβο επιθήλιο (1.200 κυττάρων) (1-6) και σταδιακά (7) σχηματίζουν με αυτοσυγκρότηση μια πολύπλοκη εξωκυττάρια δομή η οποία περιβάλλει το ωοκύτταρο στο γεννημένο αυγό (8). Οι εξωκυττάριες δομές φτιάχνουν τη μικροπύλη (9) για την είσοδο του σπερματοζωαρίου στο ωάριο κατά τη γονιμοποίηση και τα αναπνευστικά νημάτια (10). Άλλες πολύπλοκες δομές του χορίου είναι το ενδοχόριο (11-13), η βιτελλινική μεμβράνη, το στρώμα κεριού και η εσώτερη χοριονική ζώνη (14). Οι πρωτεΐνες που συγκροτούν το ενδοχόριο ταυτοποιούνται με ανοσοεντόπιση (15) και ψυκτοτεμαχισμό (16)

159 ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ

160 ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ Ειδική μορφή ΕΚΟ Eξελικτικά η κατασκευή του καθόρισε τη διαφορά ζωικών-φυτικών οργανισμών (θρέψη, πέψη, ανάπτυξη, οσμωρύθμιση, αναπαραγωγή, μορφολογία, κίνηση, μυϊκόνευρικό σύστημα, οστά ) Ημιδιαπερατό (30-60kDa) Περιβάλει την πλασματική μεμβράνη Δομική υποστήριξη Εύκαμπτο/τεράστια αντοχή εφελκυσμού Προστασία Μοριακό φίλτρο Εμποδίζει υπερδιαστολή κυττάρου μετά από είσοδο νερού ΚΤ: φυτά, βακτήρια, μύκητες, φύκη, ορισμένα αρχαία (vs. ζώα, πρωτόζωα)

161 ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ Επιμήκη ινίδια σε πλέγμα από διακλαδισμένα μόρια (όπως η ΕΚΟ ζωικών κυττάρων)

162 Στα ανώτερα φυτά: ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ Κυτταρίνη και ημικυτταρίνες (διακλαδιζόμενοι πολυσακχαρίτες) Μικροϊνίδια κυτταρίνης (διάμετρος 35Α)- Κρυσταλλική δομή, ορθογωνική διάταξη Σύνθεση κυτταρίνης: Σε ορισμένα κύτταρα φυκών: Golgi και εκκριτικό κυστιδιακό μονοπάτι Πολλά φυτά: στον εξωκυττάριο χώρο από ένζυμα προσκολλημένα στην πλασματική μεμβράνη με δομικούς λίθους UDP-γλυκόζη

163 ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ ΦΚΤ ΕΚΟ ζωικών κυττάρων 1. Ινίδια κυτταρίνης Κολλαγόνο 2. Εξτενσίνες Πρωτεογλυκάνες 2 α.γλυκοπρωτεΐνες (πλούσιες σε ΟΗ-Pro) 2β.Διακλαδιζόμενους πολυσακχαρίτες 2β.1 Ημικυτταρίνες 2β.2Πηκτίνες Ξηρό βάρος ΦΚΤ: Κυτταρίνη. 40% Πηκτίνες.30% Ημικυτταρίνες... 20% Γλυκοπρωτεΐνες...10%

164 ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ Πήκτωμα από πηκτίνη στο οποίο εγκλείεται ένα άκαμπτο πλέγμα που αποτελείται από : Κυτταρίνη γλυκοπρωτεΐνες ημικυτταρίνη