ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΚΥΤΤΑΡΟΥ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΕΣ ΟΥΣΙΕΣ

Transcript

1 ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΚΥΤΤΑΡΟΥ 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 ECM: αδρανής σκελετός? Στηρικτική δομή? κλωβός που περιβάλλει, συνέχει και υποστηρίζει τα κύτταρα?

4 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 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 (Κύτταρα + ECM) vs. (απομονωμένα κύτταρα) πολικότητα επιθηλιακών κυττάρων Η καλλιέργεια ινοβλαστών σε υπόστρωμα χωρίς ECM δίνει γένεση σε κύτταρα που διαφέρουν λειτουργικά και μορφολογικά από αντίστοιχα κύτταρα αναπτυγμένα σε υπόστρωμα παρουσία ECM Η εξωκυττάρια ουσία σε νευρομυϊκές συνάψεις φαίνεται να διατηρεί «τοπική μνήμη» και λειτουργία και μετά την απομόνωσή της.

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ (Κύτταρα + ECM) vs. (απομονωμένα κύτταρα) πρωτεΐνοσύνθεση ηπατοκυττάρων (ειδική για κάθε κυτταρικό τύπο, πχ. mrna αλβουμίνης) Η σωστή αρχιτεκτονική κυτταροσκελετού

7 Εμβρυογένεση: τα διάφορα κυτταρικά στρώματα που πρέπει να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους με συγκεκριμένο τρόπο διαχωρίζονται/επικοινωνούν διαμέσου ECM. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αλλαγές στη σύσταση του ECM, ιδιαίτερα στους συνδέτες των ιντεγκρινών, τροποποιούν αντίστοιχα τις αλληλεπιδράσεις τύπου cell-ecm-cell Η ρύθμιση της συγκρότησης των ΕΚΟ είναι κρίσιμο στοιχείο της μορφογένεσης

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, πολυσυνδέτης Ιντεγκρίνες, διαμεμβρανικές πρωτεΐνες. ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ 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 ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟ ΥΛΙΚΟ: 1) «Υπόστρωμα» τύπου πηκτώματος Κυρίως αποτελείται από ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ Γλυκοζαμινογλυκάνες Πρωτεογλυκάνες 2) Ινώδεις πρωτεΐνες Κολλαγόνο, ελαστίνη, φιμπρονεκτίνη, λαμινίνη Λειτουργίες: δομικές και προσκόλλησης/πρόσφυσης

12 Ενυδατωμένο υαλουρονικό οξύ και πρωτεογλυκάνες: δίνουν σε ECM πηκτωματώδη δομή/υφή ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Συνδυασμοί κολλαγόνων /ελαστίνη (προσδίδουν σε ιστούς σχήμα, σταθερότητα, ευκαμψία) Πρωτεΐνες πολλαπλής προσκόλλησης πχ. ιντεγκρίνες, φιμπρονεκτίνες Μεμβρανικοί υποδοχείς

13 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Επιθήλια και μύες επικάθονται πάνω σε: Βασική μεμβράνη= μορφή ECM Μικρό μεσοκυττάριο διάστημα ΒΜ: λεπτή ΕΚΟ. Συνδέεται με πρωτεϊνικούς υποδοχείς σε ΠΜ + ινώδες κολλαγόνο σε συνδετικό ιστό Χαλαρός συνδετικός ιστός: Υπόστρωμα επιθηλίων (ινοβλάστες, αιμοφόρα τριχοειδή (διάχυση θρεπτικών/ο2), λεμφοκύτταρα, μακροφάγα) Εγκάρσια τομή δέρματος (συνθέτουν πρωτεΐνες συνδετικού ιστού και ECM υαλουρονικό/πρωτεογλυκάνες)

14 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Επιθήλια και μύες: Βασική μεμβράνη= μορφή ECM Νεφρικό σπείραμα: ΒΜ: πορώδες φίλτρο / barrier

15 Πυκνός συνδετικός ιστός: ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Οστά/χόνδροι/τένοντες/γύρω από χαλαρό συνδετικό ιστό Σε όργανα με βασικά χαρακτηριστικά ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ/ΕΥΚΑΜΨΙΑ Λίγα κύτταρα ΕΚΟ: Πυκνό, πακεταρισμένο κολλαγόνο Άλλες ινώδεις πρωτεΐνες Περιβάλλονται από πρωτεογλυκάνες, ελαστίνη (in situ generation by cells)

16 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

17 1. Κολλαγόνα και Ελαστίνες

18 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΚΑΙ ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Κύρια κατηγορία αδιάλυτων ινωδών πρωτεϊνών ECM και συνδετικού ιστού Πολλοί τύποι Type I collagen is the most abundant protein in vertebrates and a constituent of the ΕCM in connective tissue of bone, skin, tendon, ligament and dentine. Εκκρίνεται από κύτταρα του συνδετικού ιστού (ινοβλάστες), οστεοβλάστες και κάποιους τύπους επιθηλιακών κυττάρων Περιορίζει την «έκταση» και παρεμποδίζει την σχάση

19 Ανακύκλωση ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Αποικοδόμηση παλαιών ινών : κολλαγενάση (-ες) Ενδοπεπτιδάσες (σχάση πεπτιδικών δεσμών κολλαγόνου) Στην περιοχή τριπλής έλικας Εκκρίνονται από τα ίδια τα κύτταρα Bacterial collagenases differ from vertebrate collagenases in that they exhibit broader substrate specificity (Peterkofsky 1982, Birkedal-Hansen 1987).

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

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

22 Τύποι κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ

23 Δομικά χαρακτηριστικά Ι, ΙΙ, ΙΙΙ ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Μακρυά, λεπτά, πανομοιότυπης δομής ινίδια Όλα τα μέλη της οικογένειας των κολλαγόνων έχουν περιοχές: (1) που διπλώνουν σε χαρακτηριστική δομή τριπλής έλικας (2) Τμήματα αλυσίδων που δε σχηματίζουν έλικες (1) Οι τριπλές έλικες έχουν διαφορετικές ικανότητες αλληλεπίδρασης μεταξύ τους και με άλλα μόρια. (2) προσδίδουν μοναδικές ιδιότητες στους τύπους του κολλαγόνου. ΠΟΙΚΙΛΕΣ ΔΟΜΕΣ ΚΟΛΛΑΓΟΝΟΥ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

24

25 3 α-έλικες (GXX) ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Δεξιόστροφη τριπλή έλικα ΝΗ2 ΟΗ-Lys COOH ΟΗ-Lys Στοιχειώδης δομική μονάδα κολλαγόνου Ι: μακριά (300 nm) λεπτή (1,5 nm) πρωτεΐνη από τρεις ελικοειδώς περιελιγμένες υπομονάδες: δύο α1(ι) αλυσίδες και μία α2(ι). Κάθε αλυσίδα: 1050 αμινοξέα. δεξιόστροφη τριπλή έλικα. Όλα τα κολλαγόνα: περιέχουν ελικοειδή τμήματα τριών αλυσίδων παρόμοιας δομής.

26 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Τρία αμινοξέα για κάθε περιστροφή της έλικας Κάθε τρίτο αμινοξύ γλυκίνη. Δεσμοί υδρογόνου Πολλές περιοχές αλυσίδων κολλαγόνου αποτελούνται από το επαναλαμβανόμενο μοτίβο Gly-Pro-X Το κολλαγόνο είναι επίσης πλούσιο σε προλίνη και υδροξυπρολίνη

27 Γονίδια ινωδών κολλαγόνων I, II, III, V ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ pro-α1(ι) γονίδιο: 51 εξώνια τα 46: κωδικοποιούν περιοχές της τριπλής έλικας τα μισά: 54bp/exon, κωδικοποιούν μία πρωτογενή μονάδα Πρωτογενής μονάδα: 6 επαναλήψεις της αλληλουχίας Gly-X-Y= 6 περιελίξεις της έλικας (3αα =μία περιέλιξη της τριπλής έλικας) Τα γονίδια του κολλαγόνου προέρχονται από ένα αρχέγονο γονίδιο (κωδικοποιούσε για μία πρωτογενή μονάδα) Αρχέγονο κολλαγόνο: 6 αλληλουχίες Gly-X-Y πολλαπλοί διπλασιασμοί κατά την εξέλιξη

28 Γονίδια ινωδών κολλαγόνων I, II, III, V ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ 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

29 Γονίδια ινωδών κολλαγόνων I, II, III, V ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Πρωτεΐνη: α1(ι) υπομονάδα 1464 amino acids The central triple helical domain is formed by 338 repeats of a Gly-X-Y triplet where X and Y are often a proline.

30 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ The two amino and carboxy-terminal propeptides of the a1 (I) chains of the type I collagen are removed by site-specific endopeptidase

31 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ινίδια κολλαγόνου (50-200nm) 1.5nm nm μικρό κενό Οι πλευρικές αλληλεπιδράσεις σταθεροποιούνται με ομοιοπολικούς δεσμούς Ηλεκτρονιογραφία ινιδίων κολλαγόνου: περιοδικότητα 67nm

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

33 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Ινίδια κολλαγόνου τύπου Ι (50nm x μm): μεγάλη ικανότητα έκτασης χωρίς ρήξη ίνες κολλαγόνου στους τένοντες Εγκάρσια τομή πυκνού συνδετικού ιστού τένοντα. Ως επί το πλείστον αποτελείται από παράλληλες ίνες κολλαγόνου

34 Baum and Brodsky (1999) Curr Opin Struct Biol 9:122 Brodsky and Persikov (2005) Adv Protein Chem 70:301 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Type I collagen formation and possible alterations in the structure due to the α chain mutations. Normal steps in collagen type I formation and the assembly into mature collagen fibers: 1. Propeptide domains are secreted from the rough ER. 2. C-propeptides asssociate and form procollagen triple helices. 3. After secretion into the cytoplasm, propeptides are cleaved at the N- and C- terminus. 4. Triple helix molecules form cross-linkages to form mature fibrils. 5. Fibrils associate to form collagen type I fibers. The right side of the diagram demonstrates possible disruptions in helix and fiber formation that may be seen in osteogenesis imperfecta (collagen disease).

35 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ

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

37 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Δισουλφιδικοί δεσμοί Ευθυγράμμιση 3 αλυσίδων πριν το σχηματισμό τριπλής έλικας. 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.

38 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 Μη-υδροξυλιωμένες αλυσίδες προκολλαγόνου Αποικοδόμηση εντός του κυττάρου Ευθραυστότητα αγγείων, δέρματος, τενόντων (σκορβούτο, έλλειψη βιταμίνης C στη δίαιτα)

39 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

40 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ 6. Εκκριτικά κυστίδια και ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΩΣΗ Εξωκυττάρια πρωτεολυτική διάσπαση NH2, COOH προπεπτιδίων (ΜΟΝΟ ΜΕΤΑ ΤΗΝ ΕΚΚΡΙΣΗ): Πεπτιδάσες προκολλαγόνου Τροποκολλαγόνο («κολλαγόνο») Πολυμερισμός σε φυσιολογικά ινίδια Δερματοσπάραξη βοοειδών: Ανεπάρκεια μιας πεπτιδάσης προκολλαγόνου δεν αφαιρούνται τα προπεπτίδια σχηματισμός ανώμαλων ινιδίων παραμόρφωση δέρματος και τενόντων

41 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ

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

43 Βιοσύνθεση του κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ (ΕΜΒΡΥΑ & ΑΝΗΛΙΚΑ ΖΩΑ): 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 ΚΑΤΑ 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.

44 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.

45 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

46 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 Τα κολλαγόνα αυτά (IX, XII, XIV) συνδέονται με ινίδια που σχηματίζονται από άλλους τύπους κολλαγόνου Κόμβος Κόμβος (+) αλυσίδα γλυκοζαμινογλυκάνης

47 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 Συνδέει συχνά τις πλευρές των ινιδίων τύπου Ι συγκροτώντας παχύτερες ίνες

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

49 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Σε οστά και κερατοειδή: οι ίνες κολλαγόνου διευθετούνται σε στρώματα Αλλολοκάθετη στρωμάτωση ινών κολλαγόνου Κερατοειδής: Η διάταξη/διάμετρος ινών κολλαγόνου εξασφαλίζει απορρόφηση UV για προστασία αμφιβληστροειδή

50 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 Τετραμερής συγκρότηση Διακλαδισμένες ίνες ποικίλης αλλά λεπτής διαμέτρου Ακανόνιστο δυσδιάστατο ινώδες δίκτυο Κυρίαρχες ίνες στη βασική μεμβράνη

51 ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Ασθένειες κολλαγόνου Ατελής οστεογένεση ή ασθένεια εύθραυστων οστών (Osteogenesis imperfecta, brittle bone disease, "Lobstein syndrome ) μεταλλαγές στα γονίδια κολλαγόνου τύπου Ι ή ελλείψεις τμήματος ή όλου του γονιδίου Πιο σοβαρός τύπος: Αυτοσωμική, επικρατής θνησιγόνος ασθένεια Ηπιότερες μορφές: σοβαρές αναπηρίες

52 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 Σε αντικατάσταση: κακοσχηματισμένες έλικες κολλαγόνου Gly-COOH α1(ι) πιο επιβλαβείς μεταλλαγές

53 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

54 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 Αρκετές μεταλλαγμένες αλυσίδες κολλαγόνου μπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία των αλυσίδων φυσικού τύπου όταν συνδυαστούν μεταξύ τους στο μόριο επικρατής φαινότυπος

55 1β. ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ

56 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ ΕΚΟ σε ιστούς με μεγάλη ελαστικότητα Το κύριο εξωκυττάριο πρωτεϊνικό συστατικό αρτηριών 50% του ξηρού βάρους των μεγάλων αρτηριών

57 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Μεταλλαγές σε γονίδιο ελαστίνης Στένωση αορτής ή άλλων αρτηριών

58 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Γλυκοπρωτεΐνη 70kDa Εξαιρετικά υδρόφοβη 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

59 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Διαλυτό, πρόδρομο μόριο ελαστίνης (εκκρίνεται στον εξωκυττάριο χώρο) Ομοιοπολική σύνδεση Οργάνωση σε ινίδια, ελαστικές ίνες και ελάσματα (ομοιοπολικές διασυνδέσεις, όπως το κολλαγόνο) Διασύνδεση μεταξύ τους Πολυμερισμός τροποελαστίνης σχηματίζοντας δίκτυο ινών και επιφανειών ελαστίνης Η δομή των ινών και των ελασμάτων τα καθιστά ΕΛΑΣΤΙΚΑ (το πώς είναι άγνωστο)

60 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Στον εξωκυττάριο χώρο οι ίνες υφίστανται τέντωμα και χαλάρωση Ανασυσπείρωση/χωρίς 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

61 ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Ελαστικές ίνες = κεντρική δομή που καλύπτονται από περίβλημα μικροϊνιδίων φιμπριλίνης Σύνδρομο Marfan s: μεταλλαγές σε γονίδιο φιμπριλίνης Σε σοβαρές περιπτώσεις: ρήξη αορτής.

62 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

63 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

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

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

66 Γλυκοζαμινογλυκάνες: από μακριές πολυσακχαρικές αλυσίδες χωρίς διακλαδώσεις. ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Επαναλήψεις μονάδων δισακχαριτών Υψηλό αρνητικό φορτίο (φορτισμένες θειϊκές ή καρβοξυλικές ομάδες) ΗΜ: παρατήρηση με ερυθρό του ρουθηνίου κατά τη μονιμοποίηση

67 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Γλυκοζαμινογλυκάνες: Προσελκύουν θετικά ιόντα (Na+) Προσελκύουν νερό Η ενυδάτωση προσκαλεί πίεση διόγκωσης (σπαργή) Προστασία αρθρώσεων χόνδρος: από δυνάμεις συμπίεσης

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

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

70 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

71 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Λειτουργίες Άγνωστες σε σημαντικό βαθμό ΓΑΓ: 1. Ενυδάτωση Ευμεγέθεις δομές Τάση διόγκωσης, αντίσταση σε πιέσεις 2. Διακίνηση μορίων και κυττάρων Πορώδεις δομές Σύγκριση μεγεθών

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

73 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Λειτουργίες Κερατοειδής: Οι ΓΑΓ συμμετέχουν στη συγκρότηση του τρισδιάστατου κολλαγονούχου στρώματος

74 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ

75 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

76 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Δομή Το πολυμερές διαθέτει φορτισμένες (carboxyl groups of glucuronic acid) και υδρόφοβες πλευρές (cluster of hydrogen atoms) (B.P. Toole. Nature Reviews Cancer 4: , 2004)

77 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Δομή Σε χαμηλές συγκεντρώσεις: κάθε μόριο ΥΟ διαστέλλεται λόγω αμοιβαίας άπωσης ανάμεσα στα carboxyl groups. Έτσι καταλαμβάνει μεγάλο όγκο και παγιδεύεται νερό. Παχύρευστο ενυδατωμένο πήκτωμα. Σε περιορισμένο χώρο: τα μόρια του ΥΟ περιπλέκονται μεταξύ τους και σχηματίζουν ένα συνεχές αλλά πορώδες δίκτυο. έντονη «πίεση διόγκωσης» ('swelling pressure ) λόγω των αυξημένων αμοιβαίων απώσεων (B.P. Toole. Nature Reviews Cancer 4: , 2004)

78 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Δομή 20μm!!! (1000x σε σχέση με τον όγκο του) σε διαλύματα συμπεριφέρεται ως τυχαία έλικα διαμέτρου nm

79 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

80 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).

81 ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ

82 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Σύνθεση: απευθείας από την κυτταρική επιφάνεια X and Y are putative regulatory proteins (B.P. Toole. Nature Reviews Cancer 4: , 2004)

83 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)

84 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα: 1. Συνδετικός ιστός/αρθρώσεις: σταθερότητα, ελαστικότητα, λίπανση 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

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

86 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα: B. Ruffel and P. Johnson, The regulation and function of hyaluronan binding by CD44 in the immune system, Glycoforum, January 7, 2009) T lymphocyte rolling on endothelium can be mediated by CD44. The interaction between CD44 on T cells and hyaluronan on the surface of the endothelium is sufficient for the initial rolling interaction, which is required for the extravasation to tissues. This rolling interaction, together with chemokines (red) facilitates firm adhesion, mediated by the integrins (gray) and their counter receptors (blue) on endothelial cells which then leads to diapedesis and migration to the site of inflammation and infection

87 ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Λειτουργικότητα: Η CD44 μεσολαβεί και την 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

88 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα: Το ΥΟ διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό γραμμωτών μυικών κυττάρων Το ΥΟ παρεμποδίζει την πρώιμη κυτταρική σύντηξη των μυοβλαστών

89 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)

90 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ q- (θειϊκά κατάλοιπα) ΠΓ: Ονοματίζονται σύμφωνα με τη δομή του κυρίαρχου επαναλαμβανόμενου δισακχαρίτη τους

91 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Συχνά, ορισμένα από τα κατάλοιπα σε μία αλυσίδα ΓΑΓ τροποποιούνται μετά τη σύνθεση, πχ. η θειϊκή δερματάνη σχηματίζεται από τη θειϊκή χονδροϊτίνη

92 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

93 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

94 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)

95 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Η πιο σημαντική πρωτεογλυκάνη (250kDa) Κυρίαρχη ΠΓ στο χόνδρο Αγκρεκάνη (aggrecan) Εξωκυττάρια ΠΓ (ΕΚΟ) Σχηματίζει μεγάλα συσσωματώματα 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

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

97 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Αγκρεκάνη (aggrecan) 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

98 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

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

100 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΓ Κυτταρικής επιφάνειας Προσδένουν τα κύτταρα σε ινίδια της ΕΚΟ

101 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

102 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ (1) εξωκυττάριες (ΕΚΟ) (2) πρωτεογλυκάνες κυτταρικής επιφάνειας Κυρίως όσες έχουν ΓΑΓ θειϊκή ηπαράνη Πχ. FGF Ο συνδεδεμένος σε θειϊκή ηπαράνη FGF είναι ανθεκτικός στη διάσπαση από εξωκυττάριες πρωτεάσες η ΕΚΟ χρησιμοποιείται ως εξωκυττάρια δεξαμενή FGF

103 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 σε θειϊκή ηπαράνη συνδεκάνης-2 «παρουσιάζεται» ο 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

104 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ TGFβ (αυξητικός παράγοντας μετασχηματισμού) συνδέεται στην κεντρική πρωτεΐνη της β-γλυκάνης (ΠΓ κυτταρικής επιφάνειας) Υποδοχείς Ι και ΙΙ: κινάσες σερίνης/θρεονίνης Betaglycan (BG) dual modulation of TGF-β activities. BG (also known as the type III TGF-β receptor), potentiates TGF-β actions when it is membrane bound. Shedding of BG extracellular region generates the soluble form of the receptor. Soluble BG still binds TGF-β with the high affinity of the membrane BG, but instead of presenting it to the type II receptor, soluble BG sequesters it and therefore neutralizes its actions. Unique among other TGF-β inhibitors is the fact that BG may be subject to regulated shedding of its ectodomain making possible, in principle, control of the relative ratio of the membrane and soluble forms of the receptor, providing a way to switch TGF-β actions on or off Juarez et al., American Journal of Physiology-Renal Physiology 292(F321- F329), 2007

105 ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΣΥΝΟΨΗ: ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ ΓΑΓ ΚΑΙ ΠΓ Ρυθμίζουν την ενεργότητα εκκρινόμενων πρωτεϊνών δυνατότητα αποθήκευσης παραγόντων για μελλοντική χρήση Προστατεύουν τις πρωτεΐνες από πρωτεολυτική αποικοδόμηση Προσδένονται σε πρωτεΐνες αναστέλλοντας την ενεργότητά τους Τροποποιούν ή αυξάνουν τη συγκέντρωση πρωτεϊνών για «παρουσίασή» τους σε υποδοχείς κυτταρικής επιφάνειας

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

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

108 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΠΠΠ.1. ΛΑΜΙΝΙΝΗ

109 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ i. Λαμινίνη Γλυκοπρωτεΐνη προσκόλλησης. Οικογένεια 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: Θάνατος κατά την εμβρυογέννεση

110 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ i. Λαμινίνη Δισουλφιδικοί δεσμοί: συνδέουν τις αλυσίδες σε σχήμα σταυρού Μακρύς βραχίονας: τριπλή έλικα

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

112 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

113 i. Λαμινίνη!!! ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ

114 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΠΠΠ.2. ΙΝΤΕΓΚΡΙΝΕΣ

115 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Διαμεμβρανικές πρωτεΐνες Μεγάλη τάξη υποδοχέων κυτταρικής επιφάνειας για συστατικά ΕΚΟ Μεσολαβούν αλληλεπιδράσεις κυττάρου-εκο (ασθενείς αλλά πολλαπλές) διακυτταρικές αλληλεπιδράσεις μεταγωγείς σήματος

116 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

117 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

118 ii. Ιντεγκρίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ 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)

119 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Οι περισσότερες ιντεγκρίνες συνδέονται ενδοκυττάρια με δέσμες ινιδίων ακτίνης (α6β4 ημιδεσμοσωμάτων: με ενδιάμεσα ινίδια) ενδοκυττάριες πρωτεΐνες πρόσδεσης (ταλίνη, α-ακτινίνη, φιλαμίνη) ενδιάμεσες πρωτεΐνες πρόσδεσης (μεσολαβητικές πρωτεΐνες)

120 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)

121 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Ενεργοποίηση και αλλαγή στερεοδιάταξης ετεροδιμερούς

122 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Video-5

123 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Η ιντεγκρίνη α ΙΙb β 3 των PLTs δεν προσδένει ινωδογόνο κι άλλα συστατικά που συμμετέχουν στο σχηματισμό του θρόμβου αν δεν προηγηθεί ενεργοποίηση PLTs (ταυτόχρονα, αλλαγή στον κυτταροσκελετό)

124 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Video-3 Έτσι επιταχύνεται ο σχηματισμός θρόμβου. PLTs* Αλλαγή στερεοδιάταξης ιντεγκρίνης αιιbβ3 και σύνδεση μιας κυτταροσκελετικής πρωτεΐνης στην κυτταροπλασματική περιοχή της ιντεγκρίνης Μεταλλαγές ή έλλειψη β3: ασθενείς επιρρεπείς σε αιμορραγίες

125 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

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

127 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Πολύ συντηρημένες γλυκοπρωτεΐνες του ECM των σπονδυλοζώων (5% υδατάνθρακες). Ένα γονίδιο ΦΝ στον άνθρωπο, 20 διαφορετικές αλυσίδες (ισομορφές) από εναλλακτικό μάτισμα pre-mrna Διμερές πολυπεπτιδίων. 6 domains. 440kDa Κάθε αλυσίδα: μήκος 60-70nm, πάχος 2-3nm, 2446αα, kDa Video-4

128 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Πρόσδεση σε: ιντεγκρίνες κυτταρικής επιφάνειας, κολλαγόνο, ινώδες, πρωτεογλυκάνες θειϊκής ηπαράνης (πχ. syndecans), ηπαρίνη, tenascin (τενασκίνη). Η πρόσδεση της FN στα κύτταρα (ΙΝΤΕΓΚΡΙΝΕΣ) γίνεται διαμέσου της αλληλουχίας RGD Πρόσδεση σε ιντεγκρίνες κυτταρικής επιφάνειας RGD: ελάχιστη δομή που απαιτείται για αναγνώριση από υποδοχείς κυτταρικής επιφάνειας-ολόκληρο domain FN- ενισχύει την πρόσδεση

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

130 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ iii. Φιμπρονεκτίνες Υπάρχει σε διαλυτή (plasma, pfn) και αδιάλυτη μορφή (cellular, cfn) Διαλυτή: Κυκλοφορεί στο αίμα και στα άλλα υγρά του σώματος. Κύριο πρωτεϊνικό συστατικό πλάσματος ( μg/ml) ) Παράγεται από τα ηπατοκύτταρα και εκκρίνεται στο πλάσμα. 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, PLTs 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

131 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ (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. Αλληλεπιδράσεις FN- FN επιτρέπουν στα διαλυτά ινίδια που έχουν προσδεθεί στο κύτταρο να διακλαδωθούν και να σταθεροποιηθούν σε αδιάλυτο υλικόπλέγμα-δίκτυο FN)

132 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 Διαταραχές της έκφρασής της συσχετίζονται με τη μεταστατική συμπεριφορά ορισμένων καρκίνων του ανθρώπου, όπως του μελανώματος

133 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ: «Μοριακό ικρίωμα» (πλαίσιο) για κυτταρική προσκόλληση και μετανάστευση κυτταρική αύξηση, πολλαπλασιασμό και διαφοροποίηση Αυτές οι δράσεις υποστηρίζονται από αυξητικούς παράγοντες και άλλες μικρές πρωτεΐνες ΠΡΟΣΔΕΣΗ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΣΕ ΕΚΟ ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΥΝ ΙΝΩΔΕΣ ΚΟΛΛΑΓΟΝΟ Διαχωρισμός και στήριξη οργάνων και ιστών (ΕΚΟ). Εμβρυογένεση: μετανάστευση και διαφοροποίηση πολλών κυτταρικών τύπων Επούλωση τραύματος (μετανάστευση μακροφάγων και άλλων κυττάρων στην περιοχή τραύματος). Η FN πλάσματος μαζί με το ινώδες συμμετέχουν σε δημιουργία θρόμβου. Εξέλιξη πολλών ασθενειών.

134 iii. Φιμπρονεκτίνες ΦΝ + ιντεγκρίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ και κυτταρική προσκόλληση στο υπόστρωμα Μη-μεταναστεύοντα κύτταρα: Πλήθος δεσμών ινιδίων πλούσιων σε ακτίνη Πρόσδεση δεσμών σε μεμβράνη στα σημεία προσκόλλησης στο υπόστρωμα Συνέχεια ινιδίων ΕΚΟ ΦΝ και κυτταροπλάσματος Κύτταρα όγκων σε καλλιέργεια in vitro: Δεν προσκολλώνται στα τοιχώματα Χαμηλή σύνθεση ΦΝ, λίγες δέσμες ινιδίων ακτίνης Προσρόφηση καθαρισμένης ΦΝ σε καλλιέργεια: προσκόλληση σε τοιχώματα και ανάπτυξη δεσμίδων ινιδίων ακτίνης

135 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ και κυτταρική προσκόλληση στο υπόστρωμα Αιμοποιητικά κύτταρα (πρόδρομοι RBCs και WBCs): Ο πολλαπλασιασμός και διαφοροποίηση πρόδρομων κυττάρων προϋποθέτει πρόσδεσή τους σε ΦΝ 1. ΦΝ συντίθεται στο στρώμα των κυττάρων του μυελού 2. Τα πρόδρομα κύτταρα διαθέτουν τον υποδοχέα της ΦΝ (integrin α4β1) 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. τα πρόδρομα κύτταρα βρίσκονται ταυτόχρονα σε επαφή με ΕΚΟ και κύτταρα στρώματος μυελού

136 iii. Φιμπρονεκτίνες ΑΙΜΟΠΟΙΗΣΗ (πχ. ερυθροποίηση) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ και κυτταρική προσκόλληση στο υπόστρωμα 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

137 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

138 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 (σωμιτογένεση, μυογένεση, νεφρός, καρδιά, αγγεία κλπ)

139 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 κύτταρα ανοσοποιητικού συστήματος Μετακινούνται διαμέσου των θρόμβων του αίματος που αποτελούνται κυρίως από ινώδες

140 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΕΠΟΥΛΩΣΗ ΤΡΑΥΜΑΤΟΣ 1. Αιμόσταση και σχηματισμός προσωρινού ECM (δομική υποστήριξη για ακόλουθη πρόσδεση κυττάρων και πολλαπλασιασμό). Επαφή αίματος (pfn) -κολλαγόνου PLTs* aggregation και έκκριση παραγόντων φλεγμονής, πρωτεϊνών ECM, κυτταροκίνες (αυξητικούς παράγοντες κλπ) ΦΝ (pfn) και ινώδες: στρώμα πάνω στην πληγή που την μονώνουν και την υποστηρίζουν δομικά μέχρι το στάδιο κατασκευής κολλαγόνου. Πάνω σε αυτό το στρώμα μετακινούνται τα διάφορα μεταναστεύοντα κύτταρα στην πληγή και προσκολλούνται τα PLTs (ιντεγκρίνες) που εκκρίνουν διάφορες ουσίες. Επέκταση θρόμβων αίματος Αυτή η δομή στη συνέχεια αποικοδομείται και αντικαθίσταται από κοκκιώδη ιστό και στη συνέχεια από κολλαγόνο.

141 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ 2. Φάση φλεγμονής ΦΝ, αυξητικοί παράγοντες κλπ: προσελκύουν πολυμορφοπύρηνα ουδετερόφιλα στην πληγή. Φαγοκυττάρωση κυτταρικών υπολειμμάτων και βακτηρίων και καθαρισμός πληγής διαμέσου έκκρισης πρωτεασών που αποσυνθέτουν τον κατεστραμμένο ιστό. Στο τέλος, απόπτωση ουδετερόφιλων και εκκαθάρισή τους από άλλα μακροφάγα. Μακροφάγα: επιπρόσθετους ρόλους σε ενεργοποίηση κυττάρων που συνθέτουν επιθήλιο πληγής, κοκκιώδη ιστό, νέο ECM κλπ Νέο-αγγειογένεση: προσέλκυση και μετακίνηση ενδοθηλιακων κυττάρων (stem cells) στην πληγή από το σύστημα ΦΝ-ινώδες και χημειοτακτικά από παράγοντες αγγειογένεσης που εκκρίνουν κύτταρα (πχ. μακροφάγα και PLTs). Για τη μετακίνηση διασπούν με την βοήθεια κολλαγενάσης τμήμα του ECM της περιοχής.

142 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Συσσώρευση και πολλαπλασιασμός ινοβλαστών στην πληγή: χρησιμοποιούν το δίκτυο του ινώδους για τη μετακίνησή τους και συνδέονται σε ΦΝ. (1) Εκκρίνουν αυξητικούς παράγοντες (προσέλκυση επιθηλιακών κυττάρων στην πληγή) (2) Σύνθεση κοκκιώδους ιστού (νέα αγγεία, ινοβλάστες, ενδοθηλιακά κύτταρα και συστατικά ενός προσωρινού ECM, διαφορετικού από αυτό φυσιολογικών ιστών: Κυρίως από ΦΝ και ΥΟ= πήκτωμα με μεγάλη περιεκτικότητα σε νερό που διευκολύνει την κυτταρική μετανάστευση (ΦΝ, κολλαγόνο, ΓΑΓ, ελαστίνη, γλυκοπρωτεΐνες και ΠΓ). Ο κοκκιώδης ιστός γεμίζει όλη την πληγή. (3) Σύνθεση κολλαγόνου-φν (αρχικά τύπου ΙΙΙ, αργότερα τύπου Ι). Κύτταρα που εμπλέκονται στη φλεγμονή, αγγειογένεση και σύνθεση συνδετικού ιστού προσκολλώνται, αυξάνονται και διαφοροποιούνται πάνω στο κολλαγόνο. ΦΝ, αυξητικοί παράγοντες (PDGF, TGF-β) και υποξία: προάγουν μετανάστευση και πολλαπλασιασμό ινοβλαστών στην πληγή και την παραγωγή ECM (πχ. κολλαγόνο ΙΙΙ) από αυτούς επιτόπου. To produce new tissue, fibroblasts proliferate in the wound and migrate with the help of the growth factors and fibronectin. Fibronectin acts as a conduit for fibroblasts. It binds to both the wound matrix and the fibroblast, allowing the fibroblast to march down it (the fibronectin), move along the chemotactic gradient of growth factors, and take up residence in the wound

143 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Σχηματισμός επιθηλίου πληγής (από μεταναστεύοντα κερατινοκύτταρα-χρειάζονται ζωντανό ιστό πάνω στον οποίο μεταναστεύουν-απουσία αναστολής επαφής-ιντεγκρίνες ψευδοποδίων σε ECM). Τα επιθηλιακά κύτταρα κατά τη μετακίνησή τους: φαγοκυτταρώνουν κυτταρικά υπολείματα και βακτήρια, διαλύουν κατεστραμένες περιοχές ECM (κολλαγενάσες και ΜΜΡ) και εκκρίνουν αυξητικούς παράγοντες και πρωτείνες ΒΜ. Iνώδες, κολλαγόνο και ΦΝ του ECM: σηματοδοτούν κερατινοκύτταρα σε διαίρεση και μετανάστευση. Όπως οι ινοβλάστες, έτσι και τα μεταναστεύοντα κερατινοκύτταρα χρησιμοποιούν το υπόστρωμα ΦΝ-ινώδους για τη μετανάστευση.

144 iii. Φιμπρονεκτίνες ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ και κυτταρική μετανάστευση ΦΝ πλάσματος: ενσωματώνεται στο θρόμβο διαμέσου των domains πρόσδεσης ινώδους που διαθέτει 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.

145 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ iii. Φιμπρονεκτίνες και κυτταρική μετανάστευση Functions of plasma and cellular fibronectin (FN) during wound healing. The different forms of FN play distinct roles during the different stages of wound healing. To and Midwood. Fibrogenesis & Tissue Repair :21 pfn: συμμετέχει αρχικά στην διαδικασία της αιμόστασης (αιμοστατικός θρόμβος) Προσωρινό υλικό στην πληγή (ινώδες και άλλες πρωτεΐνες πλάσματος)-αιμόσταση και μετανάστευση κυττάρων Αργότερα, κύτταρα όπως PLTs, μακροφάγα, ινοβλάστες και ενδοθηλιακά: αποθέτουν cfn στο προσωρινό υλικό την οποία συγκροτούν σε αδιάλυτο πλέγμα Καθώς προάγεται η ανάπλαση του ιστού στην πληγή, το πλέγμα της Fn αποικοδομείται πλήρως.

146 ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΠΠΠ.4. ΙΝΩΔΟΓΟΝΟ

147 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

148 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ

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

150 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ

151 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ

152 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ μεταλλαγές στα γονίδια των 3 πολυπεπτιδικών αλυσίδων Ευπρόσβλητες θέσεις: σύνδεσης με θρομβίνη Παθολογικά ινωδογόνα-ελαττωματικός σχηματισμός θρόμβων Ολική έλλειψη ινωδογόνου: ανινωδογοναιμία

153 iv. Ινωδογόνο (fibrinogen) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ

154 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

155 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ εξωκυττάριες στιβάδες πρωτεϊνών nm (300nm). Υποστηρίζουν συνήθως τη «βασική πλευρά» επιθηλιακών ή ενδοθηλιακών κυττάρων διαχωρίζοντάς τα από τον υποκείμενο συνδετικό ιστό. Συντίθεται κυρίως από υποκείμενα κύτταρα του χαλαρού συνδετικού ιστού Περιβάλλει μυικά κύτταρα, λιποκύτταρα κλπ

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

157 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Υποστηρίζει όλα τα επιθηλιακά κύτταρα, αναδημιουργούμενα ηπατοκύτταρα, μυικά κύτταρα και τα ενδοθηλιακά κύτταρα που επενδύουν τα αιμοφόρα αγγεία Οι ινοβλάστες δεν μπορούν να διαπεράσουν τη ΒΜ, αλλά κύτταρα όπως τα μακροφάγα, τα λεμφοκύτταρα και οι νευρικές απολήξεις των νευρώνων μπορούν

158 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

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

160 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

161 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

162 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

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

164 Alport syndrome Σπάνια γενετική ασθένεια ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Arthur C. Alport οικογένεια με συγγενή αιμορραγική νεφρίτιδα, κώφωση και οφθαλμολογικά προβλήματα Νεφροπάθεια τελικού σταδίου (νεφρική ίνωση) 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

165 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

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

167 ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Ρύθμιση κυτταρικής διαφοροποίησης, κυτταρικής μετανάστευσης κλπ.

168 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

169 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΗΣ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ

170 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Γενικός κανόνας 1: τα συστατικά της ΕΚΟ δε λειτουργούν ως ανεξάρτητα διαλυτά μόρια αλλά ως υπερμοριακές δομές Γενικός 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 Πώς καθορίζεται αυτό? Από την κατανομή των πρωτεϊνικών domains με διαφορετικές ιδιότητες πρόσδεσης σε προκαθορισμένες θέσεις (χωρικά πρότυπα) στα μόρια των πρωτεϊνών Οι περισσότερες αλληλεπιδράσεις μεταξύ διάφορων συστατικών ΕΚΟ είναι μηομοιοπολικές αλλά αρκούντως σταθερές λόγω πλήθους και συνεργατικότητας μεταξύ τους. Οι λαμινίνες σχηματίζουν αυτόνομα εκτεταμένα δίκτυα παρουσία Ca ++, και αλληλεπιδρούν με nidogen/entactin, a-dystroglycan και άλλες πρωτεΐνες.

171 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ 2. Τα κύτταρα καθορίζουν τις τοπογραφικές παραμέτρους της υπερμοριακής συγκρότησης της ΕΚΟ Πχ. Οι ίνες κολλαγόνου έχουν ιστο-ειδική σύνθεση, διάμετρο και προσανατολισμό. σε στρώματα (δέρμα), σε σκοινί (τένοντα) κι σε εξαιρετικά οργανωμένα διαφανή στρώματα (κερατοειδής χιτώνας). Αλληλοκάθετες στρώσεις ινών διαμέτρου Α, σταθερή απόσταση μεταξύ τους διαφάνεια κερατοειδή στο ορατό φως η UV ακτινοβολία απορροφάται από κολλαγόνες ίνες και άλλα συστατικά κερατοειδή Διαταραχή κατανομής ινών κολλαγόνου: Αδιαφάνεια κερατοειδή (ΤΥΦΛΩΣΗ) Πχ. νόσος κερατοειδόκωνου Πχ. Επίδραση UV ή χημικών

172 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.

173 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Άμεση αλληλεπίδραση ΕΚΟ 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

174 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)

175 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. Φιμπρονεκτίνη.

176 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

177 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

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

179 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

180 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)

181 ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ

182 ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ Ειδική μορφή ΕΚΟ Eξελικτικά η κατασκευή του καθόρισε τη διαφορά ζωικών-φυτικών οργανισμών 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)

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

184 Στα ανώτερα φυτά: ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ Κυτταρίνη και ημικυτταρίνες (διακλαδιζόμενοι πολυσακχαρίτες) Μικροϊνίδια κυτταρίνης 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

185 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%

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

187 ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ H οργάνωση των μικροϊνιδίων κυτταρίνης συνδέεται άμεσα με αυτήν των περιφερειακών μικροσωληνίσκων ή των μικροϊνιδίων ακτίνης (σε φύκη) κολχικίνη διαταράσσεται εναπόθεση και οργάνωση ΦΚΤ

188