ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟ ΣΤΡΩΜΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ

Transcript

1 Maura Strigini 09/01/2012 ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟ ΣΤΡΩΜΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ Βασικές Αρχές Κυτταρικής Βιολογίας Ιατρικές Εκδόσεις Π.Χ.Πασχαλίδης, 2000 ΚΕΦ. 19:

2 ΣΤΑ ΖΩΑ 4 ΚΥΡΙΑ ΕΙΔΗ ΙΣΤΩΝ: ΣΥΝΔΕΤΙΚΟΣ, ΕΠΙΘΗΛΙΑΚΟΣ, ΝΕΥΡΙΚΟΣ, ΜΥΙΚΟΣ Κάθε ιστός είναι οργανωµένο άθροισµα κυττάρων που συγκρατούνται σ ένα σύνολο µε διακυτταρικές συγκολλήσεις + εξωκυττάριο στρώµα.

3 osteogenesis imperfecta, characterized by weak bones that fracture easily chondrodysplasias, characterized by abnormal cartilage, which leads to bone and joint deformities Ehlers-Danlos syndrome, characterized by fragile skin and blood vessels and hypermobile joints Alport syndrome, a human hereditary kidney disorder Marfan's syndrome, a relatively common human genetic disease affecting connective tissues; the aorta may be prone to rupture. leucocyte adhesion deficiency affects white blood cells and patients suffer repeated bacterial infections. Glanzmann's disease, patients bleed excessively Pemphigus, a fatal autoimmune disease, characterised by severe blistering of the skin, with leakage of body fluids into the loosened epithelium

4 ΣΥΝΔΕΤΙΚΟΙ ΙΣΤΟΙ το εξωκυττάριο στρώµα είναι άφθονο (και σηκώνει το µηχανικό φορτίο) σκληροί και εύκαµπτοι (δέρµα, τένοντες) σκληροί και πηκτοί (οστά) ελαστικοί (χόντροι) Κύτταρα: ινοβλάστες, οστεοβλάστες, χοντροβλάστες,

5 ΕΠΙΘΗΛΙΑ - ΕΠΙΘΗΛΙΑΚΑ ΦΥΛΛΑ το εξωκυττάριο στρώµα είναι λιγοστό ανάλογα µε το πάχος τους: ΠΟΛΥΣΤΙΒΟ ΕΠΙΘΗΛΙΟ (επιδερµίδα) ΑΠΛΟ ΕΠΙΘΗΛΙΟ (βλεννογόνος του εντέρου) Τα κύτταρά τους µπορούν να είναι: ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΑ ΚΥΒΙΚΑ ΠΛΑΚΩΔΗ

6 Συνδετικός ιστός κάτω από επιθηλιακή στιβάδα κυττάρων - Αποτελείται από εξωκυττάρια ουσία (που εκκρίεται από τους ινοβλάστες) και κύτταρα

7 ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟ ΣΤΡΩΜΑ

8 Σε έναν ιστό, ο εξωκυττάριος χώρος αποτελείται κυρίως από ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟ ΣΤΡΩΜΑ. Το εξωκυττάριο στρώµα περιέχει πρωτεϊνες και πολυσακχαρίτες που εκκρίνονται τοπικά και συναρµολογούνται σε οργανωµένο δίκτυο σε επαφή µε την επιφάνεια του κυττάρου που τα παρασκευάζει. GAGs=ΓΛΥΚΟΣΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ (π.χ. ΥΑΛΟΥΡΟΝΙΚΟ ΟΞΥ) ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ (π.χ. AGGRECAN) ΚΟΛΛΑΓΟΝΟ ΕΛΑΣΤΙΝΗ ΙΝΩΔΟΝΕΚΤΙΝΗ ΛΑΜΙΝΙΝΗ

9 ΓΛΥΚΟΣΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ υαλουρονικό οξύ, θειϊκή ηπαρίνη, χονδροϊτίνη, κερατάνη

10 ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ

11 Συνάθροισµα πρωτεογλυκανών από χόνδρο - συνδέονται σε µόρια σήµατα, δρουν ως φίλτρα

12 Ινίδια κολλαγόνου στον συνδετικό ιστό του δέρµατος Το κύτταρο είναι ένας ινοβλάστης

13 Το κολλαγόνο είναι η ΚΥΡΙΑ ΠΡΩΤΕЇΝΗ ΤΗΣ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ 25% της συνολικής πρωτεΐνης θηλαστικών 10 τύποι κολλαγόνου (fibrillar collagens, fibril-associated collagens, network-forming collagens) Δοµή ενός τυπικού µορίου κολλαγόνου (Α.) single collagen alpha chain, triplets of Gly-X-Y (α-αλυσίδα) - ~ 1000 ΑΑ (B.) model of 3 alpha chains forming helical rod (τρίκλωνο ελικοειδές µόριο) (C.) hydrogen bonds among hydroxylated Pro and Lys stabilize triple helix

14 Ενδοµοριακά και διαµοριακά cross-links µεταξύ των πλευρικών αλυσίδων των Λυσίνων µέσα σε ένα ινίδιο κολλαγόνου Ιntramolecular and intermolecular cross-links form between modified lysine side chains within a collagen fibril

15 Ενδοκυττάρια και εξωκυττάρια βήµατα στην παραγωγή των ινιδίων κολλαγόνου και των ινων κολλαγόνου Intracellular and extracellular events involved in the formation of collagen fibrils and collagen fibers

16 Ενδοκυττάρια και εξωκυττάρια βήµατα στην παραγωγή των ινιδίων κολλαγόνου και των ινων κολλαγόνου * * Scurvy: caused by a dietary deficiency of vitamin C that was common in sailors - the defective pro-α chains that are synthesized fail to form a stable triple helix

17 Ινίδια κολλαγόνου στον συνδετικό ιστό του δέρµατος. Τα ινίδια οργανώνονται σε δεµάτια => ίνες κολλαγόνου δεµάτια = BUNDLES

18 Ινίδια κολλαγόνου στον συνδετικό ιστό του δέρµατος. Τα ινίδια οργανώνονται σε δεµάτια => ίνες κολλαγόνου * * * * * * osteogenesis imperfecta: collagen I (weak bones, fractures) chondrodysplasia: collagen II (abnormal cartilage, defencts in bones and joints) Ehler-Danlos syndrome: collagen III (fragile skin, blood vessels and hypermobile joints)

19 Type IX collagen

20 Η fibrillin είναι αναγκαία για την ακεραιότητα των ελαστικών ινών. * Aorta Elastic fibers in blood vessels * Marfan s syndrome: fibrillin - aorta prone to rupture

21 Η ελαστίνη (elastin) χαρίζει ελαστικότητα και ικανότητα τάνυσης στους ιστούς Ελαστικό δίκτυο µορίων ελαστίνης. Οµoιοπολικοί δεσµοί σε κόκκινο. Ολόκληρο το σύµπλοκο µπορεί να τεντώνεται και να συσπάται όπως ένα λάστιχο. (Stretching network of elastin molecules. Covalent bonds in red. The entire assembly can stretch and contract like a rubber band.)

22 Fibronectin structure: dimer (ινωδονεκτίνη ή φιµπρονεκτίνη) Laminin structure: 3 polypeptides (λαµινίνη)

23 Οι ιντεγκρίνες συνδέουν το στρώµα που βρίσκεται στο εξωτερικό του κυττάρου µε τον ενδοκυττάριο σκελετό πρωτεϊνες προσαρµογείς ιντεγκρίνες Ε.Σ. (κολλαγόνο, ινωδονεκτίνη/fibronectin)

24 Οι ιντεγκρίνες συνδέουν το στρώµα που βρίσκεται στο εξωτερικό του κυττάρου µε τον ενδοκυττάριο σκελετό πρωτεϊνες προσαρµογείς * * ιντεγκρίνες * * Glanzmann s disease: beta-3 integrin (bleeding - no binding of platelets to fibrinogen during blood clotting) Leucocyte adhesion deficiency: beta-2 integrin (no transmigration of leucocytes through blood endothelium to infection site)

25 ΒΑΣΙΚΟΣ ΥΜΕΝΑΣ A current model of the molecular structure of a basal lamina The basal lamina is formed by specific interactions between the proteins type IV collagen, laminin, nidogen and the proteoglycan perlecan

26 ΒΑΣΙΚΟΣ ΥΜΕΝΑΣ A current model of the molecular structure of a basal lamina The basal lamina is formed by specific interactions between the proteins * type IV collagen, laminin, nidogen and the proteoglycan perlecan * Alport syndrome: collagen IV - kidney disorder

27 ΒΑΣΙΚΟΣ ΥΜΕΝΑΣ Three ways in which basal laminae are organized: They surround certain cells (muscle) They underlie cell sheets (epithelium) They are interposed between two cell sheets (kidney) *

28 ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟ ΣΤΡΩΜΑ (A) Collagen (E) Collagen in anchoring fibril (B) Laminin (F) Collagen in huge fiber (C) Integrin (D) Large proteoglycans B C D F A E D.S. Goodsell-The Machinery of Life, 2nd Edition 2009

29 ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ ΔΙΑΚΥΤΤΑΡΙΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ

30 Λειτουργική κατάταξη των κυτταρικών συνδέσµων ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ ΑΠΟΦΡΑΞΗΣ (occluding junctions) ΣΤΕΓΑΝΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ (tight junctions - vertebrates only) ΔΙΑΦΡΑΓΜΑΤΙΚΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ (septate junctions - invertebrates mainly) ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ ΠΡΟΣΔΕΣΗΣ (anchoring junctions) Actin filament attachment sites cell-cell junctions ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ (adherens junctions) cell-matrix junctions ΕΣΤΙΕΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ (focal adhesions) Intermediate filament attachment sites cell-cell junctions ΔΕΣΜΟΣΩΜΑΤΙΑ (desmosomes) cell-matrix junctions ΗΜΙΔΕΣΜΟΣΩΜΑΤΙΑ (hemidesmosomes) ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ (communicating junctions) ΧΑΣΜΟΣΥΝΔΕΣΜΟΙ (gap junctions ) ΧΗΜΙΚΕΣ ΣΥΝΑΨΕΙΣ (chemical synapses)

31 Στεγανός σύνδεσµος Σύνδεση προσκόλλησης Δεσµοσωµάτιο Χασµοσύνδεσµος Ηµιδεσµοσωµάτιο

32 ΣΤΕΓΑΝΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ 1) Διαχωρίζουν την κορυφαία από τη βασική επιφάνεια του κυττάρου, δηλαδή συµβάλλουν στην ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ

33 ΣΤΕΓΑΝΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ 2) Συγκολλάνε τα γειτονικά κύτταρα σε µια επιθηλιακή στιβάδα και έτσι αποτρέπουν τη διαρροή µορίων ανάµεσά τους. Εµποδίζουν τη διαρροή από το επιθήλιο. Λειτουργούν ως ΑΠΟΦΡΑΞΗ. (A) The drawing shows how a small extracellular tracer molecule added on one side of an epithelium cannot traverse the tight junctions that seal adjacent cells together. (B) Electron micrographs of cells in an epithelium in which a small, extracellular, electron-dense tracer molecule has been added to either the apical side (on the left) or the basolateral side (on the right). In both cases, the tracer is stopped by the tight junction.

34 A current model of a tight junction (A) This drawing shows how the sealing strands hold adjacent plasma membranes together. The strands are composed of transmembrane proteins that make contact across the intercellular space and create a seal. (B) This drawing shows the transmembrane claudin and occludin proteins in a tight junction. The claudins are the main components of the sealing strands; the function of the occludins is uncertain.

35 ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ ΠΡΟΣΔΕΣΗΣ This drawing illustrates, in a very general way, how anchoring junctions join cytoskeletal filaments from cell to cell and from cells to the extracellular matrix.

36 Κυτταρικός σκελετός Τα τρία στοιχεία του κυτταρικού σκελετού Μικροσωληνίσκοι Μικροινίδια ακτίνης Ενδιάµεσα ινίδια

37 Κυτταρικός σκελετός Μικροσωληνίσκοι Μικροινίδια ακτίνης Ενδιάµεσα ινίδια

38 The construction of an anchoring junction from two classes of proteins δεµάτιο ακτίνης/ ενδιάµεσα ινίδια This drawing shows how intracellular anchor proteins and transmembrane adhesion proteins form anchoring junctions. Πρωτεϊνες προσαρµογείς/συνδετικές πρωτεϊνες διαµεµβρανικές πρωτεϊνες προσκόλλησης

39 ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ δηµιουργούν ζώνη προσκόλλησης Οι δέσµες νηµατίων ακτίνης των γειτονικών κυττάρων συντέονται µεταξύ τους Adherens junctions. (A) Adherens junctions, in the form of adhesion belts, between epithelial cells in the small intestine. (B) Some of the molecules that form an adherens junction. The actin filaments are joined from cell to cell by transmembrane adhesion proteins called cadherins. The cadherins form homodimers in the plasma membrane of each interacting cell.

40 ΔΕΣΜΟΣΩΜΑΤΙΑ (A) An electron micrograph of three desmosomes between two epithelial cells in the intestine of a rat. (B) An electron micrograph of a single desmosome between two epidermal cells in a developing newt, showing clearly the attachment of intermediate filaments. (C)The structural components of a desmosome. On the cytoplasmic surface of each interacting plasma membrane is a dense plaque composed of a mixture of intracellular anchor proteins. A bundle of keratin intermediate filaments is attached to the surface of each plaque. Cadherin-family proteins link the cells.

41 ΔΕΣΜΟΣΩΜΑΤΙΑ * * pemphigus: affected individuals make antibodies against one of their own desmosomal cadherin proteins

42 ΔΕΣΜΟΣΩΜΑΤΙΑ ΚΑΙ ΗΜΙΔΕΣΜΟΣΩΜΑΤΙΑ The distribution of desmosomes and hemidesmosomes in epithelial cells of the small intestine. The keratin intermediate filament networks of adjacent cells are indirectly connected to one another through desmosomes and to the basal lamina through hemidesmosomes.

43 Types of Adhesion: Cell-extracellular matrix Cell Junction Types: Focal Adhesions Hemidesmosomes Εστίες Προσκόλλησης κύτταρα που έρπουν Ηµιδεσµοσωµάτια καθηλώµενα κύτταρα

44 ΗΜΙΔΕΣΜΟΣΩΜΑΤΙΑ Anchor cells to extracellular matrix They link the ECM to the intermediate filament network (like desmosomes) and not to the actin network. Integrins can be the link. Present in tissues subject to shear or lateral stress

45 ΕΣΤΙΕΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ (A) In these immunofluorescence micrographs, cells in culture have been labeled with antibodies against both actin (green) and the intracellular anchor protein vinculin (red). Note that vinculin is located at focal adhesions, which is also where bundles of actin filaments terminate at the plasma membrane. (B) Some of the proteins that form focal adhesions. The transmembrane adhesion protein is an integrin heterodimer, composed of an α and a β subunit. Its extracellular domains bind to components of the extracellular matrix, while the cytoplasmic tail of the β subunit binds indirectly to actin filaments via several intracellular anchor proteins.

46 ΧΑΣΜΟΣΥΝΔΕΣΜΟΙ επιτρέπουν τη δίοδο ιόντων και µικρών µορίων από κύτταρο σε κύτταρο (A) A three-dimensional drawing showing the interacting plasma membranes of two adjacent cells connected by gap junctions. The apposed lipid bilayers (red) are penetrated by protein assemblies called connexons (green), each of which is formed by six connexin subunits. Two connexons join across the intercellular gap to form a continuous aqueous channel connecting the two cells. (B) The organization of connexins into connexons and connexons into intercellular channels. The connexons can be homomeric or heteromeric, and the intercellular channels can be homotypic or heterotypic.

47 Gap junction coupling in the ovarian follicle The oocyte is surrounded by a thick layer of extracellular matrix called the zona pellucida. The surrounding granulosa cells are coupled to each other by gap junctions formed by connexin 43 (Cx43). In addition, the granulosa cells extend processes through the zona pellucida and make gap junctions with the oocyte. These gap junctions contain a different connexin (Cx37). Mutations in the gene encoding Cx37 cause infertility by disrupting the development of both the granulosa cells and the oocyte. *

48 Σύνδεση προσκόλλησης Χασµοσύνδεσµος D.S. Goodsell-The Machinery of Life, 2nd Edition 2009

49 Στεγανός σύνδεσµος Σύνδεση προσκόλλησης Δεσµοσωµάτιο Χασµοσύνδεσµος Ηµιδεσµοσωµάτιο

50 Junctions Overview Tight Junctions seal neighbouring cells and maintain polarity Adherens Junctions join actin bundles between cells Desmosomes join intermediate filaments between cells Gap Junctions allow cell-cell communication, passage of small molecules Hemidesmosomes anchor cell intermediate filaments to ECM Focal adhesions anchor microfilaments (actin) to ECM <-> modulated in motile cells

51 Figure 22-11

52 The structure of a tight junction between epithelial cells of the small intestine The junctions are shown (A) schematically, (B) in a freeze-fracture electron micrograph, (C)in a conventional electron micrograph.

53 Τα κύτταρα οργανώνουν το κολλαγόνο που εκκρίνουν Πώς το εξωκυττάριο στρώµα µπορεί να διαδίδει και οργανώνει τον προσανατολισµό των κυττάρων µέσα σε έναν ιστό. (How the extracellular matrix could propagate order from cell to cell within a tissue.) Ένα κύτταρο επηρεάζει τον προσανατολισµό των γειτονικών κυττάρων. (One cell influences the orientation of its neighboring cells.)

54 Η κάµψη ενός επιθηλιακού φύλλου για το σχηµατισµό ενός σωλήνα ή ενός κυστιδίου Εγκόλπωση του επιθηλιακού φύλλου προκαλούµενη από µια προσανατολισµένη σύστολη του κοριφαίου δυκτύου ακτίνης. Ο επιθηλιακός σωλήνας αποκόπτεται απο το υπερείµενο κυττάριο φύλλο. The oriented contraction of the bundles of actin filaments running along adhesion belts causes the epithelial cells to narrow at their apex and helps the epithelial sheet to roll up into a tube. An example is the formation of the neural tube in early vertebrate development. Although not shown here, rearrangements of the cells within the epithelial sheet are also thought to have an important role in the process.

55 Some of the molecular components of a desmosome Desmoglein and desmocollin are members of the cadherin family of adhesion proteins. Their cytoplasmic tails bind plakoglobin (γ-catenin), which in turn binds to desmoplakin. Desmoplakin also binds to the sides of intermediate filaments, thereby tying the desmosome to these filaments.