Εξωκυττάριο στρώμα (ΕΣ) 1
Παραδείγματα εξωκυτταρικού στρώματος. Στιβάδες επιθηλιακών κυττάρων στηρίζονται σε μια λεπτή στιβάδα εξωκυτταρικού στρώματος που ονομάζεται βασικός υμένας. Κάτω από τον βασικό υμένα υπάρχει χαλαρός συνδετικός ιστός, ο οποίος αποτελείται κυρίως από εξωκυτταρικό στρώμα που εκκρίνεται από ινοβλάστες. Το εξωκυτταρικό στρώμα περιέχει ινώδεις δομικές πρωτεΐνες ενσωματωμένες σε μια ζελατινώδη θεμέλια ουσία πολυσακχαριτικής σύστασης. 2
Η σύσταση των εξωκυττάριων στρωμάτων ποικίλλει ανάλογα με τον ιστό Γενικά αποτελείεται από ινώδεις πρωτείνες ενσωματωμένες σε Ζελατινώδη θεμέλια ουσία πολυσακχαρτικής σύστασης Πρωτείνες πρόσφυσης Τενοντες: Υψηλό ποσοστό ινωδών πρωτεινών Χόνδροι: Υψηλή συγκέντρωση πολυσακχαρίτών ανθεκτικό πήκτωμα Οστά: Εναπόθεση κρυστάλλων φωσφορικού ασβεστίου Βασικός υμένας: Διαφορετική σύσταση 3
Δομικές πρωτείνες του ΕΣ 4
Η δομή του κολλαγόνου Η δομή του κολλαγόνου. (Α) Τρεις πολυπεπτιδικές αλυσίδες τυλίγονται η μία γύρω από την άλλη σχηματίζοντας μια χαρακτηριστική δομή τριπλής έλικας. (Β) Η αλληλουχία αμινοξέων μιας επικράτειας τριπλής έλικας του κολλαγόνου αποτελείται από επαναλήψεις Gly-X-Y, όπου Χ είναι συχνά προλίνη και Υ είναι συχνά υδροξυπρολίνη (Hyp). 5
Σχηματισμός της υδροξυπρολίνης. Η προλυλ-υδροξυλάση μετατρέπει κατάλοιπα προλίνης του κολλαγόνου σε υδροξυπρολίνη. 6
Σύνθεση και συναρμολόγηση των ινιδίων κολλαγόνου από προκολλαγόνο 7
Ινίδια κολλαγόνου Ι. (Α) Τα μόρια κολλαγόνου συναρμολογούνται σε μια ομαλή κλιμακωτή διάταξη και σχηματίζουν ινίδια. Τα μόρια εμφανίζουν αλληλεπικάλυψη κατά το ένα τέταρτο του μήκους τους, αφήνοντας ένα μικρό κενό ανάμεσα στο αμινοτελικό άκρο του ενός μορίου και το καρβοξυτελικό άκρο του επόμενου. Η συγκρότηση ενισχύεται από ομοιοπολικές διασυνδέσεις ανάμεσα στις πλευρικές αλυσίδες των καταλοίπων λυσίνης ή υδροξυλυσίνης, κυρίως στα άκρα των μορίων. (Β) Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου που δείχνει ινίδια κολλαγόνου. Οι χαρακτηριστικές εγκάρσιες γραμμώσεις των ινιδίων οφείλονται στην κλιμακωτή διάταξη των μορίων κολλαγόνου και στα κενά που υπάρχουν ανάμεσά τους. 8
Αντιπροσωπευτικά μέλη της οικογένειας των κολλαγόνων 9
Βασικός Υμένας - Δίκτυα Κολλαγόνου τύπου IV (Α) Η δομή με επαναλήψεις Gly-X-Y του κολλαγόνου τύπου ΙV (κίτρινο) διακόπτεται από πολυάριθμες μη ελικοειδείς αλληλουχίες (που φαίνονται με κάθετες γραμμώσεις). Γιαυτό τα κολλαγόνα αυτού του τύπου έχουν περισσότερο ευέλικτη δομή και σχηματίζουν δίκτυα αντί ινιδίων (Β) Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου που δείχνει ένα δίκτυο κολλαγόνου τύπου IV. 10
Έλλειψη ή μεταλλάξεις στα μόρια κολλαγόνου έχουν αποτέλεσμα παθολογικούς φαινοτύπους 11
Ελαστικές ίνες 12
Πολυσακχαρίτες του ΕΣ 13
Πολυσακχαρίτες: Γλυκοζαμινογλυκάνες (GAG) Οι γλυκοζαμινογλυκάνες αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες μονάδες δισακχαριτών. 14 Με εξαίρεση την υαλουρονάνη, οι δισακχαρίτες αυτοί περιέχουν συχνά θειική ομάδα.
Σύμπλοκα συσσωματάνης (aggrecan) και υαλουρονάνης (hyaluronic acid) Η συσσωματάνη είναι μια μεγάλη πρωτεογλυκάνη που αποτελείται από περισσότερες από 100 αλυσίδες θειικής χονδροϊτίνης ενωμένες με μια κεντρική πρωτεΐνη. Πολυάριθμα μόρια συσσωματάνης προσδένονται σε μακριές αλυσίδες υαλουρονάνης, σχηματίζοντας μεγάλα σύμπλοκα στο εξωκυτταρικό στρώμα των χόνδρων. Αυτή η σύνδεση σταθεροποιείται από συνδετικές πρωτεΐνες. 15
Οι πρωτεινογλυκάνες κατραλαμβάνουν μεγάλο όγκο και σχηματίζουν πηκτώματα μεγάλης αντοχής 16
Πρωτείνες πρόσφυσης του στρώματος 17
Δομή της φιμπρονεκτίνης Η φιμπρονεκτίνη είναι ένα διμερές που αποτελείται από δύο όμοιες πολυπεπτιδικές αλυσίδες ενωμένες μεταξύ τους μέσω δισουλφιδικών δεσμών κοντά στο καρβοξυτελικό τους άκρο. Στην εικόνα υποδεικνύονται οι θέσεις πρόσδεσης των πρωτεογλυκανών, των κυττάρων και του κολλαγόνου. Το μόριο περιέχει και άλλες θέσεις πρόσδεσης που δε φαίνονται στο σχήμα. 18
19
Δομή των λαμινινών Οι λαμινίνες αποτελούνται από τρεις πολυπεπτιδικές αλυσίδες, τις α, β και γ. Στην εικόνα υποδεικνύονται οι θέσεις πρόσδεσης της εντακτίνης, του κολλαγόνου τύπου IV, των πρωτεογλυκανών και των επιφανειακών υποδοχέων. 20
Αλληλεπιδράσεις Κυττάρου - ΕΣ 21
ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΒΑΣΙΚΟΥ ΥΜΕΝΑ 23
Δομή των ιντεγκρινών. Οι ιντεγκρίνες είναι ετεροδιμερή αποτελούμενα από δύο διαμεμβρανικές υπομονάδες, τις α και β. Η υπομονάδα α δεσμεύει δισθενή κατιόντα, τα οποία συμβολίζονται με Μ2+. Η περιοχή πρόσδεσης στο στρώμα αποτελείται από τμήματα και των δύο υπομονάδων. 24
Συνδέσεις κυττάρου-στρώματος όπου συμμετέχουν ιντεγκρίνες. Οι ιντεγκρίνες συμμετέχουν σε δύο τύπους σταθερής σύνδεσης του κυτταροσκελετού με το εξωκυτταρικό στρώμα: στις εστιακές προσφύσεις και στα ημιδεσμοσώματα. Στις εστιακές προσφύσεις, δέσμες ινιδίων ακτίνης συνδέονται με την υπομονάδα β των περισσότερων ιντεγκρινών με τη μεσολάβηση άλλων πρωτεϊνών, όπως είναι η α-ακτινίνη, η ταλίνη και η βινκουλίνη. Στα ημιδεσμοσώματα, η ιντεγκρίνη α 6β4 συνδέει τον βασικό υμένα με τα ενδιάμεσα ινίδια μέσω της πλεκτίνης και της ΒΡ230. 26 Η ΒΡ180 ευθύνεται για τη συναρμολόγηση και τη σταθερότητα των ημιδεσμοσωμάτων.
Ενεργοποίηση των ιντεγκρινών Στην ανενεργή διαμόρφωση, οι κεφαλές της ιντεγκρίνης παραμένουν κοντά στην επιφάνεια του κυττάρου. Σήματα από το κυτταροδιάλυμα ενεργοποιούν τις ιντεγκρίνες, εκτείνοντας τις κεφαλές τους και επιτρέποντάς τους να προσδεθούν στο εξωκυτταρικό στρώμα. Το γεγονός αυτό οδηγεί σε στρατολόγηση περισσότερων ιντεγκρινών και σχηματισμό μιας εστιακής πρόσφυσης. Σε μετακινούμενα κύτταρα, η 28 αντιστροφή αυτών των αλλαγών διαμόρφωσης αποσυνδέει τις ιντεγκρίνες από το εξωκυτταρικό στρώμα.
Το σηματοδοτικό μονοπάτι των ιντεγκρινών Η πρόσδεση ιντεγκρινών στο εξωκυτταρικό στρώμα οδηγεί στη δημιουργία συμπλόκων επιφέροντας την ενεργοποίηση της FAK μέσω αυτοφωσφορυλίωσης. Στη συνέχεια, η κινάση Src προσδένεται στη θέση αυτοφωσφορυλίωσης της FAK και φωσφορυλιώνει επιπρόσθετες τυροσίνες της FAK. Οι φωσφοτυροσίνες της FAK 29των οποίων είναι το σύμπλοκο λειτουργούν ως θέσεις πρόσδεσης για διάφορα καθοδικά σηματοδοτικά μόρια, μεταξύ Grb2-Sos, το οποίο οδηγεί στην ενεργοποίηση της Ras, η κινάση PI 3 και η φωσφολιπάση C-γ.