ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΕΣ ΟΥΣΙΕΣ

ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΕΣ ΟΥΣΙΕΣ (extracellular matrix, ECM) Μαριάννα Χ. Αντωνέλου, Ph.D. Λέκτορας Τμήματος Βιολογίας, Πανεπιστημίου Αθηνών 19-01-2015

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 που περιβάλλει, συνέχει και υποστηρίζει τα κύτταρα? 4

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ορισμός: 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) 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 Η ECM στις νευρομυϊκές συνάψεις φαίνεται να διατηρεί «τοπική μνήμη» και λειτουργία και μετά την απομόνωσή της. 6

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

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εμβρυογένεση: τα διάφορα κυτταρικά στρώματα που πρέπει να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους με συγκεκριμένο τρόπο διαχωρίζονται/επικοινωνούν διαμέσου ECM (όχι διακυτταρικές συνδέσεις διαμέσου πχ. διαμεμβρανικών πρωτεϊνών αλλά μέσω πρόσφυσης των κυττάρων στην ECM-ιντεγκρίνες). Αλλαγές στη σύσταση της 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 (τελικό στάδιο εμβρυικής ανάπτυξης, κυτταρικές μετακινήσεις-επαναδιευθετήσεις) 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 (παχύ, αδιαπέραστο, δύσκαμπτο σε σχέση με ΕΚΟ ζωικών κυττάρων-κύτταρα: μεγαλώνουν αλλά δεν εμφανίζουν σχετική μετακίνηση) Επιδερμίδιο και κέλυφος αυγών στα έντομα 11

ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟ ΥΛΙΚΟ: ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ 1) «Υπόστρωμα» τύπου πηκτώματος (matrix) Κυρίως αποτελείται από ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ Γλυκοζαμινογλυκάνες (ΓΑΓ) Πρωτεογλυκάνες(ΠΓ) 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 Βασική μεμβράνη= μορφή ECM Επιθήλια και μύες επικάθονται πάνω σε ΒΜ Εγκάρσια τομή δέρματος 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) (συνθέτουν πρωτεΐνες συνδετικού ιστού και ECM υαλουρονικό/πρωτεογλυκάνες) 14

ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Βασική μεμβράνη= μορφή ECM Νεφρικό σπείραμα: ΒΜ: πορώδες φίλτρο / barrier (Η 2 Ο, ιόντα, μικρά μόρια εισέρχονται στον ουρικό χώρο vs. Πρωτεΐνες/κύτταρα μένουν στο αίμα) 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

Σύνοψη: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ECM: αναγκαία σε πολλά κύτταρα για να εκτελέσουν συγκεκριμένες λειτουργίες 1 2 3 Στηρικτική δομή-συνοχή κυττάρων και ιστών Μηχανική αντοχή- προσκόλληση Σχήμα-Σταθερότητα-Ευκαμψία ιστών Καθορίζουν ειδικά χαρακτηριστικά πυκνού και χαλαρού συνδετικού ιστού Ειδική πρωτεϊνοσύνθεση (πχ. αλβουμίνη σε ηπατικά κύτταρα) Σωστή αρχιτεκτονική σκελετού Διήθηση/φιλτράρισμα ουσιών Παρουσίαση ή αποκλεισμός σημάτων σε κύτταρα (ορμόνες, αυξητικοί παράγοντες) Διαφοροποίηση κυττάρων προκειμένου να αποκτήσουν λειτουργίες ενός συγκεκριμένου κυτταρικού τύπου Μορφογένεση (τελικό στάδιο εμβρυικής ανάπτυξης, απόκτηση μορφής διαμέσου κυτταρικών μετακινήσεων/επαναδιευθετήσεων) 17

ΜΕΡΟΣ Α Κολλαγόνα 18

ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΚΑΙ ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Κύρια κατηγορία αδιάλυτων ινωδών πρωτεϊνών ECM και συνδετικού ιστού η πλέον κυρίαρχη πρωτεΐνη στο ζωικό βασίλειο, στο ανθρώπινο σώμα (approximately 30% of its protein mass) 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). Unlike animal collagenases that split collagen in its native triplehelical conformation (Woolley et al. 1975, Gross et al. 1974), bacterial collagenase is unique because it can degrade both water-insoluble native collagens and water-soluble denatured ones. 20

ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ ΚΑΙ ΕΛΑΣΤΙΝΕΣ Σε κύτταρα που σχετίζονται με σύνθεση και έκκριση κολλαγόνου παρατηρείται έντονα ανεπτυγμένο ΕΔ 21

Τύποι κολλαγόνου ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Στη σχετική ονοματολογία: ο τύπος του κολλαγόνου αποδίδεται με λατινικούς αριθμούς (σε παρένθεση οι υπομονάδες) 22

ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Τύποι κολλαγόνου 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

ΝΗ2 Δεξιόστροφη τριπλή έλικα COOH ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Στοιχειώδης δομική μονάδα κολλαγόνου Ι: 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). ΟΗ-Lys ΟΗ-Lys Κάθε αλυσίδα: ακριβώς 1050 αμινοξέα. Περιελίσσεται η μια γύρω από την άλλη σε μια χαρακτηριστική δεξιόστροφη τριπλή έλικα. Όλα τα κολλαγόνα: 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. 26

3 α-έλικες (GXΥ) ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Τρία αμινοξέα για κάθε περιστροφή της έλικας του κολλαγόνου Κάθε τρίτο αμινοξύ είναι γλυκίνη. Δεσμοί υδρογόνου ανάμεσα σε πεπτιδικό δεσμό Gly με πεπτιδική καρβονυλική ομάδα σε αα γειτονικής αλυσίδας: συνεισφέρουν στη συγκρότηση των τριπλών αλυσίδων Πολλές περιοχές αλυσίδων κολλαγόνου αποτελούνται από το επαναλαμβανόμενο μοτίβο Gly-Pro-X Το κολλαγόνο είναι επίσης πλούσιο σε προλίνη και υδροξυπρολίνη (εδώ σταθεροποιούν την τριπλή έλικα vs. πακετάρισμα αα σε α-έλικα) 27

Γονίδια ινωδών κολλαγόνων I, II, III, V ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ αα αλληλουχία: αντικατοπτρίζει οργάνωση γονιδίων τους pro-α1(ι) γονίδιο: 51 εξώνια τα 46: κωδικοποιούν περιοχές της τριπλής έλικας (μικρά) 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 Σημερινά γονίδια: πολλαπλοί διπλασιασμοί κατά την εξέλιξη (ορισμένα εξώνια κωδικοποιούν 2 ή 3 πρωτογενείς μονάδες, σε άλλα έχουν χαθεί 9bp από το αρχικό εξώνιο κλπ) 28

Γονίδια ινωδών κολλαγόνων I, II, III, V ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ The COL1A1 gene is 18 kb in size and is composed of 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) 29

Γονίδια ινωδών κολλαγόνων I, II, III, V ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ 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 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 Two pro a1 (I) chains associate in trimers with one pro a2 (I) chain to form the type I collagen fibrils after proteolysis. 31

ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Πολλά τριπλά μόρια I πακετάρονται το ένα δίπλα στο άλλο (σχετική μετατόπιση 67 nm, ¼ μήκους τους) σχηματίζοντας ινίδια κολλαγόνου (50-200nm σε διάμετρο) 1.5nm 50-200nm Ένα μικρό κενό χωρίζει την ουρά του ενός μορίου από την κεφαλή του επόμενου. 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) 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

ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Βιοσύνθεση του κολλαγόνου 34

Βιοσύνθεση του κολλαγόνου Αυτοσυγκροτούμενη εξωκυττάρια δομή ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ προκολλαγόνο (επιμήκες πρόδρομο μόριο) NH2, COOH προπεπτίδια (σφαιρικά, και μία κοντή ελικοειδή περιοχή, S-S) 150αα 250αα 35

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. https://www.youtube.com/watch?v=ymufi1jtc8m 36

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 37 o C και φυσιολογικά ινίδια Μη-υδροξυλιωμένες αλυσίδες προκολλαγόνου Αποικοδόμηση εντός του κυττάρου Ευθραυστότητα αγγείων, δέρματος, τενόντων (σκορβούτο, έλλειψη βιταμίνης C στη δίαιτα) 37

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 38

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 39 τενόντων (αποδιοργανωμένες δέσμες κολλαγόνου κι όχι οργανωμένα ισχυρά ινίδια)

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. 40

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 ιστών 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. ΑΥΤΕΣ ΟΙ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΕΞΑΣΦΑΛΙΖΟΥΝ ΑΝΑΝΕΩΣΗ ECM ΣΤΟΥΣ ΤΕΝΟΝΤΕΣ/ΟΣΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ 41

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. 42

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 43

ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Στο χόνδρο:.. II και ΙΧ Τύπος ΙΧ Κολλαγόνο που σχετίζεται με ινίδια (like XII, XIV) (διακοπτόμενη δομή τριπλής έλικας παρεμποδίζει το σχηματισμό ινιδίων ΙΧ) Οι μη-ελικοειδείς περιοχές προσδένουν το ινίδιο ΙΙ σε πρωτεογλυκάνες/γαγ και άλλα συστατικά της ECM Κόμβος Τα κολλαγόνα αυτά (IX, XII, XIV) συνδέονται με ινίδια που σχηματίζονται από άλλους τύπους κολλαγόνου 44

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 45

ΚΟΛΛΑΓΟΝΑ Συνδυασμός διαφορετικών τύπων κολλαγόνου σε διάφορες δομές Στον τένοντα:.. I και VI 46

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 (αλλά όχι ορατού φάσματος) για προστασία αμφιβληστροειδή Κ: με ικανότητα ανάπλασης μετά από τραυματισμό (έγκαυμα/ασθένειες) 47

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) Τετραμερής συγκρότηση: με συσχέτιση ΝΗ2 περιοχών Διακλαδισμένες ίνες ποικίλης αλλά λεπτής διαμέτρου: με πλευρικές αλληλεπιδράσεις περιοχών τριπλών ελίκων Ακανόνιστο δυσδιάστατο ινώδες δίκτυο: με αλληλεπιδράσεις μεταξύ τριπλών ελίκων και COOH περιοχών διαφορετικών μορίων Κυρίαρχες ίνες στη βασική μεμβράνη 48

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 49

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 NH 2 άκρο Gly-COOH α1(ι) πιο επιβλαβείς μεταλλαγές (vs. NH 2 -Gly που επιτρέπουν το σχηματισμό αρκετά μεγάλων περιοχών τριπλής έλικας). 50

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 51

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, η κλινική σοβαρότητα των μεταλλαγών 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 52

ΕΛΑΣΤΙΝΗ 53

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) ΕΛΑΣΤΙΝΗ 54

ΕΛΑΣΤΙΝΗ Μεταλλαγές σε γονίδιο ελαστίνης ( ανεπάρκεια πρωτεΐνης) σε άνθρωπο και ποντικό: Στένωση αορτής ή άλλων αρτηριών (Εκτεταμένη διαίρεση λείων μυϊκών κυττάρων στο αρτηριακό τοίχωμα-η ελαστικότητα των αρτηριών οφείλεται στην αναχαίτιση αυτών των κυτταρικών διαιρέσεων) 55

Γλυκοπρωτεΐνη 70kDa (750αα, πλούσια σε Pro, Gly, λίγη OH-Pro, OXI OH-Lys) ΕΛΑΣΤΙΝΗ 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 56

ΕΛΑΣΤΙΝΗ Διαλυτό, πρόδρομο μόριο ελαστίνης (εκκρίνεται στον εξωκυττάριο χώρο) Ομοιοπολική σύνδεση Οργάνωση σε ινίδια, ελαστικές ίνες και ελάσματα/ επιφάνειες (ομοιοπολικές διασυνδέσεις, όπως το κολλαγόνο) με πολυμερισμό τροποελαστίνης Διασύνδεση μεταξύ τους Η δομή των ινών και των ελασμάτων τα καθιστά ΕΛΑΣΤΙΚΑ (το πώς είναι άγνωστο) 57

Στον εξωκυττάριο χώρο οι ίνες υφίστανται τέντωμα και χαλάρωση (εξαιρετικά σημαντική ιδιότητα για ιστούς όπως καρδιά, πνεύμονες, νεφροί κλπ) ΕΛΑΣΤΙΝΗ ανασυσπείρωση/χαλαρά συνδεδεμένες (ομοιοπολικά) αλυσίδες/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 58

ΕΛΑΣΤΙΝΗ Ελαστικές ίνες: = κεντρική δομή που καλύπτονται από περίβλημα μικροϊνιδίων φιμπριλίνης (διαμ. 10nm) Γλυκοπρωτεΐνες όπως η φιμπριλίνη συνδέονται με την ελαστίνη για να εξασφαλίσουν 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. 59

ΕΛΑΣΤΙΝΗ 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 60

ΕΛΑΣΤΙΝΗ 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 ΛΙΓΟΤΕΡΟ ΕΥΛΥΓΙΣΤΕΣ ΑΡΘΡΩΣΕΙΣ/ΣΥΝΔΕΣΜOI ΡΥΤΙΔΕΣ ΣΤΟ ΔΕΡΜΑ 61

ΜΕΡΟΣ Β ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ (ΓΑΓ) ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ (Βλεννοπολυσακχαρίτες και Βλεννοπρωτεΐνες) matrix 62

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Γλυκοζαμινογλυκάνες: από μακριές πολυσακχαρικές αλυσίδες χωρίς διακλαδώσεις. Επαναλήψεις μονάδων δισακχαριτών Υψηλό αρνητικό φορτίο (φορτισμένες θειϊκές ή καρβοξυλικές ομάδες) (ιστοχημικά ανιχνεύονται με βασικές χρωστικές) ΗΜ: παρατήρηση με ερυθρό του ρουθηνίου κατά τη μονιμοποίηση (πολυκατιοντικές ιδιότητες χρωστικής) 63

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Γλυκοζαμινογλυκάνες: Προσελκύουν θετικά ιόντα (Na+) Προσελκύουν νερό Η ενυδάτωση προσκαλεί πίεση διόγκωσης (σπαργή) Προστασία αρθρώσεων χόνδρος: από δυνάμεις συμπίεσης 64

Γλυκοζαμινογλυκάνες: ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ 7 κατηγορίες - Συνδέονται με πρωτεΐνες Πρωτεογλυκάνες 65

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Πρωτεογλυκάνες = γλυκοζαμινογλυκάνες + πρωτεΐνες Η σύνδεση γίνεται σε κατάλοιπα σερίνης με έναν τρισακχαρίτη που περιλαμβάνει Ξυλόζη και Γαλακτόζη 66

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 + 100 αλυσίδες θειϊκής χονροϊτίνης (12αα:1ΓΑΓ) 67

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 68

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Λειτουργίες Κυτταρική αύξηση και μετανάστευση: Μετά από δημιουργία υαλουρονικού οξέος στον εξωκυττάριο χώρο. Με επίδραση υαλουρονιδάσης (εκκρίνεται) (αποικοδόμηση YO): Διακοπή αυτών των λειτουργιών 69

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Λειτουργίες Κερατοειδής: Οι ΓΑΓ συμμετέχουν στη συγκρότηση του τρισδιάστατου κολλαγονούχου στρώματος 70

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ 71

ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) (hyaluronic acid) 72

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Η μεγαλύτερη ΓΑΓ (ΜΒ ranging from 0.2 to 10 million Dalton) Πολλές επαναλήψεις (50 έως 50.000) 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 73

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ 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: 528-539, 2004) 74

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ 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 (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. 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 (επαναποκτά το αρχικό του ή άλλο σχήμα ανάλογα με τις συνθήκες που ισχύουν πλέον στο εξωκυττάριο περιβάλλον). (B.P. Toole. Nature Reviews Cancer 4: 528-539, 2004) 75

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Δομή Αν αφεθεί χωρίς περιορισμούς: ένα μόριο ΥΟ έως 20μm!!! (1000x σε σχέση με τον όγκο του) Το ΥΟ δεν είναι μια μακρυά σταθερή ράβδος (όπως το κολλαγόνο) Σε διαλύματα συμπεριφέρεται ως τυχαία έλικα διαμέτρου 300-500nm Ωστόσο, ξεχωριστές περιοχές του μορίου πτυχώνονται σε μία ραβδόμορφη στερεοδιάταξη: Τοπικές σταθερές δομές (β-διασυνδέσεις μεταξύ σακχαριτών και υδρογονοδεσμοί μέσα στην αλυσίδα μεταξύ γειτονικών καταλοίπων σακχάρου.) 76

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) 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 77

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Proteoglycans and hyaluronan interact via the hyaluronan-binding-region 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) 78

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) 79

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Σύνθεση: απευθείας από την κυτταρική επιφάνεια 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. 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: 528-539, 2004) 80

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ 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) 81

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα-1, 2: 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) 2. 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 82

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα-2: 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 83

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα-2: 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 facilitates firm adhesion, mediated by the integrins and their counter receptors on endothelial cells which then leads to diapedesis and migration to the site of inflammation and infection 84

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Η CD44 μεσολαβεί και την ανακύκλωση του ΥΟ (εσωτερίκευση/αποικοδόμηση/απομάκρυνση από τον εξωκυττάριο χώρο) Although 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 A. (Τhe nature of this internalization step has not, as yet, been fully characterized but is known not to represent the classical clathrin-coated vesicle). (invagination to endosome - subsequent fusing with Lys - 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 B). Following removal of extracellular hyaluronan by treatment with Streptomyces hyaluronidase or removal of the entire matrix plus membrane proteins by trypsin 85 treatment, intracellular hyaluronan is revealed (panel C).

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΓΑΓ: Υαλουρονικό οξύ (ΥΟ) Λειτουργικότητα-3: 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, μηδιαιρούμενη μυϊκή ίνα η οποία βιοσυνθέτει μυοειδικές πρωτεΐνες και μία διαφορετική (χωρίς ΥΟ) ΕΚΟ, τη βασική μεμβράνη. Το ΥΟ παρεμποδίζει την πρώιμη κυτταρική σύντηξη των μυοβλαστών 86

ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Πρωτεογλυκάνες = γλυκοζαμινογλυκάνες + πρωτεΐνες 87

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) 88

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ q- (θειϊκά κατάλοιπα) ΠΓ: Ονοματίζονται σύμφωνα με τη δομή του κυρίαρχου επαναλαμβανόμενου δισακχαρίτη τους 89

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 90

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) 91

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 92

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) 93

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 94

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 95

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Αγκρεκάνη (aggrecan) Μέσω του τρισακχαρικού συνδέσμου συνδέονται ομοιοπολικά στην αγκρεκάνη πολλαπλές αλυσίδες θειικής χονδροϊτίνης και θειικής κερατάνης Aggrecan: 210-250kDa Monomer: (aggrecan) + (100-150GAG) = 2.500kDa PG: (min 100 monomers): 10 6-3x10 6 96

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 97

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ Σημασία ΓΑΓ που συμμετέχουν στις ΠΓ των ΕΚΟ: γενετικές ασθένειες 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) 98

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) 99

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) 100

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 101

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 102

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ TGFβ (αυξητικός παράγοντας μετασχηματισμού, σημαντικός κατά την εμβρυική ανάπτυξη) συνδέεται στην κεντρική πρωτεΐνη της ΠΓ κυτταρικής επιφάνειας β-γλυκάνη 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 103

ΓΛΥΚΟΖΑΜΙΝΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΚΑΙ ΠΡΩΤΕΟΓΛΥΚΑΝΕΣ ΣΥΝΟΨΗ: ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ ΓΑΓ ΚΑΙ ΠΓ Ρυθμίζουν την ενεργότητα εκκρινόμενων πρωτεϊνών Παρέχουν 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 104

3. Πρωτεΐνες EKO πολλαπλής προσκόλλησης Προσδένονται σε: 1. Κολλαγόνα 2. Πρωτεογλυκάνες 3. Ειδικoύς υποδοχείς κυτταρικής επιφάνειας 105

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 106

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΛΑΜΙΝΙΝΗ 107

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 εμβρυογένεση 108

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ i. Λαμινίνη Δισουλφιδικοί δεσμοί: συνδέουν τις πολυπεπτιδικές αλυσίδες της λαμινίνης σε σχήμα σταυρού Ο μακρύς βραχίονας σχηματίζει τριπλή έλικα 109

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ i. Λαμινίνη Διαθέτει θέσεις μεγάλης συγγένειας πρόσδεσης για τα άλλα συστατικά βασικής μεμβράνης και τους πρωτεϊνικούς υποδοχείς των λαμινινών 110

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 111

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Λαμινίνη: η πρωτεΐνη του Θεού!!! https://www.y outube.com/w atch?v=snl5 ma9xnmk 112

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΙΝΤΕΓΚΡΙΝΕΣ 113

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες Διαμεμβρανικές πρωτεΐνες Μεγάλη τάξη υποδοχέων κυτταρικής επιφάνειας για συστατικά ΕΚΟ Πολλοί ρόλοι: Μεσολαβούν αλληλεπιδράσεις κυττάρου-εκο (ασθενείς αλλά πολλαπλές) διακυτταρικές αλληλεπιδράσεις (κυττάρου-κυττάρου) μεταγωγείς σήματος ενδοκυττάρια (ενεργοποίηση από ΕΚΟ, κυτταροπλασματικές συνδέσεις: κυτταρική ανάπτυξη, επιβίωση, διαίρεση) 114

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 115

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες 116

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες 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 Αρκετές υπομονάδες ιντεγκρίνης στα θηλαστικά έχουν cyt περιοχές που υφίστανται εναλλακτικό «μάτισμα (splicing): αλληλεπιδρούν διαφορετικά με συστατικά κυτταροσκελετού. Οι περισσότερες ιντεγκρίνες συνδέονται ενδοκυττάρια με δέσμες ινιδίων ακτίνης https://www.youtube.com/watch?v=_a8q2 OWrdvM&list=PL2AA5E6B10911081B (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 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) πχ. με πρόσδεση κολλαγόνου ή θρομβίνης σε ένα σχηματιζόμενο θρόμβο 124

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ii. Ιντεγκρίνες 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 ΜΕΡΟΣ Γ ΦΙΜΠΡΟΝΕΚΤΙΝΕΣ (V) Ρόλος: πρόσδεση κυττάρων (διαμέσου ιντεγκρίνης) σε ΕΚΟ που περιέχουν ινώδες Κολλαγόνο (I, II, III V) Πρωτεΐνη προσκόλλησης Σύνθετη πρωτεΐνη: προσδένεται σε πολλά μόρια 127

Φιμπρονεκτίνη 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 (προσδίδει εξειδικευμένη λειτουργικότητα στο μόριο) Διμερές πολυπεπτιδίων (σχεδόν ίδια, S-S δεσμοί στα COOH άκρα). 6 domains. 440kDa Κάθε αλυσίδα: μήκος 60-70nm, πάχος 2-3nm, 2446αα, 230-250kDa 128

Φιμπρονεκτίνη 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

Φιμπρονεκτίνη ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Video-4 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

Φιμπρονεκτίνη ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Υπάρχει σε διαλυτή (plasma, pfn) και αδιάλυτη μορφή (cellular, cfn) Plasma: Κυκλοφορεί στο αίμα και στα άλλα υγρά του σώματος. Κύριο πρωτεϊνικό συστατικό πλάσματος (230-650μg/ml) ) Παράγεται από τα ηπατοκύτταρα και εκκρίνεται στο πλάσμα. Δεν έχει μία ή και τις 2 επαναλήψεις ΙΙΙ (EDA/EDB). Cellular: 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 131

Φιμπρονεκτίνη ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Δε σχηματίζονται ινίδια FN αυθόρμητα αλλά μόνο όταν έρθει σε επαφή με κύτταρα που εκφράζουν ιντεγκρίνες πχ. την α5β1 132

ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ 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. Αλληλεπιδράσεις FN- FN επιτρέπουν στα διαλυτά ινίδια που έχουν προσδεθεί στο κύτταρο να διακλαδωθούν και να 133 σταθεροποιηθούν σε αδιάλυτο υλικόπλέγμα-δίκτυο FN)

Φιμπρονεκτίνη ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ Συσσωμάτωση υποδοχέων 134

Φιμπρονεκτίνη ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ: 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 (με ογκογόνο ιό) 135

Φιμπρονεκτίνη ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΕΚΟ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ: «Μοριακό ικρίωμα» (πλαίσιο) για κυτταρική προσκόλληση και μετανάστευση Έτσι ρυθμίζει 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. 136

Βασική μεμβράνη (ΒΜ) 137

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 138

ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ ΔΕΝ πρόκειται για λιπιδική διπλοστοιβάδα (Η.Μ.): εξωκυττάριες στιβάδες πρωτεϊνών 40-120nm (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 139

ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ επιθηλιακά κύτταρα Κερατοειδής σαλαμάνδρας: ΒΜ (300nm) Ίνες κολλαγόνου επιθηλιακά κύτταρα Κερατοειδής κουνελιού: Ημιδεσμοσώματα (βέλη) ΒΜ (50nm) Ίνες κολλαγόνου 140

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 141

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 142

ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Perlecan: ειδική για τη ΒΜ κεντρική πρωτεΐνη πρωτεογλυκάνης θειϊκής ηπαράνης (heparan sulfate proteoglycan 2 (HSPG2) 143

ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ (***) Κολλαγόνο IV: Μεταλλαγές Σύνδρομο Alport IV: δυσδιάστατο πλέγμα, σχήμα και σταθερότητα ΠΓ θειικής ηπαράνης, περλεκάνης, εντακτίνης, λαμινίνης Πρωτεΐνες (+) 10% υδατάνθρακες (ΓΑΓ) 144

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 145 upregulation of profibrotic factor

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 146

ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ 147

ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Η ΒΜ συνδέεται με τη μεμβράνη των επιθηλιακών κυττάρων διαμέσου πρωτεϊνών όπως οι ιντεγκρίνες και η δυστρογλυκάνη Δυστρογλυκάνη: πρωτεογλυκάνη ΕΚΟ 148

ΒΑΣΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Ρύθμιση κυτταρικής διαφοροποίησης, κυτταρικής μετανάστευσης κλπ. 149

ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΗΣ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ 150

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 151

ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ 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 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. 152

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). Αλληλοκάθετες στρώσεις (20+) κολλαγόνων ινών διαμέτρου 300-700Α, σταθερή απόσταση μεταξύ τους κ-κ 600Α εξασφαλίζουν τη διαφάνεια κερατοειδή στο ορατό φως (η UV ακτινοβολία απορροφάται από κολλαγόνες ίνες και άλλα συστατικά κερατοειδή (ΒΜ, επιθηλιακά κύτταρα) έτσι ώστε δεν φτάνει στον αμφιβληστροειδή) Διαταραχή κατανομής ινών κολλαγόνου: Αδιαφάνεια κερατοειδή (ΤΥΦΛΩΣΗ) Πχ. νόσος κερατοειδόκωνου Πχ. Επίδραση UV ή χημικών 153

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. 154

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 Ινοβλάστες κυτταροκαλλιέργειας (+) παροχή κολλαγόνου: επιμήκυνση σχήματος, ενδοκυττάρια ανάπτυξη ινιδίων ακτίνης, πολυμερισμός τουμπουλίνης σε μικροσωληνίσκους 155

ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ Η παρουσία ΕΚΟ (πχ, κολλαγόνο) επηρεάζει πολλές κυτταρικές λειτουργίες πχ. σύνθεση πρωτεϊνών Η πρωτεΐνοσύνθεση ηπατοκυττάρων (πχ. mrna αλβουμίνης).. Μόνο σε επαφή με τη ΒΜ και σε ECM ειδικής σύνθεσης Επιθηλιακά κύτταρα in vitro παράγουν διπλάσια ποσότητα κολλαγόνου όταν βρεθούν σε υπόστρωμα που περιέχει κολλαγόνο (έστω διαλυτό) 156

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. Κυτταροσκελετός (actomyosin- ελκτική δύναμη σε κυτταροπλασματική περιοχή ιντεγκρίνης πχ.)- Ιντεγκρίνες *-Φιμπρονεκτίνη. Έτσι υποβοηθείται η οριζόντια συγκρότηση φιμπρονεκτίνης σε περικυτταρικό δίκτυο ινιδίων. Το ίδιο γίνεται και με το κολλαγόνο. 157

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 158

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 159

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 11 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). 160 14 15 16

ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ 161

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) 162

ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ Επιμήκη ινίδια σε πλέγμα από διακλαδισμένα μόρια (όπως η ΕΚΟ ζωικών κυττάρων) 163

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 164

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% 165

ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ Πήκτωμα από πηκτίνη στο οποίο εγκλείεται ένα άκαμπτο πλέγμα που αποτελείται από : Κυτταρίνη γλυκοπρωτεΐνες ημικυτταρίνη 166