Sejtadhézió, sejtkapcsoló struktúrák, hámsejt Dr. L. Kiss Anna Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet, Semmelweis Egyetem Budapest 2017 Adhéziós molekulák, hámsejtek polaritása, mikrobolyhok, csillók, glikokalix, sejtkapcsoló struktúrák

Sejtadhézió Specifikus kapcsolatok a I. sejtek között, ill. II. sejtek és extracelluláris matrix (ECM) között. Integrálja a sejteket a soksejtű szervezetben, igen fontos szövetek szerveződésében. kihorgonyzás aktin mikrofilamentumokhoz vagy intermedier filamentumokhoz. Jelentősége: a fejlődés során (sejttársulások létrejötte, társulások átrendeződése, ideg-izom kapcsolat, interneuronális kapcsolatok, hámrétegek kialakulása, …) kialakult szervezetben tartós sejtkötelékek, pl. hám, idegrendszer, átmeneti sejtkapcsolatokk, pl. immunrendszer, sejtek vándorlása, pathologia: pl. ráksejtek kötelékből való kiszabadulása, áttétek. Sejtek közötti adhézió Sejt és ECM közötti adhézió

I. Sejtek közötti adhézió: Adhéziós fehérjék a membránban. - gyenge kötések (de sok). - integráns, transzmembrán fehérjék. - extracelluláris végük felelős az adhézióért, - intracelluláris végük kihorgonyzódik a sejtvázhoz. Homo- és heterotipiás kapcsolatok (azonos v. különböző fehérjék között). homotipiás heterotipiás

Sejtadhéziós molekulák homotípiás kötés heterotípiás kötés

Sejtadhéziós molekulák Ca2+-dependens: 1. cadherinek 2. selectinek 3. integrinek Ca2+-independens: 4. IgG-szerű (like)- CAMs (immunoglobulin superfamilia)

Sejtadhéziós fehérjék Cadherinek A sejtmembránon 1x átmenő peptidlánc, többnyire 5 ismétlődő extracelluláris domén. Merev, kiálló lánc vége kötődik az átellenes cadherin hasonló végével (homotípiás kötés). Domének stabilitása Ca2+ tól függ (Ca2+ -megvonásra összeesik, sejtek disszociációja Ca2+ -mentes közegben). Aránylag erős kötést biztosít.

Sejtadhéziós proteinek Cadherin szupercsalád (180 kül. cadherin emberben, „variációk egy témára”), elnevezés sejttípus szerint betűvel, újabban számozás. Klasszikus cadherinek: E-cadherin (epitheliális, hám- és morulasejtek), P-cadherin (placentáris, szív, tüdő, bél), N-cadherin (neurális, KIR fejlődésében, synaptogenesis), M-cadherin (musculáris, myoblastokban), R-cadherin (retinális, agy szegmentáció, idegkinövés), VE-cadherin (vasculáris endothel), K-cadherin (kidney), … Egy sejtben többféle cadherin is lehet, specifitás. E-cadherin megjelenése egér morulában: kompakció  1.5 napos 3.5 napos

2. Szelectinek 3. Integrinek Ca2+ -függő, gyenge adhézió, heterotípiás kötés. Lektinszerű végálló domén, ez a kötőhely más sejtek felszíni szénhidrátjai (glikoproteinek, glikolipidek) számára. Szerep: nyiroksejtek recirkulációja a szervezetben, fehérvérsejtek erek falához kitapadása (rolling_leukocyták mozgása) L-szelektin (fehérvérsejten), P-szelektin (vérlemezkén), E-szelektin (endothel sejteken) 3. Integrinek Ca2+ -függő, heterotípiás kötés. α és β lánc, extracelluláris végen a kötőhely. 24-féle integrin. Túlnyomó többség az extracelluláris matrix komponenseit köti, de néhány sejthez is. Ilyenek: LFA-1 (αLβ2) integrin (fehérvérsejtek felszínén), kötődik I-CAM és V-CAM adhéziós molekulához (endothel sejten). Fehérvérsejt kivándorlása érfalon keresztül. Mac-1 (αMβ2) integrin (makrophagokon, lymphocytákon)

Ca2+-independens: Ig szupercsaládhoz tartozó adhéziós molekulák (CAM-ok) Immunglobulin domének. Gyenge adhézió, fínom szabályozás. N-CAM (neurális sejtadhéziós molekula). Homotípiás kötések. Különböző mennyiségű sziálsav, negatív töltések!), Egymást taszító negatív töltések szabályozzák az adhézió erősségét. Szerep: idegrendszer fejlődésében, kinövő idegrostok, ganglionok kialakulásában. I-CAM, V-CAM (erek endothel sejtjein). Heterotípiás kötések fehérvérsejtek integrinjeivel. L1-CAM (idegrostokon axonvezetés, sejtvándorlás, differenciálódás), PECAM (vérlemezke-endothel adhézió)

II. Sejt és extracelluláris matrix (ECM) közti adhézió Szoros kapcsolat sejtek és ECM között. ECM: sejtek által termelt állomány: 1.) rostok; 2.) proteoglikánok, glükózaminoglikánok; 3.) mátrix kötő glikoproteinek 1.) Kötőszöveti rostok. Legfőbb képviselőjük a kollagénrost. Kollagéncsalád. I-es típusú kollagén (legelterjedtebb). Fibrózus fehérjékből felépülő fibrillumok, húzással szemben igen ellenállóak, kisebb-nagyobb kötegeket alkotnak. III-as típusú kollagén finom rostokat képez (rácsrostok).

2.) Proteoglikánok, glükozaminoglikánok. Glükozaminoglikánok (GAG) hosszú szénhidrátláncok, ismétlődő diszacharida-egységekből állnak, savi csoportokat (COOH és szulfát) tartalmaznak, ezért negatív töltésűek. Nagy a vízkötőképességük. Proteoglikán: központi fehérjelánchoz kapcsolódó GAG-láncok.

3. ) Matrixkötő glikoproteinek 3.) Matrixkötő glikoproteinek. Különböző fehérjék többféle kötőhellyel az ECM komponensek és a sejtek számára, ezek között hidakat képeznek. Legismertebb képviselőik a laminin és a fibronektin.

II. Sejt és extracelluláris matrix (ECM) közti adhézió: integrinek Integrinek szerepe: sejt-sejt kapcsolat:heterotípiás kötések a sejt-extracelluláris mátrix közötti kapcsolat: a sejtek letapadásában igen fontos integrálja az ECM-et a sejtvázzal: helyileg jelátvitel kivülről befelé ill. fordítva Közvetett jelentőség: sejtvándorlás, sejtosztódás, fejlődés, differenciálódás

Integrinek szerepe Aktív/inaktív konformáció. Egyik oldali ligandkötődés aktiválja a citoplazmatikus oldalt. ECM – citoszkeleton összekapcsolása: sejtek letapadása: talin szerepe

Integrinek szerepe a sejtek migrációjában Integrin internalizáció: caveolákkal reciklizáció v. lizoszómális degradáció

Integrin mint jelátviteli molekula ECM fehérjék, integrin ligandok: collagén, laminin, fobronectin, VCAM, vitronectin stb extracelluláris tér inaktív integrin aktív integrin növekedés, adhézió, migráció

Hámsejtek Felszini hám: szorosan összetapadt, poligonális sejtek. Folytonos réteg a felszinen. A felszini hámsejtek: polarizált sejtek: sejtorganellumok, citoszkeletális elemek, membrán domének és sejtkapcsoló struktúrák jellegzetes orientációban. bélcsatorna epitheliuma

Hámsejt Poligonális sejtek apikális laterális bazális

Apikális felszin Funkció: glykocalyx microvillus (kefeszegély,brush border) stereocilium cilium, flagellum Funkció: védelem (mechanical, biológiai) diffúziós barrier (gát) abszorpció mozgás szekréció (exocytosis) transzcitósis

Glycocalyx Funkció sejt-sejt felismerés (MHC, vércsoportok) enzim-funkció (vékonybélben: enterocytes) sejtmembrán

Microbolyhok (kefeszegély, brush border) Microfilamentumok (aktin) Glykocalyx 0.08 m 1 m Terminal web – aktin kötegek

Microbolyhok (kefeszegély) Felszín növelése!!!

Stereocilium hosszúság: 8-10 µm átmérő: 1 µm actin filaments Ductus epidydymis

Csilló hosszúság: 5-10 µm átmérő: 0,2 µm Funkció: mozgás Struktúra: microtubulusok (tubulin) nexin (összeköti a microtubulusokat dynein (külső és belső, motor fehérje)

Csilló (9x2 +2) és bazális test (9x3)

Bazális felszín Membrana basalis: szabad diffúzió gátlása polaritás indukálása regeneráció filter funkció (vese) hámsejt 1.) lamina basalis lamina lucida (rara) int. ext lamina densa 2.) lamina fibro-reticularis

Bazális felszín Membrana basalis (fénymikroszkóp) Lamina basalis: IV-típusú kollagén + adhéziós molekulák Glycoproteinek (laminin, fibronectin) + proteoglycanok Lamina rara externa (lamina lucida) Lamina densa Lamina rara interna Lamina fibroreticularis: TypIII-collagen

Membrana basalis Vékony réteg (40-120 nm) a hámsejtek bazális felszíne alatt (EM!!) lamina rara Electron mikroszkóp lamina densa lamina fibroreticularis

Membrana basalis molekuláris szerkezete Komponensek: Collagen type IV (többrétegű hálózatot képez: lamina densa, rezisztens és plasztikus réteg) Laminin (matrix-kötő molekula) Perlecan (proteoglycan) Nidogen (kis fehérje, sokféle kötőhellyel) Fibronectin (matrix-kötő molekula) Kötődés a plazmamembránhoz: integrin (laminin-receptor), dystroglycan és syndecan (membrán proteoglikánok) Perlecan Integrin Dystroglycan Laminin Nidogen lamina densa collagen Type IV  Fibronectin

A membrana basalis biológiai jelentősége: mechanikai: a.) hámsejteket köti az ECM-hez. (pl. erős kapcsolatot biztosít az epidermis és az alatta lévő kötőszövet között). Folyamatos réteg, b.) gátolja a kötőszöveti sejtek bevándorlását a hámba, ill. a hámsejtek bevándorlását a kötőszövetbe (daganat!). sejtbiológiai: információt, jeleket küld az integrineken keresztül a sejt belsejébe (fontos a túlélésben, sejtosztódásban, a sejtek polaritásának fenntertásában, regenerációban.) Lamina basalis nélkül nincs hám!!!! Genetikai defektusai: letálisak. 3. molekuláris: szűrő (vese glomerulusokban, sejteke, fehérjéket tart vissza). A pórusainak mérete elsősorban a proteoglikánoktól függ.

Bazális csikolat membrán invaginációk+mitochondriumok

Laterális felszín: sejtkapcsoló struktúrák Mechanikai összekötő struktúrák: macula adherens (desmosoma) zonula adherens hemidesmosoma Diffúziós gátak zonula occludens (tight junction) Communikáló junctio-k nexus (gap junction) Hosszú életű kapcsolat a sejtek ill. a sejtek és az ECM között. Általános felépítés: adhéziós molekulák, adaptor fehérjék, cytoskeleton

Desmosomák and zonula adherens: Mechanikai kapcsoló struktúrák adaptor fehérjék: (cateinek, vinculin, α-actinin) adaptor fehérjék integráns membrán fehérje adaptor fehérjék integráns membrán fehérje

Zonula adhaerens Desmosoma

Zonula occludens (tight junction) Barrier funkciójú struktúra a sejtmembránban és intercelluláris résben Lokalizáció: a hámsejt oldalán (közel az apicalis felszínhez) övszerűen körben.  

EM kép a z. occludensről fagyasztva-töréssel A zonula occludens (tight junction) molekuláris szerkezete: integráns membránfehérjék (occludin és claudin) szorosan egymás mellé rendeződve lineáris sorokat képeznek. Ez képezi a gátat. Szoros kötődés az intercelluláris résben. EM kép a z. occludensről fagyasztva-töréssel adapter fehérjék: ZO1; ZO2 actin filamentumok claudin occludin

Z. occludens funkciója: Biológiai jelentőség: diffúziós barrier a membránban (laterális diffúzió gátlása), apicalis és basolateralis membrándomén, eltérő membránfehérjekészlettel diffúziós barrier az intercelluláris résben, szabad diffúzió gátolt. Biológiai jelentőség: kontrollált transzport a hámrétegen keresztül, a szabad diffúzió kizárásával 

Nexus (gap junction, macula communicans) Foltszerű kapcsolóstruktura, a két szomszédos sejtmembránba épített és egymáshoz csatlakozó csatornakomplexekből (konnexonokból) áll. nexus   A nexus keresztmetszeti képe, EM kép A nexus EM képe fagyasztva-töréssel

A nexus (gap junction, „réskapcsolat”) molekuláris szerkezete: Nexus: connexonokból álló membránterület connexon: 6 db körben elhelyezkedő integráns membránfehérjéből (connexinből) álló csatorna. Hasonló csatorna kapcsolódik hozzá az átellenes membránban.(intercelluláris csatornák). Connexin: a membránon 4x áthaladó peptidlánc 

Connexonok A connexonok: általában sejttípusokra specifikusak. Különböző connexin-kombinációk egy connexonban. connexin izoformák: Cx50 szemlencsében, hiánya szürkehályoghoz vezet Cx26 belső fül sejtjeiben, hiánya halláskárosodáshoz vezet Cx32 idegrostokban, hiánya idegrostpusztulást okoz

Nexus A nexus biológiai jelentősége: kommunikáció sejtek között (tápanyagellátás biztosítása (lencsesejtek, csontsejtek között, folliculáris sejt felől a petesejt felé), sejtkötelék egységes reagálása adott jelre a fejlődésben, stb. sejtek elektromos kapcsolása (elektromos szinapsis). Ionos kapcsolat a sejtek között, ingerület késés nélkül terjed tovább (egyes idegsejtek kapcsolata, szívizom egységes összehúzódása, simaizom)

Sejt-ECM kapcsolóstrukturák Fokális kontaktus: adhéziós molekulák: integrinek adapter molekulák: talin, vinculin sejtváz: intermedier filamentumok ECM: fibronektin hálózat Hemidesmosoma (féldesmosoma): adhéziós mol.: integrinek (pl. laminin-receptor α6β4) adapter molekulák: plectin, distonin sejtváz: intermedier (keratin) filamentumok ECM: laminin, lamina basalis  

Hemidesmosomes

Sejtkapcsoló struktúrák polarizált hámsejteken

Felhasznált illusztrációk forrása:  Röhlich: Szövettan, 3. kiadás, Semmelweis Kiadó Budapest  Alberts – Johnson – Lewis – Raff – Roberts – Walter: Molecular biology of the cell. 5. kiadás, Garland Science  Röhlich: saját prep. és/vagy felvétel, ill. rajz  Junqueira – Carneiro: Histologie, 6. kiadás, Springer