Sejtadhézió, sejtkapcsoló struktúrák, hámsejt Dr. Röhlich Pál prof. emeritus ÁOK 2011/2012 I. félév: A sejtbiológia alapjai 2011. 09. 27.

Sejtek közötti adhézió: Sejtadhézió Specifikus kapcsolatok a sejtek között, ill. sejtek és extracelluláris matrix (ECM) között. Integrálja a sejteket a soksejtű szervezetben, igen fontos szövetek szerveződésében. Kihorgonyzás aktin mikrofilamentumokhoz vagy intermedier filamentumokhoz. Jelentősége: fejlődésben (sejttársulások létrejötte, társulások átrendeződése, ideg-izom kapcsolat, interneuronális kapcsolatok, hámrétegek kialakulása, …) kialakult szervezetben (tartós sejtkötelékek, pl. hám, idegrendszer, vagy átmenetiek, pl. immunrendszer), sejtek vándorlása, pathologia: pl. ráksejtek kötelékből való kiszabadulása, áttétek. Sejtek közötti adhézió: Szövettenyésztési tapasztalat: ko-kultúrákban az azonos típusú sejtek megtalálják egymást vagy specifikus sejttársulások alakulnak ki. 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).

Sejtadhéziós proteinek 1. Cadherinek A sejtmembránon 1x átmenő peptidlánc, többnyire 5 ismétlődő domén. Merev, kiálló lánc vége kötődik az átellenes cadherin hasonló végével (homotípiás kötés). Domének stabilitása Ca-tól függ (Ca-megvonásra összeesik, sejtek disszociációja Ca-mentes közegben). Aránylag erős kötést biztosít. Elnevezés.   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. Kísérlet: sejttenyészetben kül. cadherinek expressziója. E-cadherin megjelenése egér morulában: kompakció  1.5 napos 3.5 napos

  2. Ig szupercsaládhoz tartozó adhéziós molekulák (CAM-ok) Nem Ca-függő! 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 endothelsejtjein). Heterotípiás kötések fehérvérsejtek integrinjeivel. L1-CAM (idegrostokon axonvezetés, sejtvándorlás, differenciálódás), PECAM (vérlemezke-endothel adhézió)  3. Szelektinek Ca-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”), … L-szelektin (fehérvérsejten), P-szelektin (vérlemezkén), E-szelektin (endothelen) 4. Integrinek. Ca-függő, heterotípiás kötés. α és β lánc, extracelluláris végen a kötőhely. 24-féle integrin. Túlnyomó többség az extracelluláris matrix komponenseihez köt, de néhány sejthez is. Ilyenek: LFA-1 (αLβ2) integrin (fehérvérsejtek felszínén), kötődik I-CAM és V-CAM adhéziós molekulához (endothelsejten). Fehérvérsejt kivándorlása érfalon keresztül. Mac-1 (αMβ2) integrin (makrophagokon, lymphocytákon) 

II. Sejt és extracelluláris matrix (ECM) közti adhézió Szoros kapcsolat sejtek és ECM között. Jelentősége. ECM: sejtek által termelt állomány. Tárgyalás részletesen a kötőszövetnél, most csak vázlatosan. Kötőszöveti rostok. Legfőbb képviselőjük a kollagénrost. Kollagéncsalád. Rostképző kollagének között legelterjedtebb az I-es típusú kollagén. Fibrózus fehérjékből felépülő fibrillumok, húzással szemben igen ellenállóak, kisebb-nagyobb kötegeket alkotnak. III-as típusú kollagén finom rostokat képez (rácsrostok). Proteoglikánok, glükozaminoglikánok. Glükozaminoglikánok (GAG) hosszú szénhidrátláncok, ismétlődő diszacharida-egységekből állnak, savi csoportokat (COOH és szulfát) tartalmaznak, ezért – töltésűek. Nagy a vízkötőképességük. Proteoglikán: központi fehérjelánchoz kapcsolódó GAG-láncok.. Matrixkötő glikoproteinek. Különböző fehérjék többféle kötőhellyel az ECM komponensek és a sejtek számára, ezek között hidakat képeznek. Legismertebb képviselőik a laminin és a fibronektin.  

Integrinek : ECM-adhéziós molekulák a sejtmembránban Ca-függő, heterotípiás kötés. α és β lánc (heterodimer), extracelluláris végen a kötőhely. 24-féle integrin. Két példa: Fibronektin-receptor (α5β1): fibronektint köt, ezen keresztül az ECM különböző komponenseit köti a sejt felszínéhez Laminin-receptor (α6β1): hídként összeköti a lamina basalist a sejttel  Integrin mint jelátviteli molekula Aktív/inaktív konformáció. Egyik oldali ligandkötődés aktiválja a másik oldalt. A talin szerepe (aktiválódás jelátviteli utak felől, kötődés a β-lánchoz, aktiválódás az integrin külső részén. A jelátvitel jelentősége. Integrinek szerepe: adhézió sejt és ECM között (a sejt letapadása igen fontos) integrálja az ECM-et a sejtvázzal helyileg jelátvitel kivülről befelé ill. fordítva  Közvetett jelentőség: sejtvándorlás, sejtosztódás, fejlődés, differenciálódás

1. Intercelluláris kapcsolatok Sejtkapcsoló struktúrák Sejt-sejt ill. sejt-ECM közötti tartós kapcsolatok, kül. funkciókkal. I. Mechanikai kapcsolóstruktúrák. Általános felépítés: adhéziós molekulák, adapter fehérjék, sejtváz 1. Intercelluláris kapcsolatok Zonula adhaerens: övszerűen körbefutó, fascia adhaerens: sávszerű, punctum adhaerens: foltszerű adhéziós mol.: cadherinek, adapter fehérjék: cateninek, vinculin, α-actinin sejtváz: aktin MF-ok Desmosoma: foltszerű erős mechanikai kapcsolat két sejt között adhéziós mol.: desmoglein, desmocollin (cadherin család tagjai) adapter fehérjék: plakophilin, plakoglobin sejtváz: intermedier filamentumok (pl. keratin)    

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

II. 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    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 

  III. 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: 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 Nexus: connexonokból álló membránterület A connexonok sokfélesége, sokszor sejttípusokra specifikusak. Különböző connexin-kombinációk egy connexonban. Példák connexin izoformákra: Cx50 szemlencsében, hiánya szürkehályoghoz vezet Cx26 belső fül sejtjeiben, hiánya halláskárosodáshoz vezet Cx32 idegrostokban, hiánya idegrostpusztulást okoz 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 synapsis). Ionos kapcsolat a sejtek között, ingerület késés nélkül terjed tovább (egyes idegsejtek kapcsolata, szívizom egységes összehúzódása, simaizom) 

A hámsejt Fedőhám: hámsejtek szorosan egymás mellé illeszkedve összefüggő réteget képeznek szabad felszíneken. Sejtkapcsoló struktúrák kötik egymáshoz. A hámsejt sajátságait az egyrétegű hengerhámsejten mutatjuk be. A hámsejt polarizált sejt: a sejt organellumai és membránja irányítottságot mutat, rendezett. Cytocentrum, Golgi app. a mag fölött. Apicalis és basolateralis membrándomén. Apicalis és basolateralis domének növelési lehetőségei: mikrobolyhok, kefeszegély, stereociliumok, ill. interdigitációk, invaginációk. Egyéb felszíni differenciáció: csillók. apicalis felszín  Golgi cytocentrum  lamina basalis 

A sejtváz szerkezete a polarizált bélhámsejtben terminális szövedék (aktin) aktinfilamentumköteg (körbefut a membrán alatt) z. occludens z. adhaerens desmosoma intermedier filamentum köteg nexus hemidesmosoma lamina basalis 

Lamina basalis A hámréteg basalis felszínéhez illeszkedő vékony réteg (40-120 nm vastag, fénymikroszkóppal alig, elektronmikroszkóppal jól látható). EM: két rétegből áll: 1. lamina rara (sejtmembránhoz közelebb, laza szerkezetű réteg) 2. lamina densa (tömött szerkezetű réteg) lamina rara lamina densa  lamina fibroreticularis Membrana basalis (basalis membrán): lamina basalis + lamina fibroreticularis (utóbbi rácsrostokból és egyéb ECM komponensekből áll). Fénymikroszkóppal is látható.

Lamina basalis molekuláris szerkezete. Komponensek: IV-es típusú kollagén (ezek többrétegű hálózata alkotja a lamina densát), hajlékony és ellenálló réteg laminin (matrixkötő molekula) Egyéb molekulák: perlecan (proteoglikán GAG láncokkal) nidogen (kis fehérje több kötőhellyel) fibronectin (matrixkötő molekula) A lamina basalist integrin (laminin-receptor), dystroglycan és syndecan (membrán proteoglikán) köti a sejthez. perlecan dystroglycan integrin sejtmembrán laminin nidogen lamina densa IV-es kollagén  fibronectin

A lamina basalis jelentősége: mechanikai: a hámsejtréteget szorosan köti az extracelluláris mátrixhoz. Szerepe van pl. a bőrhám erős kötődésében a kötőszöveti alaphoz. Összefüggő réteg, megakadályozza fibrocyták bejutását a hámrétegbe, vagy hámsejtek kijutását a kötőszövetbe. 2. sejtbiológiai: integrinek jelátviteli szerepe révén jeleket küld a sejt belsejébe, ezáltal nélkülözhetetlen a sejtek életben maradásában, osztódásában, a hámsejtpolaritás fenntartásában. Hámregeneráció esetén „vezeti” a szaporodó hámsejteket a hámhiány felé, ahol azok „befoltozzák” a hámhiányos területet. Lamina basalis nélkül nem jön létre összefüggő hámréteg, genetikai eredetű hiányában a fejlődés korai szakaszában elhal az embrió. 3. molekuláris szűrő: a vese-glomerulus hajszálereiben megszűri a vért (ultrafiltrátum). Valamelyik komponenének genetikai hibája esetén fehérje vagy vér juthat a vizeletbe. A szűrő finomsága a lamina basalis proteoglikánjaitól függ.

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  Saját prep. és/vagy felvétel, ill. rajz  Junqueira – Carneiro: Histologie, 6. kiadás, Springer