分子細胞生物學細胞粘附分子及細胞連結

1、Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology分子細胞生物學細胞粘附分子及細胞連結第一頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology第一節(jié) 細胞粘附分子鈣粘素選擇凝集素免疫球蛋白超家族整合素透明質酸粘素第二頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 細胞粘附分子(cell adhesion molecule, CAM)又稱細胞粘附受體，位于細胞表面，

2、主要介導細胞間及細胞與細胞外基質之間相互作用，以配體-受體結合的形式發(fā)揮作用。 可分為五大家族：鈣粘素、選擇凝集素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明質酸粘素。 細胞粘附分子(CAM)第三頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 細胞粘附分子都是跨膜糖蛋白(糖脂)，分子結構由三部分組成： 胞外區(qū)，肽鏈的N端部分，帶有糖鏈，負責與配體的識別； 跨膜區(qū)，多為一次跨膜； 胞質區(qū)，肽鏈的C端部分，與質膜下的骨架成分直接相連，或與胞內的化學信號分子相連，以活化信號轉導途徑。細胞粘附分子結構特點第四頁，共37頁。Yun

3、nan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology一、鈣粘素家族 鈣粘素(cadherin)屬親同性CAM，其配體是自身同型細胞的鈣粘素，它們的作用依賴于Ca2。 介導同型細胞間的粘附作用，對組織和器官的發(fā)育及維持完整組織結構起重要作用。 鈣粘素分子結構同源性很高，其胞外部分形成5個結構域，其中4個同源，均含Ca2結合部位。胞質部分是最高度保守的區(qū)域，參與信號轉導。 第五頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 哺乳動物細胞表面的主要鈣粘素分

4、子 名 稱主要分布組織E-鈣粘素著床前的胚胎、上皮細胞(在帶狀粘合處特別集中)P-鈣粘素胎盤滋養(yǎng)層細胞、心、肺、小腸N-鈣粘素胚胎中胚層、神經(jīng)外胚層、神經(jīng)系統(tǒng)(腦、神經(jīng)節(jié))、心、肺M-鈣粘素成肌細胞、骨骼肌細胞R-粘素視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞、神經(jīng)膠質細胞Ksp-鈣粘素腎OB-鈣粘素成骨細胞VB-鈣粘素脈管內皮細胞desmoglein橋粒desmocollin橋粒第六頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology鈣粘素的作用 1介導細胞連接 E-鈣粘素是保持上皮細胞相互粘合的主要CAM，是粘合帶及橋粒中的主要構成成分。

5、2參與細胞分化 鈣粘素對于胚胎細胞的早期分化及成體組織(尤其是上皮及神經(jīng)組織)的構筑有重要作用。 3抑制細胞遷移 第七頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology二、選擇凝集素(selectin) 選擇凝集素(selectin，由select和lectin兩詞合成)屬親異性CAM，其作用依賴于Ca2。 選擇凝集素是一類涉及白細胞及內皮細胞的粘附分子家族，主要參與白細胞與脈管內皮細胞之間的識別與粘合。第八頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular

6、 Cell Biology 已知的選擇凝集素有三種：L(Leukocyte)-選擇凝集素、E (Endothelial) -選擇凝集素及 P (Platelet) -選擇凝集素。 該類分子為高度糖基化的單鏈跨膜糖蛋白，其特點是N端有外源凝集素樣功能區(qū)、表皮生長因子樣功能區(qū)，及補體結合蛋白重復序列(跨膜區(qū)和胞質區(qū))。選擇凝集素(續(xù))第九頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology三、免疫球蛋白超家族 免疫球蛋白超家族(Ig-superfamily，Ig-SF)包括分子結構中含有免疫球蛋白(Ig)樣結構域的所有

7、分子，其中某些成員屬于CAM，它們介導同親性或異親性細胞粘著，但其粘著作用不依賴Ca2+。 該家族成員有：免疫球蛋白、細胞間粘附分子(ICAM-1、 ICAM-2、 N-CAMs )、血管細胞粘附分子(VCAM-1)、淋巴細胞功能相關抗原(LFA-3)、T細胞受體，B細胞受體，MHC等。 第十頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology四、整合素家族 整合素(integrin)也稱膜整聯(lián)蛋白，是由多種跨膜糖蛋白受體組成的家族，大多為親異性CAM，其作用依賴于Ca2。 幾乎所有動植物細胞均表達整合素。 整合素

8、分子均由鏈(120185kD)和鏈(90110kD)以非共價鍵連接組成異二聚體。 和鏈均為單次跨膜糖蛋白。第十一頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 整合素分子均由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞質區(qū)3個區(qū)域組成。胞外區(qū)可與多種配體結合，包括細胞外基質蛋白ECM ，如纖粘蛋白、體外粘連蛋白(vitronectin)、層粘蛋白和膠原蛋白等，以及其它細胞表面受體(ICAM-1，VCAM-1等)。許多整合素分子可識別ECM分子上普遍存在的三肽序列(Arg-Gly-Asp，RGD)。 亞單位的N端有結合Ca2的結構域，胞

9、質區(qū)近膜處都有一個非常保守的XGFFKR(AspXAspXAspGlyXXAsp )序列，與整合素活性的調節(jié)有關。第十二頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 1亞家族在各種類型的細胞表面表達，主要介導細胞與細胞外基質成分之間的粘附。2亞家族主要存在于各種白細胞表面，介導細胞間的相互作用。3亞家族主要存在于內皮細胞和血小板上，介導血小板的聚集，并參與血栓形成。4亞家族可與肌動蛋白及其相關蛋白質結合，此外64整合素以層粘蛋白為配體，參與形成半橋粒。 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)18種 鏈和8種鏈，它們相互組合形成24種不同

10、的二聚體整合素，可與不同的配基結合。 以亞單位可將整合素家族分成8個亞家族。同一個亞家族中鏈相同，而鏈不同。第十三頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology第十四頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 介導細胞間黏著的整合素通常不與配體結合，需活化后才具有與配體結合的能力。 活性過程實際上是胞內信號引起整合素分子胞外識別與結合的結構域活化，導致整合素與配體結合。這一過程稱為胞內信號外傳(inside out si

11、gnaling)。 整合素與配體結合后，通過細胞骨架或信號轉導體系將信號內傳，引起細胞發(fā)生反應。這一過程稱為胞外信號內傳(outside in signaling)。 活化的整合素又可失活，導致黏附的細胞相互脫離。整合素的活化第十五頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 整合素家族是介導細胞與細胞外基質相互作用的最主要的分子。 整合素是多數(shù)細胞外基質蛋白的受體，能識別、結合細胞外基質中相應的配體，為細胞黏附提供附著點，介導細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質之間的粘附，使細胞粘在一起，形成一個整體。 同時

12、調整細胞骨架結構，調節(jié)蛋白的磷酸化水平和基因表達，從而調控細胞的運動、增殖和凋亡。整合素的作用第十六頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology五、透明質酸粘素 透明質酸粘素(hyaladherin) 也稱透明質酸連接蛋白(hyaluronan-binding proteins)，包括可結合透明質酸糖鏈的一類分子，它們具有相似的氨基酸序列和空間構象。 CD44是其中的一個成員，分子量范圍為85 250 KD，介導細胞與細胞間及細胞與細胞外基質間的相互作用，同樣是由胞外，跨膜及胞質三個部分構成的糖蛋白，糖鏈為

13、硫酸軟骨素及硫酸乙酰肝素。CD44肽鏈的N端可結合透明質酸，故CD44也被視為透明質酸的受體。 第十七頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 與透明質酸、纖粘連蛋白及膠原結合，介導細胞與細胞外基質之間的粘附； 參與細胞對透明質酸的攝取及降解； 細胞內信號轉導； 促進細胞的遷移和分化。 透明質酸是增殖細胞和遷移細胞的胞外基質主要成分，也是蛋白聚糖的主要結構組分。透明質酸在結締組織中起強化、彈性和潤滑作用，透明質酸使細胞保持彼此分離，使細胞易于運動遷移和增殖并阻止細胞分化。透明質酸粘素的功能第十八頁，共3

14、7頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology第二節(jié) 細胞連接(cell junction)l封閉連接(occluding junction)l錨定連接(anchoring junction)l通訊連接(communicating junction)第十九頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 細胞與細胞之間或細胞與細胞外基質之間的連接結構稱為細胞連接 (cell junction)。 它是質膜局部區(qū)域特化形成的，在結構上包

15、括質膜特化區(qū)、胞質區(qū)及質膜外區(qū)。 細胞連接第二十頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology緊密連接(tight junction)錨定連接(anchoring junctions) 粘合帶、粘合斑 (連于微絲) 橋 粒、半橋粒 (連于中間纖維)通訊連接(communicating junctions) 間隙連接(gap junction) 化學突觸(chemical synapse)動物細胞的三種連接類型 第二十一頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMo

16、lecular Cell Biology細胞連接的分類 功能分類 結構分類 主要分布 封閉連接 緊密連接 上皮組織 錨定連接 1連接微絲 粘合帶(細胞間) 上皮組織 粘合斑 上皮細胞基部 2連接中間纖維 橋粒(細胞間) 心肌和表皮 半橋粒 上皮細胞基部 通訊連接 間隙連接 大多數(shù)動物組織 化學突觸 神經(jīng)細胞間、 神經(jīng)-肌細胞間 第二十二頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 緊密連接又稱封閉小帶 (zonula occludens)，存在于脊椎動物的上皮細胞間，寬度約50-400nm，相鄰細胞之間的質

17、膜被緊密封閉。連接區(qū)域有跨膜細胞粘附分子形成的焊接線(嵴線)，質膜間的空隙被嵴線封閉。 主要的跨膜蛋白為Tj蛋白(claudin和occludin)，及 ZO蛋白等。一、緊密連接(tight junction)第二十三頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 封閉相鄰細胞間的接縫，防止溶液中的分子沿細胞間隙滲入體內，以保證機體內環(huán)境的相對穩(wěn)定。 (消化道上皮、膀胱上皮、腦毛細血管內皮以及睪丸支持細胞之間的緊密連接)。 緊密連接的主要作用第二十四頁，共37頁。Yunnan Agricultural Uni

18、versity. LlianMolecular Cell Biology二、 錨定連接(anchoring junctions) 通過細胞骨架系統(tǒng)將細胞與細胞或與基質相連，形成一個堅固有序的細胞群體，使細胞間、細胞與基質間具有抗張力的牢固粘合。 錨定連接在組織內分布很廣泛，在上皮組織，心肌和子宮頸等組織中含量尤為豐富。 第二十五頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 粘合帶(adhesion belt)呈帶狀環(huán)繞細胞，一般位于上皮細胞緊密連接下方。粘合帶處質膜內側有附著蛋白，膜間隙約1520 nm，間

19、隙中有粘附分子E-鈣粘素。 粘 合 帶第二十六頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology胞質斑(cytoplasmic plaque，位于質膜的內側、帶狀) 包括：-，-，-連鎖蛋白(catenin)，粘著斑蛋白(vinculin)、-輔肌動蛋白(-actinin)和片珠蛋白(plakoslobin)等附著蛋白。鈣粘素肌動蛋白粘合帶組分第二十七頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 粘合斑(adhesion pl

20、aque，focal adhesion)位于細胞與胞外基質間，通過整合素(integrin)把細胞中的肌動蛋白束和胞外基質連接起來。連接處質膜內側有附著蛋白形成盤狀胞質斑。粘 合 斑第二十八頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 橋粒(desmosome)存在于承受強拉力的組織細胞間 (如皮膚、口腔等處上皮和心肌)，相鄰細胞間形成紐扣狀結構，由胞質斑、黏附蛋白(鈣黏素)和中間纖維組成。 細胞膜之間有鈣粘素(desmoglein 及desmocollin)，質膜內側有附著蛋白，如片珠蛋白(plakogl

21、obin)、橋粒斑蛋白(desmoplakin)等、形成一厚約1520nm的致密的胞質斑。 橋 粒第二十九頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 半橋粒(hemidesmosome)在結構上類似橋粒，位于上皮細胞基底面與基膜之間。 與橋粒不同之處：只在質膜內側形成橋粒斑結構，其另一側為基膜；跨膜連接蛋白為整合素(integrin)而不是鈣粘素。半橋粒(hemidesmosome)第三十頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell

22、Biology三、通訊連接間隙連接(gap junction)化學突觸(synapse)第三十一頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology（一）間隙連接(gap junction) 間隙連接也稱縫隙連接，是細胞通過連接子進行的細胞連接。 “間隙” 是指相鄰質膜間有24 nm的間隙，間隙內有大量微型管道(連接子)，連接細胞的胞質，允許一些小分子物質直接從一個細胞流入另一個細胞。 間隙連接存在于脊椎動物的很多成年細胞和正在發(fā)育的細胞中。 第三十二頁，共37頁。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 連接子(connexons)是一種跨膜蛋白，由相鄰細胞各提供一半對接而成。每半由 4 個或 6 個相同或相似的跨膜蛋