山大醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件09細(xì)胞與細(xì)胞黏連

1、第九章 細(xì)胞與細(xì)胞黏連本章同學(xué)們應(yīng)該掌握的內(nèi)容：1. 細(xì)胞之間為什么有一些連接或黏連2. 細(xì)胞連接有幾種方式，各自依靠哪些蛋白來完成？3. 參與細(xì)胞間連接的蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及種類Summary of the various cell junctions found in animal cell epithelia.This drawing is based on epithelial cells of the small intestine. 細(xì)胞連接的分類： 根據(jù)組成、結(jié)構(gòu)和功能將細(xì)胞連接分為三大類： 封閉連接(occluding junction)： 緊密連接(Tight junction)

2、 錨定連接(anchoring junction)： （1）黏合連接：黏合帶、黏合斑、隔狀連接 （2）橋粒(desmosome)與半橋粒(hemidesmosome) 通訊連接(communicating junction)： 間隙連接(gap junction) 化學(xué)突觸 胞間連絲6細(xì)胞生物學(xué)封閉連接(occluding junction)： 緊密連接(Tight junction)8細(xì)胞生物學(xué)9細(xì)胞生物學(xué)緊密連接嵴線中的兩類蛋白： 密封蛋白（occludin）： 跨膜四次的膜蛋白（60KD）； 封閉蛋白（claudin）家族： 1998年發(fā)現(xiàn)的， 屬于一個(gè)多基因家族。目前已知有26個(gè)家族成

3、員。相對(duì)分子質(zhì)量為17 103 27 103。 在組織中表達(dá)分布具有一定的特異性。 Claudins與惡性腫瘤關(guān)系密切。10細(xì)胞生物學(xué)11細(xì)胞生物學(xué)122.緊密連接的功能機(jī)械連接作用封閉上皮細(xì)胞的間隙：形成滲漏屏障，是構(gòu)成血腦屏障和血睪屏障的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。隔離作用:保證上皮組織內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性 維持細(xì)胞的極性,保證物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向性； 防止物質(zhì)雙向滲漏，并限制了膜蛋白在 脂分子層的流動(dòng)細(xì)胞生物學(xué)錨定連接(anchoring junction)13主要依靠附著蛋白、跨膜連接糖蛋白和細(xì)胞骨架纖維將相鄰兩細(xì)胞或細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)連接在一起。錨定連接分兩類：黏合連接(adhering junction) ： 與

4、肌動(dòng)蛋白相連。黏合帶、黏著斑橋粒連接(desdosome junction) ： 與中間纖維相連。橋粒、半橋粒細(xì)胞生物學(xué)與肌動(dòng)纖維連接的錨定連接（黏合連接）與中間纖維連接的錨定連接（橋粒連接）15細(xì)胞生物學(xué)16 （一）黏合連接1.黏合帶（adhesion belt） 是細(xì)胞-細(xì)胞間粘著的一種方式； 位于上皮細(xì)胞緊密連接的下方，相鄰細(xì)胞間形成 一連續(xù)的帶狀結(jié)構(gòu)。 相鄰細(xì)胞質(zhì)膜的間隙為1530nm，介于緊密連接 和橋粒之間,故又稱中間連接 （intermendiate junction）。 細(xì)胞生物學(xué)17adhesion belt細(xì)胞生物學(xué)18 黏合帶的結(jié)構(gòu)： a. 膜下的肌動(dòng)蛋白絲成分通過錨定蛋

5、白附著于細(xì)胞膜上； b. 相鄰細(xì)胞膜上的跨膜糖蛋白鈣黏素(cadherin) 在細(xì)胞間隙內(nèi)相互作用而使相鄰細(xì)胞粘合在一起； c.黏合帶質(zhì)膜的胞質(zhì)側(cè)，有成束微絲附著，沿質(zhì)膜延伸成 一連續(xù)的帶，構(gòu)成“微絲- 附著蛋白-鈣粘蛋白-相鄰細(xì) 胞”的跨細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。細(xì)胞生物學(xué)19錨定蛋白細(xì)胞生物學(xué)212.黏著斑(adhesion plaqua)（focal contact) 細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的連接方式。主要特點(diǎn)是： 肌動(dòng)蛋白纖維通過整合素蛋白同細(xì)胞外基質(zhì)，如纖粘連蛋白等相連，而不是與另一個(gè)細(xì)胞的表面相連。細(xì)胞生物學(xué)24（二）橋粒連接1. 橋粒（desmosome） 與中間纖維相連的連接 鉚接相鄰細(xì)胞，提供

6、細(xì)胞內(nèi)中間纖維的錨定位點(diǎn)，形成整體網(wǎng)絡(luò)，起支持和抵抗外界壓力與張力的作用。 分布： 位于黏合帶下方。在上皮細(xì)胞，橋粒與黏合帶及 緊密連接共同形成連接復(fù)合體( junction complex) 。 或者單獨(dú)存在。 細(xì)胞生物學(xué)25橋粒結(jié)構(gòu)： a.橋粒斑（attachment plaque）： 附著在相鄰細(xì)胞質(zhì)膜的胞質(zhì)面，成分為細(xì)胞內(nèi) 附著蛋白，如橋粒珠蛋白和橋粒斑蛋白組成； b中間纖維以橋粒斑為折回點(diǎn)形成袢樣結(jié)構(gòu)； c細(xì)胞質(zhì)中許多這樣的中間纖維交錯(cuò)形成一個(gè)連續(xù) 的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)； d相鄰細(xì)胞的間隙內(nèi)充滿著中等電子密度的物質(zhì)和 橫向聯(lián)系的細(xì)絲。細(xì)絲成分為跨膜連接糖蛋白，如 橋粒芯糖蛋白和橋粒芯膠蛋白，從

7、而把相鄰細(xì)胞固 著在一起。細(xì)胞生物學(xué)26細(xì)胞生物學(xué)27橋粒連接細(xì)胞生物學(xué)2.半橋粒（hemidesmosome）: 分布部位：上皮細(xì)胞與基底層的連接結(jié)構(gòu)與生化組成：橋粒在相鄰細(xì)胞間是對(duì)稱的，半橋粒只見于細(xì)胞的一側(cè)，呈半個(gè)橋粒狀因而得名。 僅上皮細(xì)胞基底部胞質(zhì)側(cè)有橋粒斑、中間纖維及鈣粘蛋白。半橋粒將上皮細(xì)胞鉚接在基膜上。作用：加強(qiáng)上皮細(xì)胞與其下基質(zhì)的聯(lián)系，防止細(xì)胞在受外力時(shí)與基膜分離。28細(xì)胞生物學(xué)29Hemidesmosomes細(xì)胞生物學(xué)30Hemidesmosomes細(xì)胞生物學(xué)三、通訊連接（Communication Junction）31一種特殊的細(xì)胞連接, 位于特化的具有細(xì)胞間 通訊作用

8、的細(xì)胞 通訊連接的形式： 間隙連接 化學(xué)突觸 胞間連絲（植物）細(xì)胞生物學(xué)32分布：廣泛分布于各種動(dòng)物組織。（一）間隙連接(gap junction)細(xì)胞生物學(xué)331.形態(tài)結(jié)構(gòu) 間隙連接處相鄰細(xì)胞質(zhì)膜間的間隙為24 nm 。 連接子(connexon) 是間隙連接的基本單位。呈柱狀，柱長(zhǎng)7.5nm, 外徑6nm, 通道孔徑2nm。 每個(gè)連接子由6個(gè)相同或相似連接蛋白（connexin） 分子組成。 連接子中心形成一直徑約 1.52nm的孔道。 允許分子量在1500道爾頓以下的分子通過。 連接單位由兩個(gè)連接子 對(duì)接構(gòu)成。細(xì)胞生物學(xué)34細(xì)胞生物學(xué)352. 主要功能：(1)機(jī)械連接作用(2)介導(dǎo)細(xì)胞間

9、通訊1）代謝偶聯(lián)(Matebolic coubling) 可允許小分子代謝物和信號(hào)分子通過間隙連接，實(shí)現(xiàn) 物質(zhì)的快速平均分配。 協(xié)調(diào)細(xì)胞群體的生物學(xué)功能。 在早期胚胎發(fā)育和細(xì)胞分化過程中的作用。細(xì)胞生物學(xué)362）電偶聯(lián)(Electrical coubling)： 電偶聯(lián)在神經(jīng)沖動(dòng)信息傳遞過程中起重要作用； a電突觸： 神經(jīng)元之間或神經(jīng)元與效應(yīng)細(xì)胞之間的間隙連接及其 形成后的低電阻通路。以完成神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)。 b在具有電興奮性的細(xì)胞構(gòu)成的組織中形成電偶聯(lián)。細(xì)胞生物學(xué)37（二）化學(xué)突觸（Chemical synapse） 存在于可興奮細(xì)胞之間的細(xì)胞連接方式, 它通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)來傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)。 結(jié)

10、構(gòu)： 突觸突起終末 突觸間隙 突觸后膜細(xì)胞生物學(xué)38細(xì)胞連接的不同方式細(xì)胞生物學(xué) 細(xì)胞黏附分子( cell adhesion molecule, CAM )：由細(xì)胞產(chǎn)生的、介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞之間或細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間相互結(jié)合并起黏附作用的一類分子的統(tǒng)稱。 細(xì)胞黏附分子與細(xì)胞粘連39細(xì)胞生物學(xué)CAM為細(xì)胞表面的跨膜糖蛋白, 由三部分組成：較長(zhǎng)的胞外區(qū)、疏水的跨膜區(qū)及較短的胞質(zhì)區(qū)構(gòu)成。胞外區(qū)與同種或異種CAM相結(jié)合；胞質(zhì)區(qū)與細(xì)胞骨架成分或信號(hào)傳導(dǎo)分子相結(jié)合，從而介導(dǎo)細(xì)胞細(xì)胞之間及細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)之間的粘合與黏附。40細(xì)胞生物學(xué) 細(xì)胞黏附分子間相互作用的方式有三種1. 同親性結(jié)合：相同分子間的識(shí)別與結(jié)合

11、2.異親性結(jié)合：不同分子間的識(shí)別與結(jié)合 3.連接分子依賴性結(jié)合：相鄰細(xì)胞間借助于一種細(xì)胞外的同種分子而相互作用41細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞粘附分子（CAM）近年已發(fā)現(xiàn)的達(dá)百余種，可大致歸為四大族：1. 鈣粘素 ( Cadherin) 族： cell-cell2. 選擇(凝)素族 ( Selectin )： cell-cell3. 整合素族 ( Integrin )：cell-matrix and cell-cell4. 免疫球蛋白超家族 ( Ig-superfamily, Ig-SF)：cell-cell42細(xì)胞生物學(xué)粘附分子之間的同親性與異親性相互作用43細(xì)胞生物學(xué) 鈣黏素為作用依賴于Ca2+的同親性

12、細(xì)胞粘附分子 。屬于這一家族的已發(fā)現(xiàn)50余種成員。鈣粘素能夠通過它們所在的細(xì)胞類型進(jìn)行區(qū)別：E- Cadherins(epithelial), E-鈣粘素(表皮) N- Cadherins(neural) ， N-鈣粘素(神經(jīng)) P- Cadherins(placental)，P-鈣粘素(胎盤) VE-Cadherins（vascular endothelial cadherin）一、鈣黏素 ( Cadherin)家族44細(xì)胞生物學(xué)1.分子結(jié)構(gòu)：?jiǎn)慰缒ぬ堑鞍? 胞外區(qū)形成 5個(gè)結(jié)構(gòu)域，存在4 個(gè) Ca2+ 結(jié)合部位。45細(xì)胞生物學(xué)E-鈣黏素存在于細(xì)胞的粘合連接處46細(xì)胞生物學(xué)47Ca2+對(duì)鈣黏

13、素的影響細(xì)胞生物學(xué)2.功能（1）介導(dǎo)同種上皮細(xì)胞表面同種分子間的識(shí)別與結(jié)合（同親性相互作用）：參與上皮細(xì)胞間的粘合與粘合連接。E-鈣黏素（E-cadherin）存在于上皮細(xì)胞帶狀黏合連接處 橋粒芯糖蛋白(Desmoglein)和橋粒芯膠蛋白(Desmocollin)存在于點(diǎn)狀黏合（橋粒）處 同親性相互作用 細(xì)胞間的黏合帶 橋粒（點(diǎn)狀黏合） 48細(xì)胞生物學(xué)2.功能（1）介導(dǎo)同種上皮細(xì)胞表面同種分子間的識(shí)別與結(jié)合（同親性相互作用）：參與上皮細(xì)胞間的粘合與粘合連接。E-鈣黏素（E-cadherin）存在于上皮細(xì)胞帶狀黏合連接處 橋粒芯糖蛋白(Desmoglein)和橋粒芯膠蛋白(Desmocolli

14、n)存在于點(diǎn)狀黏合（橋粒）處 同親性相互作用 細(xì)胞間的黏合帶 橋粒（點(diǎn)狀黏合） 49細(xì)胞生物學(xué) 敲除了E-鈣黏素的胚胎干細(xì)胞發(fā)育停止于胚泡形成之前，并最終死亡。鈣黏素在胚胎發(fā)育的早期即有表達(dá)（2）影響細(xì)胞分化在胚胎發(fā)育、形態(tài)發(fā)生及成體組織，對(duì)于保持上皮細(xì)胞的分化表型具有重要作用。50細(xì)胞生物學(xué)在組織分化過程中表達(dá)不同亞型的鈣粘素E-鈣黏素抗體著染N-鈣黏素抗體著染51細(xì)胞生物學(xué)神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移、分化過程中N鈣黏素的表達(dá)變動(dòng)52細(xì)胞生物學(xué) 鈣黏素胞質(zhì)區(qū)序列通過直接與胞質(zhì)中的 -catenin或 -cateninn（plakoglobulin ）相結(jié)合形成復(fù)合物，再借助于- catenin 而與細(xì)胞

15、骨架蛋白質(zhì)（微絲或中等纖維體系）相互作用而形成上皮細(xì)胞之間穩(wěn)定的 “ 細(xì)胞黏合連接 ”。 還可通過 -catenin 參與Wnt1 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)控基因的表達(dá)。（3）參與細(xì)胞之間穩(wěn)定的特化連接結(jié)構(gòu)53細(xì)胞生物學(xué) 作用依賴于Ca2+ 的異親性粘附分子* 有三種成員： L-選擇素：存在于各種白細(xì)胞，為淋巴細(xì)胞歸巢受體。 P-選擇素：存在于血小板及內(nèi)皮細(xì)胞的儲(chǔ)存顆粒，持續(xù)表達(dá)。細(xì)胞活化后迅速轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞表面，并可維持?jǐn)?shù)小時(shí)。 E-選擇素：存在于內(nèi)皮細(xì)胞。細(xì)胞活化后從頭合成并轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞表面，可維持23天。二、選擇素（Selectin）54細(xì)胞生物學(xué)55細(xì)胞生物學(xué)1. 分子結(jié)構(gòu)：* 選擇素分子的胞外域

16、N 端的 C 型凝集素樣結(jié)構(gòu)域識(shí)別與結(jié)合 sLex或 sLea糖抗原。 NeuAc 2 3 Gal 1 4（3） GlcNAc 寡糖 3 （4） sLe x（a） 抗原 Fuc 1 56細(xì)胞生物學(xué)2. 功能* P-選擇素及E選擇素的功能為介導(dǎo)炎癥時(shí)白細(xì)胞及轉(zhuǎn)移時(shí)癌細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的粘附，即出脈管過程的第一步。白細(xì)胞表面具有sLex.57細(xì)胞生物學(xué) Ig-SF為含有Ig分子特有結(jié)構(gòu)域 ( 由170個(gè)左右AA殘基組成的肽片段，借-S-S-鍵形成反平行結(jié)構(gòu) ) 的CAM。三、免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily, Ig-SF）58細(xì)胞生物學(xué)1.功能：（1）Ig-SF中的同親性CAM* N-C

17、AM ( Neural Cell Adhesion Molecule ) 介導(dǎo)同親性細(xì)胞粘合，在神經(jīng)發(fā)育中具有重要作用。 * 胚胎細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞的 N-CAM的糖鏈具有多聚唾液酸。59細(xì)胞生物學(xué)Schematic drawing of four forms of NCAM.The extracellular part of the polypeptide chain in each case is folded into five immunoglobulinlike domains (and one or two other domains called fibronectin type I

18、II repeats for reasons that will become clear later). Disulfide bonds (shown in red) connect the ends of each loop forming each Ig-like domain.NCAM60細(xì)胞生物學(xué)* I-CAM ( Intercellular cell adhesion molecule ) ：主要在TNF 及 IL1活化的內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)，其配體為血循環(huán)中白細(xì)胞表面的 2整合素，如 L2 ( CD11a/CD18 )、M2 ( CD11b/CD18 ) 及 X2 (CD11c/CD18

19、)。* V-CAM（Vascular cell adhesion molecule）：在活化的內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)。其配體為 41整合素（VLA4 ）。在白細(xì)胞及一些腫瘤細(xì)胞表達(dá)。* PE-CAM：在血小板、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及多數(shù)免疫細(xì)胞表達(dá)。其配體為與腫瘤進(jìn)展相關(guān)的v3 。* Ig-SF 家族的一些成員與癌轉(zhuǎn)移相關(guān)。（2）Ig-SF 中的異親性CAM61細(xì)胞生物學(xué)Ig-SF 家族的一些成員與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、腫瘤轉(zhuǎn)移、免疫反應(yīng)等相關(guān)。有一些Ig-SF介導(dǎo)異親性細(xì)胞粘合, 如炎癥時(shí)脈管內(nèi)皮細(xì)胞表面的I-CAM及V-CAM與白細(xì)胞表面的整合素分子識(shí)別并結(jié)合。2. Ig-SF 與醫(yī)學(xué)62細(xì)胞生物

20、學(xué)整聯(lián)蛋白 = 整合素作用依賴于Ca2+ 的異親性細(xì)胞粘附分子,也是一類受體。 * 介導(dǎo)細(xì)胞-細(xì)胞及細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)間的相互作用四、整聯(lián)蛋白（Integrin）家族63細(xì)胞生物學(xué)1.整聯(lián)蛋白的結(jié)構(gòu)*由、 兩種亞單位構(gòu)成的異二聚體。已發(fā)現(xiàn)24多種 -亞單位和9種-亞單位組合成20 余種整合素1亞單位組成的整合素為細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)的受體 2 亞單位組成的整合素介導(dǎo)白細(xì)胞的粘合 3亞單位組成的整合素介導(dǎo)血小板的粘合 64細(xì)胞生物學(xué)各種亞單位組合成不同的整合素65細(xì)胞生物學(xué)Integrin familiesFn,Vn,Fgen,OP,BSPLm,vWF,dCo,TSPaEE-cadb1b3b2avb7b

21、5b6b8b4a1 Co,Lma2 Co,Lma3 LmVa4 Fn,CAM-1,MadCAMa5 Fn, Invasin,L1a6 Lma7 Lma8 Fn,Vna9 Tna10Coa11CoFn,Vn,OPaIIbaL ICAM-1,2 and 3aM C3bi,factorX,Fgen,ICAM-1aX C3biaD ?Vn, LAPVn,Fgen,Vn,Fn,vWFFn,Tn, LAP66細(xì)胞生物學(xué)* 不同整聯(lián)蛋白對(duì)其配體的特異性不同。 單特異性者: 51為 fibronectin (FN)的受體 61， 64 為 laminin (LN) 的受體 多特異性者: v3 的配體有 vit

22、ronectin, laminin, fibronectin, fibrin, vWF 及thrombospondin, 等。*一種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)也可有若干種整聯(lián)蛋白受體。如， FN：9種 ( 31, 41, 47, 51, v1, v3, v5, v6 及 2b3 ) LN：9種 ( 11, 21, 31, 61, 64, 71, 91, v3 及 2b3 )整聯(lián)蛋白配體的特異性有很大差異67細(xì)胞生物學(xué)2. 整聯(lián)蛋白的功能（1）介導(dǎo)細(xì)胞間相互作用 血小板細(xì)胞表面的IIb3整合素識(shí)別并結(jié)合血漿中纖維蛋白原分子中的RGD序列，并介導(dǎo)血小板的凝集。可利用RGD短肽及其衍生物作為藥物抑制血栓形成及

23、癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。68細(xì)胞生物學(xué)（2）介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的相互作用整合素介導(dǎo)細(xì)胞在基膜上 ( Basement Membrane )黏附69細(xì)胞生物學(xué)* 整合素與其配體結(jié)合后集合成簇，不但借以形成穩(wěn)定的牢固結(jié)合，并可啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。* 整合素與配體結(jié)合并叢集后其胞質(zhì)域可通過一些連接蛋白與細(xì)胞骨架微絲結(jié)合，從而引起細(xì)胞在細(xì)胞外基質(zhì)上鋪展；也可活化細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖/分化、存活/凋亡或遷移。* 有些整合素處于持續(xù)的活化狀態(tài)，有些整合素則需活化后才能與配體結(jié)合* 整合素可介導(dǎo)雙向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：胞內(nèi)信號(hào)外傳及胞外信號(hào)內(nèi)傳。前者與整合素的活化有關(guān)；后者參與細(xì)胞外基質(zhì)成分的生物學(xué)效應(yīng)。(3) 在信號(hào)傳遞中發(fā)揮重要作用70細(xì)胞生物學(xué)71細(xì)胞生物學(xué)整合素