細(xì)胞遷移專題知識(shí)培訓(xùn)課件

細(xì)胞遷移專題知識(shí)一、細(xì)胞遷移的過(guò)程二、微絲骨架在細(xì)胞遷移中的作用三、整合素介導(dǎo)的黏附結(jié)構(gòu)的裝配和解聚四、Rho家族小GTP酶的調(diào)節(jié)作用五、微管骨架在細(xì)胞遷移中的功能六、細(xì)胞遷移參與的生理活動(dòng)及相關(guān)疾病主要內(nèi)容2細(xì)胞遷移專題知識(shí)細(xì)胞遷移概念：細(xì)胞在胞外信號(hào)的激活和引導(dǎo)下，通過(guò)一系列黏附與去黏附過(guò)程而在支持物上產(chǎn)生的整體位移。3細(xì)胞遷移專題知識(shí)細(xì)胞遷移遷移方式分類：1.依據(jù)細(xì)胞遷移的支撐物的幾何性質(zhì)的不同可分為三類，一維（線狀支撐物上）、二維（培養(yǎng)皿上）、三維（胞外基質(zhì)構(gòu)成的凝膠層上）2.依據(jù)遷移方向可分為兩類，無(wú)規(guī)律的自由遷移（散在培養(yǎng)的細(xì)胞）和定向遷移（胚胎、組織發(fā)生和免疫系統(tǒng)中）4細(xì)胞遷移專題知識(shí)13-1細(xì)胞遷移的基本過(guò)程一、細(xì)胞遷移的步驟①偽足向前伸展②伸出的偽足黏附胞外基質(zhì)③細(xì)胞體遷移④細(xì)胞后緣縮回5細(xì)胞遷移專題知識(shí)細(xì)胞遷移6細(xì)胞遷移專題知識(shí)二、偽足的形成偽足絲狀偽足（探測(cè)周圍環(huán)境信號(hào)）片狀偽足（推動(dòng)細(xì)胞前緣向前運(yùn)動(dòng)）7細(xì)胞遷移專題知識(shí)13-2微絲骨架在細(xì)胞遷移中的作用一、微絲的裝配與解聚微絲，也稱為纖維狀肌動(dòng)蛋白(F-actin),是由球狀肌動(dòng)蛋白(G-actin)單體聚合而成的纖維狀結(jié)構(gòu)。G-actin是一種ATP酶，結(jié)構(gòu)具有極性，它們聚合而成的微絲同樣具有極性。因此，微絲的兩端根據(jù)末端單體肌動(dòng)蛋白暴露出的形狀分別稱為倒刺端(正端)和尖端(負(fù)端)。微絲的聚合和解聚是動(dòng)態(tài)的過(guò)程。當(dāng)一根微絲上倒刺端的聚合與尖端的解聚速率相等時(shí)，這根微絲的長(zhǎng)度不變，即所謂的“穩(wěn)定期”，這一現(xiàn)象稱為踏車行為。8細(xì)胞遷移專題知識(shí)肌動(dòng)蛋白單體和微絲的結(jié)構(gòu)圖9細(xì)胞遷移專題知識(shí)微絲的裝配第一步：成核反應(yīng)原料：2~3個(gè)肌動(dòng)蛋白單體組成的寡聚體、肌動(dòng)蛋白相關(guān)蛋白Arp2/3復(fù)合物第二步：纖維延長(zhǎng)原料：肌動(dòng)蛋白單體、ATP由于微絲兩端在結(jié)構(gòu)上的差異，新的肌動(dòng)蛋白亞基一般在倒刺端加入，而很少在負(fù)極端加入。10細(xì)胞遷移專題知識(shí)微絲裝配中ATP的作用當(dāng)ATP-actin濃度高時(shí),微絲加快生長(zhǎng),在微絲末端形成一連串的ATP-actin,稱為ATP帽；當(dāng)ATP-actin濃度下降時(shí),微絲結(jié)合的ATP轉(zhuǎn)為ADP,當(dāng)ADP-actin暴露出來(lái)后,微絲去組裝變短。11細(xì)胞遷移專題知識(shí)微絲裝配中ATP的作用當(dāng)ATP-actin處于臨界濃度時(shí)，ATP-actin可能繼續(xù)在（+）端添加、而在（-）端開始分離，表現(xiàn)出踏車現(xiàn)象。12細(xì)胞遷移專題知識(shí)踏車行為13細(xì)胞遷移專題知識(shí)微絲的動(dòng)態(tài)性14細(xì)胞遷移專題知識(shí)偽足中的微絲片狀偽足與絲狀偽足的形成有賴于微絲15細(xì)胞遷移專題知識(shí)彈性布朗棘輪模型16細(xì)胞遷移專題知識(shí)應(yīng)力纖維與收縮力

應(yīng)力纖維，也稱張力絲，由大量平行和反平行排列的微絲構(gòu)成的束狀結(jié)構(gòu)。兩端與整合素介導(dǎo)的黏附結(jié)構(gòu)—黏著斑緊密結(jié)合，是胞體前移和尾部回縮所需的牽引力和收縮力的主要提供者，而其中的肌球蛋白家族是收縮力的來(lái)源所在。17細(xì)胞遷移專題知識(shí)肌球蛋白家族

依賴于微絲的肌球蛋白是一類分子馬達(dá)，利用水解ATP產(chǎn)生的能量有規(guī)則的沿微絲骨架運(yùn)輸所攜帶的“貨物”。在細(xì)胞遷移過(guò)程中，Ⅱ型肌球蛋白在應(yīng)力纖維中提供收縮力，Ⅶ型肌球蛋白與細(xì)胞和胞外基質(zhì)的黏附有關(guān)。18細(xì)胞遷移專題知識(shí)肌球蛋白家族肌球蛋白結(jié)構(gòu)域馬達(dá)區(qū)，具有ATP結(jié)合位點(diǎn)和肌動(dòng)蛋白結(jié)合位點(diǎn)調(diào)控區(qū)，決定肌球蛋白的亞型尾部區(qū)，促進(jìn)肌球蛋白自身寡聚化肌球蛋白可以被肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）激活或被肌球蛋白輕鏈磷酸酯酶（MLCP）抑制。19細(xì)胞遷移專題知識(shí)20細(xì)胞遷移專題知識(shí)21細(xì)胞遷移專題知識(shí)13-3整合素介導(dǎo)的黏附結(jié)構(gòu)的裝配和解聚

細(xì)胞與胞外基質(zhì)的黏附主要依賴于整合素這個(gè)跨膜蛋白質(zhì)家族所介導(dǎo)的黏著復(fù)合物、黏著斑等黏著結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)不僅能為微絲產(chǎn)生產(chǎn)生的力提供支撐點(diǎn)，還是細(xì)胞對(duì)機(jī)械力的一種感受器。黏附結(jié)構(gòu)新生黏著位點(diǎn)黏著復(fù)合物黏著斑22細(xì)胞遷移專題知識(shí)黏附結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性新生黏著位點(diǎn)的建立黏著復(fù)合物的形成黏著斑的產(chǎn)生23細(xì)胞遷移專題知識(shí)黏附結(jié)構(gòu)的組成

胞內(nèi)的黏著分子，如距蛋白、Paxillin、黏著斑激酶（FAK)、Vinculin、Zyxin等，會(huì)結(jié)合或被招募到黏附結(jié)構(gòu)中整合素的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域上，形成復(fù)雜而且巨大的蛋白質(zhì)復(fù)合物，并最終與微絲骨架相連。Paxillin和Tali可以直接結(jié)合整合素的胞內(nèi)區(qū)，因此在最早期的黏附結(jié)構(gòu)中就可能會(huì)出現(xiàn)。FAK和Vinculin都能結(jié)合Paxillin。FAK出現(xiàn)在黏著復(fù)合物和黏著斑中，而Zyxin則主要出現(xiàn)在黏著斑中，并在細(xì)胞受到周期性牽張力作用時(shí)可轉(zhuǎn)位到應(yīng)力纖維上。黏著復(fù)合物和黏著斑都能夠完全解聚，解聚所得的蛋白質(zhì)分子會(huì)被再次投入使用，這個(gè)過(guò)程被稱為“周轉(zhuǎn)”。24細(xì)胞遷移專題知識(shí)13-4Rho家族小GTP酶的調(diào)節(jié)作用一、Rho家族小GTP酶的活性調(diào)節(jié)小GTP酶具有信號(hào)傳導(dǎo)開關(guān)的作用，當(dāng)結(jié)合GTP/GDP時(shí)，會(huì)分別處于激活/失活狀態(tài)，從而傳遞或關(guān)閉信號(hào)。GEF:鳥嘌呤核苷酸交換因子GAP:GTP酶激活蛋白GDI:尿苷酸解離抑制因子25細(xì)胞遷移專題知識(shí)Rho、Rac、Cdc42在細(xì)胞遷移中的作用26細(xì)胞遷移專題知識(shí)二、Cdc42與細(xì)胞極性極性是指細(xì)胞結(jié)構(gòu)和形態(tài)在特定條件下表現(xiàn)出的方向性。微絲骨架：前緣拖尾緣分枝狀微絲組成的偽足拱狀微絲束部分應(yīng)力纖維組成的片層應(yīng)力纖維為主的細(xì)胞中后部27細(xì)胞遷移專題知識(shí)微管組織中心

在培養(yǎng)的上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞等類型的細(xì)胞中，微管組織中心(MTOC)會(huì)定位于細(xì)胞核與前緣之間。由于高爾基體等內(nèi)膜細(xì)胞器主要富集在MTOC周圍，因而它們的分布也發(fā)生了極性化28細(xì)胞遷移專題知識(shí)三、Rac與片狀偽足

Rac亞家族主要在細(xì)胞前端被活化并發(fā)揮作用，其代表成員為Rac1。Rac主要調(diào)控分枝狀微絲的聚合，因而面對(duì)片狀偽足的形成和功能有關(guān)鍵作用。在細(xì)胞中過(guò)量表達(dá)激活的Rac1，會(huì)誘導(dǎo)偽足在細(xì)胞周邊大量形成。這些細(xì)胞盡管偽足發(fā)達(dá)，但沒(méi)有前-后極性，內(nèi)部力量互相抵消，因此缺乏遷移能力。30細(xì)胞遷移專題知識(shí)片狀偽足的形成RacWAVE復(fù)合物WAVE/Scar、Abi、Nap125、Sra1、HSPC300Arp2/331細(xì)胞遷移專題知識(shí)四、Rho與黏著斑和應(yīng)力纖維Rho亞家族以RhoA為代表。Rho通常被認(rèn)為在細(xì)胞后端發(fā)揮作用，其主要功能包括黏著斑動(dòng)態(tài)性和應(yīng)力纖維收縮力的調(diào)節(jié)。但是，也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)RhoA在前端有激活。在細(xì)胞中過(guò)量表達(dá)激活形式的RhoA可導(dǎo)致大量粗壯的應(yīng)力纖維和黏著斑的形成。32細(xì)胞遷移專題知識(shí)RhoA信號(hào)調(diào)節(jié)Rho-GEFRho-GTPROCKMLCKMLCPmDia1LIMKcofilin調(diào)節(jié)束狀微絲的形成調(diào)節(jié)肌球蛋白的收縮力調(diào)節(jié)肌動(dòng)纖維的穩(wěn)定性33細(xì)胞遷移專題知識(shí)五、Rho家族在細(xì)胞遷移中的協(xié)同作用Cdc42Rac1RhoAPar3TIAM1PAKβPIXLMW-PTPROCK34細(xì)胞遷移專題知識(shí)13-5微管骨架在細(xì)胞遷移中的作用

微管是由13條原纖維構(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)，直徑22~25nm。每一條原纖維由2個(gè)非常相似的球狀蛋白（α-微管蛋白和β-微管蛋白）結(jié)合而成的異二聚體。具有極性，其聚合速率較快的一端稱作正端，聚合較慢或解聚的一端稱作負(fù)端。在α-微管蛋白和β-微管蛋白上各有一個(gè)GTP結(jié)合位點(diǎn)?？赡苡捎跇?gòu)象原因，在α-微管蛋白上的GTP不會(huì)被水解，因而被稱為不可交換位點(diǎn)，而β-微管蛋白上的GTP在組裝成微管時(shí)被水解，微管去組裝時(shí)，GDP被GTP替換，稱為可交換位點(diǎn)。35細(xì)胞遷移專題知識(shí)微管和微管蛋白36細(xì)胞遷移專題知識(shí)微管組裝的過(guò)程與踏車行為37細(xì)胞遷移專題知識(shí)13-6細(xì)胞遷移參與的生理活動(dòng)及相關(guān)疾病一、胚胎發(fā)育

第一階段：原腸胚的形成第二階段：器官形成第三階段：器官繼續(xù)發(fā)育直至功能成熟38細(xì)胞遷移專題知識(shí)相關(guān)疾病1.早期胚胎致死2.組織異常和器管畸形，如先天性心臟畸形3.神經(jīng)系統(tǒng)性遺傳病，如Ⅰ型無(wú)腦回癥39細(xì)胞遷移專題知識(shí)二、成體維護(hù)1.損傷修復(fù)

當(dāng)機(jī)體受到極性損傷時(shí)，修復(fù)機(jī)制會(huì)立刻啟動(dòng)。蛀牙活動(dòng)包括細(xì)胞的增值和遷移，以補(bǔ)充損傷造成的細(xì)胞或組織損傷。免疫細(xì)胞和血小板也會(huì)遷移到損傷部位，參與消炎和凝血。新生血管的形成也需要血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移。40細(xì)胞遷移專題知識(shí)成體維護(hù)2.免疫反應(yīng)

在免疫系統(tǒng)中，淋巴細(xì)胞的定向遷移是其分化成熟和發(fā)揮功能的關(guān)鍵之一。41細(xì)胞遷移專題知識(shí)相關(guān)疾病1.免疫類疾病，如風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎2.歐德里綜合征（WAVE/Scar和WASP出現(xiàn)突變或功能缺失）42細(xì)胞遷移專題知識(shí)三、癌癥轉(zhuǎn)移癌癥轉(zhuǎn)移侵襲正常組織遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移

癌細(xì)胞的遷移同樣依賴于微絲骨架的重組和小GTP蛋白R(shí)ho家族介導(dǎo)的信號(hào)通路，但上游信號(hào)通路和遷移的具體方式會(huì)各異。癌細(xì)胞通過(guò)自然選擇可以獲得并利用正常細(xì)胞具備的任何一種遷移方式進(jìn)行轉(zhuǎn)移。43細(xì)胞遷移專題知識(shí)小結(jié)