生物學細胞生物學細胞連接

1、1,第十三章 細胞連接,2,緊密連接,粘合帶,橋粒,間隙連接/通訊連接,半橋粒,粘著斑,鈣粘素,整聯(lián)蛋白,選擇素,基膜,中間纖維,肌動蛋白纖維,細胞連接,細胞粘連,細胞連接與細胞粘連,3,細胞連接（Cell Junction）,細胞連接(cell junctions) 是人和動物體內除血細胞和結締組織等外 ，相鄰細胞之間、細胞與細胞外基質之間在質膜接觸區(qū)域特化形成的連接結構。,緊密連接,錨定連接,通訊連接,緊密連接（tight jun

2、ctions/ occluding junctions) 錨定連接 (anchoring junctions) 通訊連接 (communication junctions),4,細胞連接（Cell Junction） 緊密連接,緊密連接（tight junctions/ occluding junctions）緊密連接形態(tài)結構,透射電鏡：在緊密連接處，相鄰兩質膜以斷續(xù)的點連在一起掃描電鏡顯示，兩個相鄰細胞

3、膜上的嵴線由跨膜蛋白排列形成的條索，將細胞間隙封閉,5,細胞連接（Cell Junctions） 緊密連接,緊密連接模式圖,緊密連接冷凍蝕刻圖,緊密連接透射電鏡圖,6,細胞連接（Cell Junction） 緊密連接形態(tài)結構,冷凍蝕刻顯示：分支糖蛋白顆粒形成長鏈，封閉相鄰兩個細胞膜，形成緊密連接緊密連接蛋白顆粒在脂雙層的胞質面（P面）連成的嵴網(wǎng)，在脂雙層的質膜面（E面）有與嵴網(wǎng)對應互補的溝，形成有如拉鏈一一對應的網(wǎng)狀結

4、構，稱封閉索（ sealing strand）,E面,P面,封閉索將兩個相鄰的質膜聯(lián)系在一起,相鄰細胞的質膜,封閉索環(huán)繞每個上皮細胞的頂部，將相鄰細胞緊密連接在一起各種組織的緊密連接對一些小分子的密封程度有所不同，這與封閉索的層數(shù)有關：腎小管 1-2層， 胰腺腺泡細胞 3-4層，小腸上皮細胞 4-6層,7,已分離出數(shù)十種參與緊密連接形成的跨膜蛋白，如封閉蛋白(claudin) 密封蛋白（occludin ）zonula occ

5、luden (ZO),細胞連接（Cell Junction） 緊密連接 生化成分,Claudin,Occludin,質膜,8,緊密連接功能,細胞連接（Cell Junction） 緊密連接,Blood,腸腔,緊密連接,相鄰細胞質膜,細胞間隙,細胞外液,葡萄糖載體蛋白,Na+-驅動的共運輸,,把相鄰上皮細胞縫合在一起封閉上皮細胞的間隙，形成與外界隔離的封閉帶如 血腦屏障、血睪屏障防止上皮細胞膜蛋白與膜脂分子側向擴散

6、，維持上皮細胞的極性通過阻礙細胞頂部和側底部（側面和底部）的膜蛋白相互移動，保證物質轉運的方向性。同時，通過防止小分子物質從細胞側底部細胞之間的空隙返流。如在小腸上皮內,9,10,錨定連接（Anchoring junctions） ：,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接,有細胞骨架參與，存在于細胞之間 或者細胞與細胞外基質之間 的細胞連接分布廣泛，尤其在機械受力部位:肌肉細胞、皮膚細胞等,細胞骨架,錨定連

7、接,細胞外基質,11,錨定連接中的2大類結構蛋白,細胞連接（cell junction） 錨定連接,跨膜粘連蛋白 (transmembrane adhension proteins) 其胞質區(qū)域連接一個或多個細胞內錨定蛋白，其細胞外區(qū)域與細胞外基質或另一個細胞的跨膜粘連蛋白的細胞外區(qū)域相互作用,細胞內錨定蛋白（ intracellular anchor proteins ） 在細胞膜的胞質面形成一個突出的斑，并將連接復合

8、體與肌動蛋白纖維/中等纖維相連,細胞內錨定蛋白,跨膜粘連蛋白,,12,據(jù)參與的細胞骨架類型和錨定部位，錨定連接可分為：粘合連接（adhering junctions ）:由肌動蛋白纖維介導的錨定連接粘合帶 （adhesion belt），位于上皮細胞緊密連接的下方，相鄰質膜間隙 15-30nm，通過跨膜粘連蛋白——鈣粘素(cadherin)，相互粘合鈣粘素屬于鈣離子依賴細胞粘附分子，在質膜中形成同源二聚體連接方式：肌動蛋白纖維-細

9、胞內錨定蛋白-鈣粘素-鈣粘素-細胞內錨定蛋白-肌動蛋白纖維，形成的一個連續(xù)的帶狀結構 其細胞內 錨定蛋白有多種，如 α、β、γ連環(huán)蛋白（catenins）、 α-輔肌動蛋白(actinin)、紐蛋白(vinculin)等，錨定肌動蛋白纖維,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接,13,將細胞外環(huán)境與肌動蛋白纖維相連提供一個潛在的信號通路,鈣粘素,細胞外,肌動蛋白纖維,連接β-catenin到肌動蛋白絲的蛋白，如α-

10、catenin （連環(huán)蛋白）,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接 粘合連接,粘合帶,,α-輔肌動蛋白,（連環(huán)蛋白）,14,位于上皮細胞緊密連接的下方，是相鄰細胞之間形成的一個連續(xù)的帶狀結構。如 小腸上皮細胞的粘合帶,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接 粘合連接,基底面,相鄰細胞的質膜,緊密連接,腸腔,微絨毛,微絨毛內的肌動蛋白纖維,,粘合帶,鈣粘素,15,黏著斑（adhesion plaq

11、ue / focal adhesions） 位于上皮細胞基底部，是細胞與細胞外基質之間形成的粘合連接。,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接 粘合連接,其跨膜粘連蛋白是整聯(lián)蛋白（integrins），或叫 整合素其細胞內錨定蛋白有： 踝蛋白（talin）、 α-輔肌動蛋白(actinin)、細絲蛋白(filamin)、紐蛋白(vinculin)等連接方式：細胞外基質（纖粘連蛋白、膠原）-整聯(lián)蛋白-錨定蛋白-肌動蛋

12、白纖維。見于細胞粘合或細胞運動。在細胞運動或有絲分裂中，為動態(tài)結構，可快速解聚；如：體外培養(yǎng)細胞、肌肉和肌腱，,16,樁蛋白Paxillin,肌動蛋白纖維Actin filament,α-輔肌動蛋白α-Actinin,Focal adhesion kinase,DNA,膠原,纖連蛋白,紐蛋白Vinculin,踝蛋白Talin,細胞核,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接 粘合連接,整聯(lián)蛋白α亞基,整聯(lián)蛋

13、白β亞基,黏著斑,跨膜粘連蛋白,,,細胞內錨定蛋白,17,18,橋粒連接（desmosomes ）,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接,其紐扣狀的細胞內結構，作為中等纖維的錨定位點，從而將細胞錨定在一起，形成一個可以承受很強張力的結構。分布在 皮膚、心肌、消化道、膀胱、子宮和陰道,橋粒/點橋粒 (spot desmosomes) 相鄰細胞接觸點上紐扣裝的結構，相鄰細胞質膜間隙約30nm,19,細胞連接（Cell

14、 Junction） 錨定連接 橋粒,鈣粘素家族 蛋白,細胞內錨定蛋白組成的橋粒斑,細胞間隙,中間纖維,橋粒電鏡圖,橋粒模式圖,20,連接方式：中間纖維伸向橋粒斑，被更細的纖維系在橋粒斑上，然后返折形成袢環(huán)結構，跨膜粘連蛋白與橋粒斑相連，胞外部分與相鄰的跨膜連接蛋白通過依賴鈣離子的粘合機制將兩個細胞連接在一起其中間纖維在心肌中是 結蛋白絲(desmin filaments)，在上皮細胞中是角蛋白絲(keratin filam

15、ents）,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接 橋粒,21,橋粒芯糖蛋白Desmoglein,橋粒芯膠蛋白 Desmocollin,橋粒珠蛋白Plakoglobin,橋粒斑蛋白Desmoplakin,中間纖維,細胞外,胞質,跨膜粘連蛋白 鈣粘素,,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接 橋粒,細胞內錨定蛋白,,橋粒斑亦稱胞質斑，細胞內錨定蛋白，直徑約0.5μm，由橋粒珠蛋白(plakog

16、lobin)和橋粒斑蛋白 (desmoplakin)組成跨膜粘連蛋白屬鈣粘素家族，如 * 橋粒芯糖蛋白(desmoglein) * 橋粒芯膠蛋白(desmocollin),天皰瘡(pemphigus)患者自身產生 抗 橋?？缒ふ尺B蛋白，導致橋粒破壞，組織液通過細胞間隙滲入皮膚，引起嚴重的皮膚水泡,橋粒分子結構圖,Cell Junction & Extracellular Metrix,22,廣泛存在于皮膚,消化道

17、,子宮,子宮頸,心肌等處，連接細胞并有強的抗張抗壓作用相關疾?。禾彀挴?,23,組成胞質斑的細胞內錨定蛋白含有網(wǎng)蛋白(plectin)，與中間纖維相連跨膜粘連蛋白是整聯(lián)蛋白（包括α6β4 ），可與基底膜的 層粘連蛋白 結合把上皮細胞與其下方的基膜連接在一起，防止機械力造成上皮與下方的組織剝離大泡性性天皰瘡(bullous pemphigoid),細胞連接（Cell Junction） 錨定連接 橋粒,半橋粒電鏡,致密的

18、橋粒斑,半橋粒 (hemi-desmosomes） 上皮與基膜（或稱 基底膜）之間的連接裝置，結構僅為橋粒的一半,,,24,25,細胞連接（Cell Junction） 錨定連接 半橋粒,中間纖維 （Intermediate filament）,含有網(wǎng)蛋白（plectins）的橋粒斑,基底膜,層粘連蛋白,膠原（Collagen fiber ）,VII型膠原絲 （Type VII collagen fibrils ）,細胞

19、質,細胞外,質膜,整聯(lián)蛋白,,半橋粒結構,,,,錨定連接的比較,,,,,,,,,,,,連接種類,膜蛋白（黏合分子）,,膜蛋白的配體,細胞骨架錨定纖維,連接對象,黏合帶,黏著斑,橋粒,半橋粒,鈣黏素,鈣黏素,鈣黏素,鈣黏素,微絲,微絲,中間纖維,中間纖維,細胞-細胞,細胞-細胞,細胞-細胞外基質,細胞-細胞外基質,a5b1整合素,a6b4整合素,纖黏連蛋白等,層黏連蛋白等,27,通訊連接 (Communication Junctio

20、n) 大多數(shù)組織相鄰細胞膜上的特殊通道，以實現(xiàn)細胞間電信號和化學信號的通訊聯(lián)系，從而完成群體細胞間的合作和協(xié)調。如 間隙連接和 化學突觸。,細胞連接（Cell Junction） 通訊連接 間隙連接,分離的間隙連接負染電鏡,間隙連接冷凍復型 P面,間隙連接透射電鏡,一個間隙連接的連接子可成千上萬,28,間隙連接（ gap junctions）普遍存在于動物細胞相鄰細胞膜間有2-4nm的縫隙其基本結構單位是連接子（conne

21、xons）長7.5nm. 6nm，中央1.5-2nm的親水性孔道，孔由6個相同或相似的跨膜蛋白——連接子蛋白（connexins, Cx）,細胞連接（Cell Junction） 通訊連接 間隙連接,已發(fā)現(xiàn)20多種連接子蛋白，可組成異源連接子，其通透性、可調性、導電率可不同。,Connexins,Connexons,Homomeric,Heteromeric,Homotypic,Heterotypic,Intercellula

22、r channels,Cell Junction & Extracellular Metrix,29,30,如：心肌細胞 Cx43 心臟電傳導細胞Cx40，這兩者的連接子蛋白形成間隙連接的時，連接子之間便沒有通訊功能間隙連接的重要功能就是細胞通訊，即一個細胞的訊息通過化學遞質或電信號傳遞給另一個細胞，使靶細胞產生相應的效應代謝偶聯(lián)（metabolic coupling） ，又稱化學偶聯(lián)（chemical coupling

23、）：1000-1500 Da 的無機離子或水溶性小分子直接通過細胞，使代謝產物迅速平均分配到相鄰細胞中，形成代謝偶聯(lián)。這種功能在胚胎發(fā)育早期特別重要。從鼠胚的發(fā)育；神經管形成通透性可調節(jié)，pH降低、鈣離子升高均可降低甚至關閉間隙連接通透性。 腫瘤細胞這種功能降低或喪失,細胞連接（Cell Junction） 通訊連接 間隙連接,31,電偶聯(lián)（electric coupling） ，又稱離子偶聯(lián)（ionic coupli

24、ng）：在具有電興奮性的細胞間，帶電離子通過連接子，由于離子流動而產生相應電位信號變化，而引起一系列細胞生理學變化。如 心肌收縮和舒張、 小腸平滑肌收縮蠕動；神經細胞傳遞動作電位、一些上皮細胞的纖毛協(xié)調擺動

25、 化學突觸 主要存在于 神經細胞間、神經細胞與肌細胞的接觸部位 （生理詳講內容）,細胞連接（Cell Junction） 通訊連接,,,,,,橋粒,半橋粒,緊密連接,縫隙連接,黏著帶,黏著斑,各類連接的比較,34,細胞黏附分子與細胞粘連,細胞黏附分子(cell adhesion molec

26、ules, CAM) 是廣泛存在于細胞膜上的一類跨膜糖蛋白，是介導細胞與細胞之間、或細胞與細胞外基質之間相互結合并起黏附作用的一類細胞表面分子。,鈣粘素,選擇素,整聯(lián)蛋白,,,,,免疫球蛋白超家族,35,細胞粘附分子可分為三部分較長胞外區(qū)，其N-端帶有糖鏈，是與配體識別部位跨膜區(qū)，多為一次性跨膜蛋白胞質區(qū)，肽鏈的C-端，一般較小，可與之膜下的細胞骨架成分 或 胞內的信號轉導分子結合，從而介導黏附,細胞黏附分子與細胞粘連,三種方

27、式介導細胞識別與黏著同親型結合（homophilic binding）同種分子識別與黏著異親型結合（hetrophilic binding） 異種分子識別與黏著連接分子依賴性結合（linker-dependent binding） 依賴連接分子介導,36,鈣粘素(cadherin)，也稱鈣粘蛋白，是一類依賴鈣離子的同親型細胞粘附分子，在胚胎發(fā)育的細胞識別、遷移、分化以及組織器官的構筑中起重要作用。,細胞黏附分子與細胞粘連,分子結構

28、 多為單次跨膜蛋白，700-750aa(氨基酸殘基) ，常以同源二聚體的形式存在胞外區(qū) 約110aa，常折疊成5個重復結構域，Ca2+在重復結構之間將胞外區(qū)鎖定成棒狀結構。Ca2+越多，鈣粘素剛性結構越強去除Ca2+ ，胞外區(qū)便松軟，易被蛋白酶水解胞內部分高度保守，通過附著蛋白與細胞骨架相連,37,鈣粘素功能,細胞黏附分子與細胞粘連 鈣粘素,介導細胞與細胞之間的同親型細胞粘附，鈣粘素在特定組織選擇性表達胚胎、成人的組

29、織中同類細胞的識別黏著， 如：E-鈣粘素 介導上皮細胞粘合在個體發(fā)育中影響細胞分化，參與組織器官的形成參與細胞之間穩(wěn)定的特化連接結構錨定連接在錨定連接過程中起調節(jié)信號的作用。如：VE-鈣粘素,38,選擇素（selectin）屬于一個膜整合糖蛋白家族，是一類依賴Ca2+的異親型細胞粘附分子，能特異性的識別其他細胞表面寡糖鏈中的特定糖基。,細胞黏附分子與細胞粘連 選擇素,L-選擇素（ L-selectin ） 最早在淋巴

30、細胞被發(fā)現(xiàn)，在各種白細胞都表達P-選擇素 （P-selectin ） 存在于血小板和內皮細胞E-選擇素（E-selectin ）存在于上皮細胞中,39,選擇素分子結構 單次跨膜蛋白,細胞黏附分子與細胞粘連 選擇素,L-selectin,E-selectin,P-selectin,Extracellular,L-like domain凝集素結構域，識別特異糖基,EGF-like domain表皮生長因子樣結構域,Structu

31、ral domain與補體蛋白同源的結構性結構域,糖蛋白,寡糖殘基,GlcNAc,Gal,SiA,Fuc,SO4,α1→3,α2→3,β1→4,糖基配體的詳細結構,糖基,,,40,選擇素的功能參與白細胞與血管內皮細胞或血小板的識別與黏附，幫助白細胞進入炎癥部位。 炎癥部位，血管內皮表達E -選擇素 識別白細胞和血小板的寡糖鏈，白細胞滾動運動,細胞黏附分子與細胞粘連 選擇素,弱黏附及滾動（選擇素依賴）,強黏附及遷移 （整聯(lián)

32、蛋白依賴）,,組織,內皮細胞,基膜,,,血管,選擇素及整聯(lián)蛋白介導白細胞遷移,41,免疫球蛋白超家族（ immunoglobulin superfamily, IgSF ）是一類分子結構中含有類似免疫球蛋白結構域（(Ig 結構域)、不依賴Ca 2+的細胞粘附分子,細胞黏附分子與細胞粘連 免疫球蛋白超家族,每一個Ig結構域都是由90-110aa形成的一個緊密折疊結構，其間有二硫鍵相連IgSF大多介導淋巴細胞和免疫應答細胞之間的特

33、異的相互作用；一些IgSF 介導非免疫細胞的黏著IgSF成員復雜，包括多個粘附分子家族，如介導同親型 神經細胞粘附分子N-CAM介導異親型 細胞間粘附分子I-CAM、血管細胞粘附分子V-CAM,42,N-CAM 許多細胞表達，包括神經細胞20余種胞外區(qū) 有5個Ig-樣 結構域，與相鄰細胞以同親型方式黏著，與神經系統(tǒng)的發(fā)育、軸突的生長和再生、突觸的形成關系密切,細胞黏附分子與細胞粘連 免疫球蛋白超家族,Ig-樣 結

34、構域,,III型纖粘連蛋白結構域,,,N-CAM分子結構,N-CAM同親型黏著,43,異親型血管細胞粘附分子（V-CAM） 可表達于血管內皮細胞表面，可結合白細胞表面整聯(lián)蛋白α4β1細胞間粘附分子（ I-CAM）可表達于血管內皮細胞表面，結合白細胞表面整聯(lián)蛋白αLβ2 或巨噬細胞表面整聯(lián)蛋白αMβ2 V-CAM I-CAM在選擇素介導的白細胞與內皮細胞的粘合作用之后，使在內皮上滾動的白細胞固著于炎癥部位的血管內皮，并發(fā)生鋪展，

35、進而分泌水解酶而穿出脈管壁。 同親型或異親型血小板-內皮細胞粘附分子 （PE-CAM ） 主要表達于內皮細胞和血小板PE-CAM -1（即CD31）表達于上皮細胞的細胞連接處、以及血小板和白細胞,44,整聯(lián)蛋白又稱整合素（ integrins）是一類普遍存在于脊椎動物細胞表面，依賴Ca2+或Mg2+的異親型細胞粘附分子，介導 細胞-細胞 或 細胞-細胞外基質的相互識別和黏附,細胞黏附分子與細胞粘連 整聯(lián)蛋白家族,α-亞基,

36、二價陽離子,β-亞基,與細胞外基質結合,富含半胱氨酸結構域,整聯(lián)蛋白是由α和β兩個亞基形成的異二聚體跨膜蛋白,α和β亞基有多種，非共價鍵相連其胞外區(qū)可與纖粘連蛋白、層粘連蛋白、膠原等含有Arg-Gly-Asp (RGD)三肽序列的細胞外基質成分結合,45,整聯(lián)蛋白功能,細胞黏附分子與細胞粘連 整聯(lián)蛋白家族,介導細胞間相互作用如細胞表面IgSF-整聯(lián)蛋白介導細胞間的反應β2亞基組成的整聯(lián)蛋白使白細胞在感染部位的血管內皮細胞上

37、黏附β3亞基組成的整聯(lián)蛋白介導血小板的黏附介導細胞-細胞外基質間的相互作用，將細胞外基質同細胞內的細胞骨架連成一個整體 β1亞基組成的整聯(lián)蛋白其胞外區(qū)可與纖粘連蛋白、層粘連蛋白、膠原等含有Arg-Gly-Asp (RGD)三肽序列的細胞外基質成分結合（低親和力，有利于細胞的運動或遷移）半橋粒（肌動蛋白絲）、黏著斑（中間纖維）,46,在信號傳遞中發(fā)揮重要作用，,細胞黏附分子與細胞粘連 整聯(lián)蛋白家族,,與配體集結成簇，可啟動