11.03.2009, wykład nr 3., - Białka powierzchni komórkowej. Cząsteczki

adhezyjne.

TEMAT: Białka powierzchni komórkowej. Cząsteczki adhezyjne.

Białka powierzchni komórkowej:

1) cząsteczki adhezyjne – są to białka obecne na powierzchni komórki

2) receptory błonowe:

Białka odbierające informacje ze środowiska zewnątrzkomórkowego i przekazujące je

do odpowiednich efektorów w komórce.

a. metabotropowe (dla adrenaliny)

b. jonotropowe (dla acetylocholiny)

c. katalityczne (dla insuliny)

3) ektoenzymy (np. ekto ATP-aza)

Cząsteczki adhezyjne – to białka obecne na powierzchni komórek regulujące procesy:

o oddziaływania ze sobą poszczególnych komórek

o oddziaływania komórek z macierzą zewnątrzkomórkową

o pozwalają na migrację

Od ekspresji różnych białek adhezyjnych przez komórki nowotworowe zależy ich zdolność do

inwazyjności i tworzenia przerzutów.

Adhezja komórek ma kluczowe znaczenie w takich procesach jak:

−

konstrukcja tkanek i nowotworzenie

−

integralność komórek w hodowli in vitro

−

regeneracja

−

patologia komórek

Receptory – wyspecjalizowane białka odbierające informacje ze środowiska zewnątrzkomórkowego i

przekazujące je do odpowiednich efektorów w komórce.

•

bezpośrednio związane z kanałem jonowym (dla szybkich neuroprzekaźników)

•

związane poprzez białko G z układem eżektorowym – enzymem lub kanałem jonowym (dla

powolnych neuroprzekaźników i niektórych hormonów)

•

związane z enzymem – kinazą tyrozynową lub serynowo – treoninową (receptory cytokin,

insuliny, IgE, limfocytów T)

Jedną z grup receptorów błonowych tworzą białka G – wiążą one i hydrolizują GTP. Do nadrodziny

białek G zalicza się również małe białka G np. Ras, Rap, Rac. Otrzymują one i przekazują sygnały do

1

200 typów i podtypów receptorów, na które działają czynniki wzrostu i w skład których wchodzi

kinaza tyrozynowa.

Spektryna wraz z aktyną tworzy sieć, która jest połączona z błona komórkową.

Adhezja komórek ma związek z dynamiką szkieletu.

Adhezja ma kluczowe znaczenie w:

o konstrukcji tkanek i morfogenezie

o integralności komórek w hodowli in vitro

o regeneracji komórek

o patologii komórek

Adhezja wykazuje również ścisły związek z dynamiką cytoszkieletu.

Histologia molekularna – zajmuje się molekularnymi aspektami oddziaływania pomiędzy komórkami,

które to oddziaływanie doprowadza do tego, że zbiorowiska komórek przybierają mikroskopowo

widoczną formę zorganizowanych komórek.

Klasyfikacja cząsteczek adhezyjnych:

1) JAM – cząsteczki połączeń typu przylegania

2) CJM – budujące wyspecjalizowane połączenia pomiędzy komórkami

3) SAM – cząsteczki adhezji z podłożem

a. MAM – zaangażowane w połączenie z macierzą zewnątrzkomórkową

b. SAM

4) C – CAM - cząsteczki adhezji międzykomórkowej

CAM - Cell adhesion molecule lub ICAM - Intracellular adhesion molecule

Obecnie wszytskie białka te okresla się mianem CAM ze względu na znaczne podobieństwa pomiędzy

nimi. Jest to ważna grupa białek – zaburzenia związane z białkami Cam, są podstawą wielu stanów

chorobowych. Np. bialka ICAM-T ma znaczenie jako receptor dla białek inhinowirusów górnych dróg

oddechowych.

Regulacja adhezji komórek odbywa się na drodze:

o potranslacyjnych modyfikacji białek adhezyjnych (o charakterze glikozylacji)

o dystrybucji tych cząsteczek między obszarami powierzchni komórkowej

Dwukrotny wzrost liczby komórek C-CAM powoduje wzrost adhezji około 30 razy.

W adhezji biorą udział następujące rodziny białek:

o kadheryny

o selektyny

o białka podobne do naskórkowego czynnika wzrostu (EGF)

o integryny

2

o białka należące do nadrodziny immunoglobulin

Pierwsze trzy biorą udział przede wszystkim w oddziaływaniu pomiędzy komórkami. Integryny

natomiast służą głównie do wiązania się z macierzą komórkową.

Rodzaje połączeń międzykomórkowych:

1) mechaniczne ( desmosomy)

2) barierowe – zwarte połączenia nie przepuszczające jonów ani cząsteczek

3) komunikacyjne – obszary wymiany metabolitów i jonów np. połączenia szczelinowate,

podstawową jednostką strukturalną jest konekson zbudowany z koneksyn

Są to heterodimery – składających się z podjednostjui alfa i beta. Każdy z łańcuchów posiada krótką

karboksylową część cytoplazmatyczną, dużą aminoterminalną.

INTEGRYNY

To białka transbłonowe, glikoproteiny łączące błonę komórkową z macierzą. Występują w

postaci heterodimerów. Składają się z podjednostek:

α

i

β

. W obrębie cytoplazmatycznej części

łańcucha

β

znajdują się domeny, które oddziaływają z filamentami aktyny

Pośredniczą one w:

•

adhezji komórek do podłoża

•

migracji leukocytów przez ściany naczyń krwionośnych

•

agregacji płytek krwi

Wiążą się one z białkami macierzy pozakomórkowej: fibronektyna, laminina, włóknik, kolageny,

czynnik van Willebanda, wibronektyna, białka ahdezyjne innych komórek należących do nadrodziny

immunoglobulin.

Adhezja komórkowa mediowana przez integryny jest zależna od jonów Ca

2+

, które zostają związane

przez specjalne domeny związane z podjednostką alfa. W obrębie cytoplazmatycznej części łańcucha

beta znajdują się domeny, które oddziałują. Wykryto 14 podjednostek alfa i 8 beta – 20 różnych

kombinacji. Każdy łańcuch alfa może łączyć się z łańcuchem beta, jednak nie wszystkie z możliwych

kombinacji występują in vitro. W zależności od budowy łańcucha beta można integryny podzielić na

kilka grup tzw. rodzin – beta 1, beta 2, beta 3 (najbardziej znane). Integryny z rodziny beta 1 okreslane

jako VLA – późnej aktywacji – pojawiają się na limfocytach T dopiero po 2-4 tygodniach po

stymulacji tych komórek. Występują głównie na leukocytach i rozpoznają sekwencje aminokwasowe

np. arginina-glicyna-kwas asparaginowy. Sekwencja ta występuje między innymi w fibrynoektynie i

lamininie.

3

Beta

2

- pełnią funkcje w procesach przylegania leukocytów do fibroblastów, śródbłonka,

keratynocytów. Wiążą także niektóre składniki dopełniacza i fibrynogen, ułatwiając w ten sposób

reakcje immunologiczne.

Beta

3

- zaangażowane jest w procesy przylegania różnych typów komórek (między innymi

nowotworowych, i w takcie mofogenezy - kształtogeneza – biologiczne procesy rozwojowe, w wyniku

których jest determinowany kształt

zarodka

w kolejnych stadiach rozwojowych i ostatecznie kształt

dorosłego

organizmu

) do śródbłonka i składników macierzy pozakomórkowej. Ligandem dla beta 3 –

czynnik von Willebranda , witronektyna, fibrynogen.

Wiążą się z:

−

fibrynoektyna

−

laminina

−

włóknikian(?)

−

różnymi typami kolagenu

−

czynnik von Willebranda

−

witronektyna

oraz z białkami adhezyjnymi innych komórek należącymi do nadrodziny immunoglobulin. Integryny

beta

2

mogą stymulować funkcję cytobójczą limfocytów T i NK – przyczyniając się do eliminacji

komórek zdolnych do metastazy (przeżutów).

SELEKTYNY

Rodzina białek adhezyjnych pomiędzy leukocytami a komórkami śródbłonka – transbłonowe

białka typu lektyn wiążące reszty cukrowców innych białek. Posiadają rozbudowaną aminoterminalną

część zewnątrzkomórkową, część transbłonową i cytoplazmatyczną. Jest to rodzina białek

adhezyjnych pomiędzy leukocytami, a komórkami śródbłonka.

Rodzaje selektyn:

1) E – śródbłonkowa (endotelialna) – uczestniczy w procesie adhezji neutrofilów w

czasie procesu zapalnego

2) L – obecne na powierzchni leukocytów, granulocytów, monocytów, bierze udział

w ich adhezji do śródbłonka

3) P – transbłonowe białka płytek krwi regulujące sekrecję m.in. czynników

krzepnięcia

Ligandy dla selektyn:

L – selektyny – reszty kwasu sialowego

P – selektyny – antygen Lewis X

4

E – selektyny – antygen Lewis X z przyłączoną resztą kwasu sialowego

Selektyny mogą zatrzymać także krążące komórki nowotworowe w tkankach docelowych np.

selektyna P wiąże się z komórkami raka płuc, sutka i okrężnicy, również umożliwia ich interakcję z

trombocytami i powstanie agregatów komórkowych.

KADHERYNY

białka typu CAM będące transbłonowymi glikoproteinami z dużą ilością kwasu sialowego.

Należy do nich 12 różnych białek np.:

−

Umomoulina (e katheryna) - nabłonkowa

−

Kadheryna N (nerwowa)

−

kadheryna D (łożyskowa)

−

R-katheryna

−

T-kadheryna

Składają się z części pozakomórkowej, z pojedynczej nici transbłonowej oraz z karboksyterminalnej

części cytoplazmatycznej. Region aminoterminalny jest najdłuższy, domena transbłonowa –

najkrótsza. Wiązanie homofilowe kadheryn – dana kadheryna na powierzchni jednej komórki wiąże

się z taką samą kadheryną na powierzchni innej komórki.

Kadheryny są zdolne do zapewnienia adhezji komórek, nawet przy braku innych cząsteczek

adhezyjnych – wiązanie się utrzyma

Kadheryna na powierzchni 1 komorki wiąże się z taką sama kadheryną na pow. 2 komórki – wiązanie

hemofilowe. Białka te są zdolne do zapewnienia adhezji innych nawet przy braku innych cząsteczek

adhezyjnych z pozostałych rodzin.

Podział:

o klasyczne – w przylegających komórkach odcinki aminoterminalne odpowiadają za

oddziaływania kadheryna – kadheryna, domeny cytoplazmatyczne są zasocjowane z

filamentami aktynowymi

o desmosomowe – transbłonowe składniki desmosomów (desmogleiny, desmokoliny)

o protokadheryny

o atypowe

Zaburzenie ekspresji i/lub obniżenie czynności kadheryn wiąże się ze wzrostem inwazyjności

komórek nowotworowych pochodzenia nabłonkowego. Słabsza ekspresja kadheryny E – rak

żołądka,m sutka, stercza. Zmieniona aktywność kadheryn może wynikać z mutacji genów kodujących

te cząsteczki. Geny kodujące kadheryny zalicza się do grupy tkz. ?

Kadheryny poprzez części cytoplazmatyczne oddziaływają z kateninami. Kateniny (

α

,

β

,γ) to białka

cytoplazmatyczne pośredniczące w interakcjach z cytoszkieletem. Uniemożliwiają oddziaływanie

5

poprzez kateniny z cytoszkieletem, wywołują brak adhezji zależnej od kadheryn pomimo ich

normalnej ekspresji

BIAŁA ADHEZYJNE EGF

białka transbłonowe zawierające w swojej sekwencji nieraz kilkunastokrotne powtórzenia

sekwencji podobnej do naskórkowego czynnika wzrostu (EGF; EPIDERMAL GROWTH FACTOR).

Są jeszcze mało znane, uczestniczą we wczesnej fazie embrionalnej.

BIAŁKA Z NADRODZINY IMMUNOGLOBULIN

Funkcje tych białek dotyczą rozpoznania powierzchni. Podstawową jednostka strukturalną jest

domena. Składa się z około 100 aminokwasów – przypomina domeny immunoglobulin( pod

względem sekwencji aminokwasowej bliższa jest domenie V, a pod względem struktury

trzeciorzędowej domenie C – dlatego też nazywa się je białkami C2) – domeną C2

Na podstawie podobieństw sekwencji białek adhezyjnych z rodziny immunoglobulin można wyróżnić:

o rodzinę N – CAM (Neutral) – oprócz zewnątrzkomórkowej domeny C2 zawiera szereg

powtórzeń domen fibronektyny; najbardziej znaną z tej rodziny jest białko N-CAM – zawiera

ono w przestrzeni międzykomórkowej oprócz domen C liczne powtórzenia domen

fibrynoektyny

o z podrodziny CEA najbardziej znany jest antygen CEA (znaczenie diagnostyczne)

o białka podrodziny L1 – uczestniczą one we wzroście i ukierunkowaniu aksonów

o białka z podrodziny CD2 i podrodziny białek niesklasyfikowanych

Brak adhezji powoduje:

•

delecja genów niewielkich fragmentów cytoplazmatycznych domen cząsteczek

adhezyjnych

W adhezji kluczową rolę odgrywa cytoszkielet.

6