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