分子细胞生物学细胞粘附分子及细胞连结

1、Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology分子细胞生物学细胞粘附分子及细胞连结第一页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology第一节 细胞粘附分子钙粘素选择凝集素免疫球蛋白超家族整合素透明质酸粘素第二页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 细胞粘附分子(cell adhesion molecule, CAM)又称细胞粘附受体，位于细胞表面，

2、主要介导细胞间及细胞与细胞外基质之间相互作用，以配体-受体结合的形式发挥作用。 可分为五大家族：钙粘素、选择凝集素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明质酸粘素。 细胞粘附分子(CAM)第三页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 细胞粘附分子都是跨膜糖蛋白(糖脂)，分子结构由三部分组成： 胞外区，肽链的N端部分，带有糖链，负责与配体的识别； 跨膜区，多为一次跨膜； 胞质区，肽链的C端部分，与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径。细胞粘附分子结构特点第四页，共37页。Yun

3、nan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology一、钙粘素家族 钙粘素(cadherin)属亲同性CAM，其配体是自身同型细胞的钙粘素，它们的作用依赖于Ca2。 介导同型细胞间的粘附作用，对组织和器官的发育及维持完整组织结构起重要作用。 钙粘素分子结构同源性很高，其胞外部分形成5个结构域，其中4个同源，均含Ca2结合部位。胞质部分是最高度保守的区域，参与信号转导。 第五页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 哺乳动物细胞表面的主要钙粘素分

4、子 名 称主要分布组织E-钙粘素着床前的胚胎、上皮细胞(在带状粘合处特别集中)P-钙粘素胎盘滋养层细胞、心、肺、小肠N-钙粘素胚胎中胚层、神经外胚层、神经系统(脑、神经节)、心、肺M-钙粘素成肌细胞、骨骼肌细胞R-粘素视网膜神经细胞、神经胶质细胞Ksp-钙粘素肾OB-钙粘素成骨细胞VB-钙粘素脉管内皮细胞desmoglein桥粒desmocollin桥粒第六页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology钙粘素的作用 1介导细胞连接 E-钙粘素是保持上皮细胞相互粘合的主要CAM，是粘合带及桥粒中的主要构成成分。

5、2参与细胞分化 钙粘素对于胚胎细胞的早期分化及成体组织(尤其是上皮及神经组织)的构筑有重要作用。 3抑制细胞迁移 第七页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology二、选择凝集素(selectin) 选择凝集素(selectin，由select和lectin两词合成)属亲异性CAM，其作用依赖于Ca2。 选择凝集素是一类涉及白细胞及内皮细胞的粘附分子家族，主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合。第八页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular

6、 Cell Biology 已知的选择凝集素有三种：L(Leukocyte)-选择凝集素、E (Endothelial) -选择凝集素及 P (Platelet) -选择凝集素。 该类分子为高度糖基化的单链跨膜糖蛋白，其特点是N端有外源凝集素样功能区、表皮生长因子样功能区，及补体结合蛋白重复序列(跨膜区和胞质区)。选择凝集素(续)第九页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology三、免疫球蛋白超家族 免疫球蛋白超家族(Ig-superfamily，Ig-SF)包括分子结构中含有免疫球蛋白(Ig)样结构域的所有

7、分子，其中某些成员属于CAM，它们介导同亲性或异亲性细胞粘着，但其粘着作用不依赖Ca2+。 该家族成员有：免疫球蛋白、细胞间粘附分子(ICAM-1、 ICAM-2、 N-CAMs )、血管细胞粘附分子(VCAM-1)、淋巴细胞功能相关抗原(LFA-3)、T细胞受体，B细胞受体，MHC等。 第十页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology四、整合素家族 整合素(integrin)也称膜整联蛋白，是由多种跨膜糖蛋白受体组成的家族，大多为亲异性CAM，其作用依赖于Ca2。 几乎所有动植物细胞均表达整合素。 整合素

8、分子均由链(120185kD)和链(90110kD)以非共价键连接组成异二聚体。 和链均为单次跨膜糖蛋白。第十一页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 整合素分子均由胞外区、跨膜区和胞质区3个区域组成。胞外区可与多种配体结合，包括细胞外基质蛋白ECM ，如纤粘蛋白、体外粘连蛋白(vitronectin)、层粘蛋白和胶原蛋白等，以及其它细胞表面受体(ICAM-1，VCAM-1等)。许多整合素分子可识别ECM分子上普遍存在的三肽序列(Arg-Gly-Asp，RGD)。 亚单位的N端有结合Ca2的结构域，胞

9、质区近膜处都有一个非常保守的XGFFKR(AspXAspXAspGlyXXAsp )序列，与整合素活性的调节有关。第十二页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 1亚家族在各种类型的细胞表面表达，主要介导细胞与细胞外基质成分之间的粘附。2亚家族主要存在于各种白细胞表面，介导细胞间的相互作用。3亚家族主要存在于内皮细胞和血小板上，介导血小板的聚集，并参与血栓形成。4亚家族可与肌动蛋白及其相关蛋白质结合，此外64整合素以层粘蛋白为配体，参与形成半桥粒。 现已发现18种 链和8种链，它们相互组合形成24种不同

10、的二聚体整合素，可与不同的配基结合。 以亚单位可将整合素家族分成8个亚家族。同一个亚家族中链相同，而链不同。第十三页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology第十四页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 介导细胞间黏着的整合素通常不与配体结合，需活化后才具有与配体结合的能力。 活性过程实际上是胞内信号引起整合素分子胞外识别与结合的结构域活化，导致整合素与配体结合。这一过程称为胞内信号外传(inside out si

11、gnaling)。 整合素与配体结合后，通过细胞骨架或信号转导体系将信号内传，引起细胞发生反应。这一过程称为胞外信号内传(outside in signaling)。 活化的整合素又可失活，导致黏附的细胞相互脱离。整合素的活化第十五页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 整合素家族是介导细胞与细胞外基质相互作用的最主要的分子。 整合素是多数细胞外基质蛋白的受体，能识别、结合细胞外基质中相应的配体，为细胞黏附提供附着点，介导细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间的粘附，使细胞粘在一起，形成一个整体。 同时

12、调整细胞骨架结构，调节蛋白的磷酸化水平和基因表达，从而调控细胞的运动、增殖和凋亡。整合素的作用第十六页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology五、透明质酸粘素 透明质酸粘素(hyaladherin) 也称透明质酸连接蛋白(hyaluronan-binding proteins)，包括可结合透明质酸糖链的一类分子，它们具有相似的氨基酸序列和空间构象。 CD44是其中的一个成员，分子量范围为85 250 KD，介导细胞与细胞间及细胞与细胞外基质间的相互作用，同样是由胞外，跨膜及胞质三个部分构成的糖蛋白，糖链为

13、硫酸软骨素及硫酸乙酰肝素。CD44肽链的N端可结合透明质酸，故CD44也被视为透明质酸的受体。 第十七页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 与透明质酸、纤粘连蛋白及胶原结合，介导细胞与细胞外基质之间的粘附； 参与细胞对透明质酸的摄取及降解； 细胞内信号转导； 促进细胞的迁移和分化。 透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主要成分，也是蛋白聚糖的主要结构组分。透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用，透明质酸使细胞保持彼此分离，使细胞易于运动迁移和增殖并阻止细胞分化。透明质酸粘素的功能第十八页，共3

14、7页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology第二节 细胞连接(cell junction)l封闭连接(occluding junction)l锚定连接(anchoring junction)l通讯连接(communicating junction)第十九页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 细胞与细胞之间或细胞与细胞外基质之间的连接结构称为细胞连接 (cell junction)。 它是质膜局部区域特化形成的，在结构上包

15、括质膜特化区、胞质区及质膜外区。 细胞连接第二十页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology紧密连接(tight junction)锚定连接(anchoring junctions) 粘合带、粘合斑 (连于微丝) 桥 粒、半桥粒 (连于中间纤维)通讯连接(communicating junctions) 间隙连接(gap junction) 化学突触(chemical synapse)动物细胞的三种连接类型 第二十一页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMo

16、lecular Cell Biology细胞连接的分类 功能分类 结构分类 主要分布 封闭连接 紧密连接 上皮组织 锚定连接 1连接微丝 粘合带(细胞间) 上皮组织 粘合斑 上皮细胞基部 2连接中间纤维 桥粒(细胞间) 心肌和表皮 半桥粒 上皮细胞基部 通讯连接 间隙连接 大多数动物组织 化学突触 神经细胞间、 神经-肌细胞间 第二十二页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 紧密连接又称封闭小带 (zonula occludens)，存在于脊椎动物的上皮细胞间，宽度约50-400nm，相邻细胞之间的质

17、膜被紧密封闭。连接区域有跨膜细胞粘附分子形成的焊接线(嵴线)，质膜间的空隙被嵴线封闭。 主要的跨膜蛋白为Tj蛋白(claudin和occludin)，及 ZO蛋白等。一、紧密连接(tight junction)第二十三页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内，以保证机体内环境的相对稳定。 (消化道上皮、膀胱上皮、脑毛细血管内皮以及睾丸支持细胞之间的紧密连接)。 紧密连接的主要作用第二十四页，共37页。Yunnan Agricultural Uni

18、versity. LlianMolecular Cell Biology二、 锚定连接(anchoring junctions) 通过细胞骨架系统将细胞与细胞或与基质相连，形成一个坚固有序的细胞群体，使细胞间、细胞与基质间具有抗张力的牢固粘合。 锚定连接在组织内分布很广泛，在上皮组织，心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富。 第二十五页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 粘合带(adhesion belt)呈带状环绕细胞，一般位于上皮细胞紧密连接下方。粘合带处质膜内侧有附着蛋白，膜间隙约1520 nm，间

19、隙中有粘附分子E-钙粘素。 粘 合 带第二十六页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology胞质斑(cytoplasmic plaque，位于质膜的内侧、带状) 包括：-，-，-连锁蛋白(catenin)，粘着斑蛋白(vinculin)、-辅肌动蛋白(-actinin)和片珠蛋白(plakoslobin)等附着蛋白。钙粘素肌动蛋白粘合带组分第二十七页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 粘合斑(adhesion pl

20、aque，focal adhesion)位于细胞与胞外基质间，通过整合素(integrin)把细胞中的肌动蛋白束和胞外基质连接起来。连接处质膜内侧有附着蛋白形成盘状胞质斑。粘 合 斑第二十八页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 桥粒(desmosome)存在于承受强拉力的组织细胞间 (如皮肤、口腔等处上皮和心肌)，相邻细胞间形成纽扣状结构，由胞质斑、黏附蛋白(钙黏素)和中间纤维组成。 细胞膜之间有钙粘素(desmoglein 及desmocollin)，质膜内侧有附着蛋白，如片珠蛋白(plakogl

21、obin)、桥粒斑蛋白(desmoplakin)等、形成一厚约1520nm的致密的胞质斑。 桥 粒第二十九页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 半桥粒(hemidesmosome)在结构上类似桥粒，位于上皮细胞基底面与基膜之间。 与桥粒不同之处：只在质膜内侧形成桥粒斑结构，其另一侧为基膜；跨膜连接蛋白为整合素(integrin)而不是钙粘素。半桥粒(hemidesmosome)第三十页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell

22、Biology三、通讯连接间隙连接(gap junction)化学突触(synapse)第三十一页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology（一）间隙连接(gap junction) 间隙连接也称缝隙连接，是细胞通过连接子进行的细胞连接。 “间隙” 是指相邻质膜间有24 nm的间隙，间隙内有大量微型管道(连接子)，连接细胞的胞质，允许一些小分子物质直接从一个细胞流入另一个细胞。 间隙连接存在于脊椎动物的很多成年细胞和正在发育的细胞中。 第三十二页，共37页。Yunnan Agricultural University. LlianMolecular Cell Biology 连接子(connexons)是一种跨膜蛋白，由相邻细胞各提供一半对接而成。每半由 4 个或 6 个相同或相似的跨膜蛋