UNECNE SPOJE A ADHEZE Většina buněk v mnohobuněčném organismu je organizována do kooperativních spojení - tkání a ty jsou sloučeny v různých kombinacích do větších funkčních jednotek - orqanu Buňky v tkáních jsou obvykle v kontaktu s komplexní sítí sekretovaných mimobuněčných makromolekul - mimobuněčnou matrix (ECM). Ta pomáhá držet buňky v tkáních pohromadě a vytváří prostor, kde mohou buňky migrovat a interagovat. V mnoha případech jsou buňky v tkáních udržovány na místě přímými buněčnými adhezemi. nrarmvnu i^nu naivními ryrjy rxsmj nsrvova, svalová, Krevní, lyrmsmcKa, spírsiiani si doiov-.i _', n o i oi^wwral^m wilCTiffliSiiBlaHiyil5igii n k v I3DU v n j vojne rozotvienv. jvjsrnnx is Dorn ■■ volně rozptýleny. Matrix je b i vláknité polymery, zejména kolagen a je to matrix (spíše než buňky) která nes« většinu mechanického stresu. Buňky jsou napojeny na komponenty matrix a jejich vzájemné spojení není příliš důležité. |gřsM»lslI«flcj»]ltaiřsllÍiraiBÍLfsiÍiraiBKi*lllSI^ EM tvoří hlavně tenkou basální laminu, na které leží epiteliální vrstva. Zde jsou to zejména buňky, které nesou většinu mechanického stresu prostřednictvím silných vnitrobuněčných proteinových vláken (složek cytoskeletonu), které křižují cytoplasmu každou epiteliální buňku. Pro přenos mechanického stresu z jedné buňky na druhou jsou vlákna přímo nebo nepřímo na pojena na transmembránové proteiny v plasmatické membráně, kde se tvoří specializované spoje mezi povrchy sousedních buněk a se spodní bazálni laminou. Epiteliální vrstvy vyplňují dutiny a volné povrchy v těle a specializované spoje mezi buňkami umožňují těmto vrstvám tvořit bariéry pro pohyb vody, roztoků a buněk mezi jednotlivými tělními kompartmenty. LUMEN OF GUT epithelial cell migration 'rom "birth" at the bottom of the crypt to loss at the "op of the villus {transit time is 3-5 days) epithelia cells crypt loose connective issue villus (no cell divisk cross sect of villus cross section of crypt villus absorptive brush-border cells mucus-secreting goblet cells direction of movement (A) nondividing differentiated Paneth cells nondividing differentiated- cells rapidly dividing cells {cycle time - 2 hours slowly dividing st cells {cycle time > 24 hours crypt 100 u.m Figure 22-19 part 2 of 2. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Příčný řez částí stěnv střeva LUMEN OF GUT smooth muscle epithelium -C connective tissue r circular fibers longitudinal fibers " connective tissue epithelium '"'''^rr-fBíffls&saaES5''' epithelial cell fibroblast smooth muscle cells epithelial cell Figure 19-1. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Mezi buňkami navzájem a buňkami a ECM se tvoří speciální spoje (junctions) zprostředkované specifickými adhezními molekulami na buněčném povrchu. ADHEZNÍ INTERAKCE - interakce zprostředkované membránovými molekulami. Na základě strukturních vlastností rozlišujeme rodinu: ► kadherinů (asi 80 typů) ► imunoglobulinů (přes 700 typů) ► integrinů ► selektinů Slouží nejen ke spojení buněk navzájem a k jejich zakotvení v daném kompartmentu, ale jsou spojeny s aktivací buněk, s přenosem signálu do nitra buněk a s komplexní buněčnou odpovědí (regulace buněčného cyklu, indukce diferenciace, apoptózy, atd.). Adhezní interakce jsou klíčové pro zajištění aktivity imunitního systému. Typy vazeb imofi1 souse' otypicka) vazba - vazi se stejné molekuly 2) heterofilní (heterotypická) vazba - váží se různé molekuly 3) receptory na povrchu buněk jsou spojeny navzájem ElfrMSlil BHEUaaüEIB Mechanizmy, jimiž mohou povrchové molekuly zprostředkovat buněčné adheze HOMOPHILIC BINDING HETEROPHILS BINDING BINDING THROUGH AN EXTRACELLULARI LINKER MOLECULE igure 19-26. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. BUNECNE SPOJE, ADHEZE a MIMOBUNECNA MATRIX (ECM) Buněčné spoje (junctions) - tři funkční skupiny: ► „tight junctions" (TJ) - těsné spoje (epitel střeva) selektivně propustná bariéra - udržují lokální koncentraci tekutin ► "anchoring junctions" - ukotvující spoje - mechanicky spojují buňky a jejich cytoslekelet se sousedními buňkami nebo ECM - časté u tkání vystavených mechanickému stresu (pokožka) TI IIL^lU spoje buňka-buňka (např. adhezívní pásy u epitelu) spoje buňka-matrix (fokální kontakty nebo adhezivní plaky ) místa připojení intermediárních filament: spoje buňka-buňka (desmosomy) spoje buňka-matrix (hemidesmosorr. ► "communicating junctions"- komunikační spoje nebo el. signálů mezi interagujícími buňkami "gap junctions" - mezerovitá spojení chemické syna| - zprostředkovávají přenos chem. tracer molecule cell (A) cell • tight junction cell 3 f 1 ^ ^^ ■ t i U ght nctlon ' ■ (B) WĚ - m 1 H i i 0.5 u.m 0.5 |iim Figure 19-3. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. TJ jsou vysoce dynamické struktury regulující přechod iontů a molekul v epiteliálních a endoteliálních buňkách. Jejich těsnost s Úloha těsných spojení v buněčném transportu Na*-driven glucose symport apical surface LUMEN I (glucose) OF GUT tight junction plasma membranes of adjacent cells intercellula space Ipassive glucose carrier protein baso lateral surface extracellular fluid LOW HIGH glucose concentration! LOW BLOOD JFigure 19-2. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Stimulus i MAPKKK i MAPKK 1 MAPK Oxjüjtive stře», alcohol, Bil«, DF, TGFJ13, EGF+TGFpi PLGF-1hVEGF, TlSfFťt, IFN-^r, HIV^Tat ritonavir, MMP7/S EHEC and EPEC TGFp.EGF. HGF.IL-tľ, end ostat n. thiol, glucocorticoids, asteroids and bile U0123 U 0126 PD 98059 AP7/S, J v/ Ras i Raf i MEK 1/2 i Erk 1/2 ^ Aíc-ohol.Bils, CdClřT TGFř3hTNFahIFN-r and JO-C(12}-HSL \ / MLKs l MKK 3/6 l iP38 SB2M1.90 ^ Thiol and Alcohol Thiot \ / MLKs ] MKK 4/7 i JNK sPGOota ***' Phosphorylation of proteins in cytoplasm and nucleus | and | expresion of TJ proteins Decreased barrier function (e.g. í CI-2) Increased barrier function (e.g. i CI-2, tOccI, Cl-1,4and7) Fig. 5. Activation of the MAPK pathway can lead to TJ opening or assembly depending on the agent that activates the cascade. The uppermost portion of the figure indicates the activators o f the MAPK pathway that lead to TJ disassembly (red) or that favor TJ tightening (blue). The hierarchically organization of MAP signaling cascades into three-tiered modules of MAPKKK. MAPKK and MAPK is shown. Please cite this article as: L. Gan^luz-MariscaL et al.h Crosstalk of tight junction components with signaling pathways, Biochim. Biophys. Acta (2007). do i: 10.101 6/j. bb amcmJZOO 7. OS .01 3 Ukotvující (anchoring) vazby (spoje) VAZBA TRANSMEMBRANOVY EXTRACELULÁRNÍ INTRACELULÁRNÍ INTRACELULÁRNÍ ADHEZNÍ PROTEIN LIGAND CYTOSKELETÁRNÍ UPEVNĚNÍ KOTEVNÍ PROTEINY Buňka-Buňkaj kadherin kadherin aktinová vlákna a-aß-kateniny, Adherentní vazba (E-kadherin) v sousední buňce vinculin, a-aktinin, plakoglobin (y-katenin) Desmozóm kadherin (desmoglein, desmogleinya intermediální vlákna desmoplakiny, desmocollin) desmocolliny v sousední buňce plakoglobin (y-katenin) i^uňka-Matríx) integrin proteiny aktinová vlákna talin, vinculin, Fokálníadheze extracelulární matrix a-aktinin, fi lamin Hemidesmozóm integrina6ß4, BP180 proteiny extracelulární matrix intermediální vlákna plektin, BP230 Buňky uvolněné z různých tkání embrya obratlovců (jsou-li smíchány dohromady) znovu " ídnostně spojují s buňkami téže tkáně. "ento tkáňově specifický rozeznávací proces u obratlovců je zprostředkován zejména rodine >unKy poi přiléhajících buněk. Aby buňky držely pohromadě, musí být kadheriny připojeny k cytoskeletonu. iiIMMAIiE SSE« ilhsrinii., V^^H IbTEHi má také na ví Většina živočišných buněk má také na vápníku nezávislý adhezívní systém buňka-buňka, který zahrnuje zejména členy imunoglobulinové nadrodiny, jako jsou neurální adhezívní molekuK/ ( Jednotlivé buněčné ty ^^m^^^^^^^S^^^^^QSS^S ^užívají mnohonásobné molekulární mechanismy pro adhezi zájemné buněčné pozorovaná v emoryonamim vy voji musí vyústit v integraci řady různých adhezívní ch systémů, z nichž některé jsou spojeny se specializovanými buněčnými spojeními a jiné ► závislé na Ca2- U epitelu často tvoří souvislý adhezivní pás (zonula adherens) kolem každé interagující buňl" lokalizovaný hned pod těsnými spojením. Homotypické mezibuněčné interakce jsou zprostředkovány transmembránovymi vazebnými glykoproteiny korihwnv (v.v . ^r»ítelia, N-k. - nervové buňky, P-k. - placenta a epidermis). Na cytoplazm. straně cadhei Desmosomv fungují jako nýty epitelia a spojovacích tkání. Uvnitř buněk fungují jako ukotvení pí intermediámí filamenta - keratinová filamenta (epitely), desminová filamenta (srdeční sval) bílkovinách - přechodné vazby buněk v krevním řečišti - umožňují např. bílým krvinkám vaz^ k endoteliálním b. a tak migrovat z krve do tkání v místech zánětu. millIMHililil -uňkách. ICAM (InterCellular Cell Adhes: Heterotypicke mezibuněčné vazby - aktivovane u endotelialnich buněk, k< krvinek vazi s íntegrmy bílých Schéma ukotvujícího spoje ze dvou tříd proteinů cytoskeletal plasma membranes filaments extracellular matrix intracellular anchor proteins transmembrane adhesion proteins Figure 19-3. Molecular Biology of the Ceti, 4th Edition. Cadherin dimer p120 catenins , Lot plasma membrane CYTOSOL actin filament Figure 19-29. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Struktura a funkce selektinů [A) lectin domain EGF-líke domain EXTRACELLULAR SPACE anchor proteins actin filament basal lamina e I WEAK ADHESION AND ROLLING iselectin-dependent) white blood — cell endothelial^ cell (B) STRONG ADHESION AND EMIGRATION (integrin-dependent) CD t/> CO Clí > O _o tissue igure 19-30. Molecular Biology of the Ceil, 4th Edition. Adherentní spoje buňka - mimobuněčná matrix Specializované oblasti membrány - fokální kontakty nebo adhezívní plaky, kde končí svazky aktinových vláken. ► Integriny - transmembránové vazebné proteiny - členové velké rodiny povrchových buněčných receptoru pro matrix zprostředkovávají adhezi a slou: ► Hemidesmosom chemicky odlišné »logicky desmosomům, ale funkčn >ovrch epiteliálních buněk s bazálni laminou. INTEGRINY Základní receptory pro vazbu k ECM se slabou afinitou k ligandu Fungují také jako přenašeče signálů - po aktivaci vazbou na matrix aktivují různé vnitrobuněčné signální dráhy, mohou kooperovat s jinými receptory a regulovat buněčnou proliferaci, přežívání i diferenciaci. S cytoskeletem, kinázami a s receptory pro růstové faktory jsou integriny propojeny 4v tvoří tzv. imunologické rafty. Vznikají žEHBEulJmfl"im>fmiBEiH IWBsn ACLaesuori X-ixiasej a lanazy rocU'jjM| jjjjijl adhesion Kinase) a kim Src. FAK je spojena s proteiny talinem a paxilinem. Fosforylací dochází k aktivaci systému. Ijfaiiigimftiiii • optóze indukované uvolněním buněk s fyziologických vazeb. • ANOIKIS představuje typ buněčné smrti, kterou umírají epiteliální buňky pokud dojde k narušení jejich •Vznik rezistence buněk k anoikis představuje jeden z kritických momentů v karcinogenezi tlustého střeva -podpora invazivity DNA-frag mentation — cell death AUOJXJ3 Struktura subjednotek integrinoveho receptoru (buněčný povrch-matrix) matrix binding i---------------------------------1 Id i valení Icetion a subunit HOOC ß subunit cysteine-rich domains talin, filamin, and ot-actinin binding plasma membrane cytosol 10 nm |Figure 19-64. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition, (A) extracellular matrix protein integrin subunits plasma membrane (B) actin filament EXTRACELLULAR SPACE CYTOPLASM aactinin, talin, or filamin vinculin 10um Regulace mimobuněčné vazebné aktivity integrinu zevnitř buňky extracellular matrix protein \ extracellular signal to f ŕŕŕMr I 382 íľOOH Connoxon "Hemichonnel" J,*****C0OII 39ů **: ^ j* ô *£> «*> «ŕ*> «Ý » » 4V Homotypic Heterotypic Heterorraric Homomeric Homorrkeric Heterotypic Figure 2 Assembly of connexins into gap junctions Cx43 and Cx45, as examples of connexin family members, typical ly thread through the membrane f our t im es. with the AT, CT and C L exposed to the cytoplasm. Connexin arrangement in the membrane also yields two extracellular loops designated EL-1 and EL-2. Six con n exi ns oligomerize into aconnexon or h em i channel that docks in ho moty pic, heterotypic and combined heterotypic/ľieteromeric arrangements. In total, as many as 14 different connexon arrangements can form when two members of the connexin family intermix. Figure 4 Cx43-binding proteins Protein kinases known to phosphorylate Cx43 are shown along the top of a diagrammatically represented gap-junction plaque. A number of scaffolding proteins and proteins of unknown function that have been shown to bind directly or indirectly to Cx43 are shown along the bottom of the gap-junction plaque. It is important to note that it is not necessarily expected that all proteins shown here bind to Cx43 while it is a resident of the gap-junction plaque. MAP kinase, mitogen-activated protein kinase; CIP85, Cx43-interacting protein of 85 kDa. Gap junctions gap of I2-4 n m two connexons in register forming open channel between adjacent cells interacting plasma membranes channel 1.5 nm in diameter (A) vj> f9ß homomeric heteromeric connexins connexons IB) connexon composed of six subunits £tö