Pojivové tkáně 2024 VAZIVO Petr Vaňhara pvanhara@med.muni.cz Epitelová Svalová Nervová Pojivová Na základě morfologických a funkčních znaků Obsahují myofibrily → schopnost kontrakce Derivát mezodermu - KS, myokard, mezenchymu - HS Neurony a neuroglie Příjem a přenos elektrického vzruchu Derivát ektodermu Dominantní přítomnost extracelulární matrix Vazivo, chrupavka, kost, tuková tkáň Derivát zejména mezenchymu Kontinuální, avaskulární vrstvy buněk s různou funkcí, orientovaných do volného prostoru, se specifickými mezibuněčnými spoji a minimem mezibuněčného prostoru a ECM Deriváty všech tří zárodečných listů SOUČASNÁ KLASIFIKACE ZÁKLADNÍCH TYPŮ TKÁNÍ • spojování ostatních tkání • kompartmentalizace • opora • zajištění vhodného fyzikálního a chemického prostředí • imunologická podpora • uchovávání zásobních látek • homeostáza a regenerace • molekulární interakce POJIVOVÁ TKÁŇ A JEJÍ FUNKCE Funkce je pojivových tkání je podmíněna jejich biologickými, fyzikálními a chemickými vlastnostmi Všechny pojivové tkáně jsou složeny z buněk a mezibuněčné hmoty Mezibuněčná hmotaBuňky pojivové tkáně Trvalé a přechodné buněčné populace • fibroblasty/myofibroblasty • buňky imunitního systému • fagocytující buňky • adipocyty • adultní kmenové buňky • specializované buňky chrupavky (chondroblasty/chondrocyty) • specializované buňky kostní (osteoblasty/osteocyty/osteoklasty) Fibrilární komponenta (vláknitá složka) • kolagenní • retikulární • elastická • Interfibrilární (amorfní) komponenta (základní hmota amorfní) − komplexní matrix složená z glykoproteinů a proteoglykanů − konkrétní složení závisí na konkrétním typu tkáně (vazivo  chrupavka  kost) OBECNÉ SLOŽENÍ POJIVOVÉ TKÁNĚ Embryonální pojivová tkáň - Mezenchym - Rosolovitá pojivová tkáň (Whartonův rosol, v dospělosti má podobnou morfologii zubní pulpa, stroma duhovky) Pojivová tkáň v dospělém organismu • Areolární (řídké, intersticiální) vazivo • Husté kolagenní neuspořádané vazivo • Husté kolagenní uspořádané vazivo • Elastické vazivo • Retikulární vazivo • Tuková tkáň • Chrupavka • Kost • Krev a hematopoetická tkáň • Lymfatická tkáň Vlastní pojivová tkáň Specializovaná pojivová tkáň Trofická pojivová tkáň (tělní tekutiny) OBECNÁ KLASIFIKACE POJIVOVÉ TKÁNĚ • řídká houbovitá tkáň mezi zárodečnými listy • mezoderm; kraniofaciální mezenchym z buněk neurální lišty • prostorová síť hvězdicovitých nebo vřetenovitých buněk • rosolovitá základní amorfní hmota http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL3530/DB_Ch02/DBNModel.html DEN 12 embryonálního vývoje EMBRYONÁLNÍ MEZENCHYM Vazivo KostChrupavka Mesenchym EMBRYONÁLNÍ MEZENCHYM A PŮVOD POJIVOVÉ TKÁNĚ • Mezenchymální kmenové (stromální) buňky jsou zdrojem mnoha buněk přítomných v pojivech MEZENCHYMÁLNÍ KMENOVÉ BUŇKY • Mezenchymální kmenové buňky mají význam pro tkáňové inženýrství MEZENCHYMÁLNÍ KMENOVÉ BUŇKY APLIKACE MSCs https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00043 1. Vazivo 2. Chrupavka 3. Kost POJIVOVÉ TKÁNĚ - Fibroblasty/fibrocyty/myofibroblasty - Retikulární buňky - Tukové buňky - Pigmentové buňky - Nediferencované multipotentní buňky Extracelulární matrix - Vláknitá (fibrilární) složka - Základní amorfní hmota Buňky Fixní buňky Migrující buňky (bloudivé) - Makrofágy pojivové tkáně = histiocyty - Plazmatické buňky - Lymfocyty, granulocyty - Heparinocyty - … OBECNÉ SLOŽENÍ VAZIVA + FIBROBLAST • Základní buňka vaziva • Produkce ECM – dominantní ER • Migrace • Různé tkáně obsahují fibroblasty s různými biologickými vlastnostmi • (Trans)diferenciace • Myofibroblasty FIBROBLAST FIBROBLAST https://www.sciencephoto.com/media/1232046/view/fibroblast-tem ECM Extracelulární hmotu pojiv produkují fibroblasty (chondrocyty, osteoblasty). Schopnost produkovat ECM v různé podobě a složení mají ale i jiné buňky našeho těla (např. epitelové a svalové buňky tvořící bazální laminy). Složení ECM určuje vlastnosti pojivové tkáně Mezibuněčná hmota (ECM) = vlákna + základní amorfní hmota MEZIBUNĚČNÁ HMOTA Vláknitá složka MEZIBUNĚČNÁ HMOTA Kolagenní vlákna – kolagen I - skupina fibrilárních proteinů kódovaných 28 geny - polymer – podjednotka = tropokolagen; trojitá šroubovice - různé strukturní a mechanické vlastnosti (tuhost, pružnost, tloušťka…) - nejhojnější protein lidského těla (až 30% suché hmotnosti) MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV • Polyribozomy se váží na RER a syntetizují peptidové řetězce 1 a 2 (cca 250 AA, 28kDa) • V RER dochází k posttranslační modifikaci (hydroxylace prolinu a lysinu – kofaktor vitamin C) Řetězce tvoří trojitou šroubovici - prokolagen • V GA je prokolagen dále modifikován a sekretován z buňky MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – SYNTÉZA KOLAGENU Prokolagen je modifikován na tropokolagen (prokolagenpeptidázou) Tropokolagen se extracelulárně organizuje do vyšších struktur (fibrily, vlákna) Vlákna jsou vzájemně propojena (lysyloxidázy) MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – SYNTÉZA KOLAGENU MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – SYNTÉZA KOLAGENU MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – SYNTÉZA KOLAGENU Autor: BIOPHOTO ASSOCIATES/SCIENCE PHOTO LIBRARY James Lind 1174 Typ Výskyt ve tkáních Struktura Hlavní funkce I Kost, šlachy, meniskus, dentin, škára, pouzdra orgánů, řídké vazivo, 90% typ I Fibrily (75nm) - vlákna (1-20m) Odolnost v tahu II Hyalinní a elastická chrupavka Fibrily (20nm) Odolnost v tlaku III Kůže, cévy, hladké svalstvo, děloha, játra, slezina, ledvina, plíce Jako I, s vysokým podílem proteoglykanů a glykoproteinů retikulární síť Tvar IV Bazální laminy epitelu a endotelu, bazální membrány Netvoří fibrily ani vlákna Mechanická podpora V Laminy svalových buněk a adipocytů, placenta, plodové obaly Podobný IV VI Intersticiální tkáň, chondrocyty - adheze spojení mezi škárou (dermis) a pokožkou (epidermis) VII Bazální membrána epitelů VIII Některé endotely (rohovka) IX, X Růstová ploténka, mineralizující chrupavka Síťovité uspořádání růst kostí, mineralizace MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – KOLAGEN AZAN HES HE MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – KOLAGEN VE SVĚTELNÉM MIKROSKOPU Julian Voss-Andreae "Unraveling Collagen", 2005 Orange Memorial Park Sculpture Garden, City of South San Francisco, CA MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – KOLAGEN V UMĚNÍ • méně početná než vlákna kolagenní • polymer – tropoelastin • desmosin, isodesmozin • minimální tahová pevnost, při přetažení ztráta pružnosti • redukují hysterezi vaziva = díky své pružnosti usnadňují návrat vaziva do původního stavu po mechanické změně • fibroblasty, ale i hladké svalové buňky • barvení „na elastiku“ (orcein, aldehydový fuchsin) MEZIBUNĚČNÁ HMOTA − FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV Elastická vlákna MEZIBUNĚČNÁ HMOTA − FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV Elastická vlákna Elastin Kolagen MEZIBUNĚČNÁ HMOTA − FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV Elastická vlákna • Podobně jako u kolagenu jsou prekurzory elastinu sekretovány z buňky, kde rychle polymerují. • Depozita elastinu agregují podél vláken proteinu fibrillinu • Zastoupení fibrillinu (není elastický) a elastinu určuje elasticitu vaziva Fibrillin Elastin Elastin • tvoří kolagenní (kolagen III), prostorové sítě • kostní dřeň, slezina, lymfatické uzliny • podpůrná struktura pro buňky např. imunitního systému ve slezině nebo kostní dřeni • retikulární buňky MEZIBUNĚČNÁ HMOTA − FIBRILÁRNÍ KOMPONENTY POJIV Retikulární vlákna Základní amorfní hmota MEZIBUNĚČNÁ HMOTA Amorfní, mezibuněčná hmota • Bezbarvá, průsvitná homogenní směs glykosaminoglykanů, proteoglykanů a strukturálních glykoproteinů MEZIBUNĚČNÁ HMOTA – ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA • lineární polysacharidy tvořené disacharidovými podjednotkami - kyselinou uronovou a hexosaminem glukosamin nebo galaktosamin kys. glukuronová nebo iduronová ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – GAG • lineární polysacharidy tvořené disacharidovými podjednotkami - kyselinou uronovou a hexosaminem ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – GAG https://doi.org/10.3390/cancers15010266 Glykosaminoglykan Výskyt Kyselina hyaluronová Pupečník, synoviální tekutina, sklivcová tekutina, chrupavka Chondroitinsulfát Chrupavka, kost, rohovka, kůže, notochord, aorta Dermatansulfát Kůže, šlachy, aorta (adventicie) Heparansulfát Aorta, plíce, játra, bazální laminy Keratansulfát Rohovka, chrupavka , meziobratlová ploténka (nucleus pulposus, anulus fibrosus) • s výjimkou kys. hyaluronové se váží i na proteinové struktury - proteoglykany ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – GAG ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – GAG • polysacharidy bohaté na hexosaminy = kyselé mukopolysacharidy • onemocnění – mukopolysacharidózy – autozomálně receisvní onemocnění způsobující defekt enzymů v metabolismu GAG – široké spektrum projevů – typické příznaky – kraniofaciální dysmorfie, splenomegalie, poruchy psychomotorického vývoje i růstu, kardiomyopatie • protein + převažující lineární sacharidová složka • proteoglykanové agregáty • vysoká schopnost vázat vodu • objem závislý na stupni hydratace příklady: ‐ aggrecan (chrupavka) ‐ syndekan ‐ fibroglykan ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – PROTEOGLYKANY • dominantní protein + rozvětvená sacharidová složka • interakce mezi buňkami a extracelulární matrix (proliferace, diferenciace, migrace, zánik…) Příklady: ‐ fibronektin – spojení mezi kolagenními vlákny a glykosaminoglykany, umožňuje normální adhezi a migraci buněk ‐ laminin – bazální lamina – soudržnost epitelů ‐ chondronektin – chrupavka - adheze chondrocytů ke kolagenu (J. Nutr. 136:2123-2126, 2006) ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – STRUKTURÁLNÍ GLYKOPROTEINY Glykoproteiny vs. proteoglykany ZÁKLADNÍ AMORFNÍ HMOTA – STRUKTURÁLNÍ GLYKOPROTEINY ECM – SHRNUTÍ ECM – SHRNUTÍ Embryonální: • Embryonální mesenchym a rosolovité vazivo (Whartonův rosol) pupečníku Postnatální: • Řídké kolagenní vazivo (areolární, intersticiální) • Husté kolagenní uspořádané a neuspořádané vazivo • Elastické vazivo • Retikulární vazivo • Tukové vazivo HISTOLOGICKÁ KLASIFIKACE VAZIVA Embryonální mezenchym Whartonův rosol ŘÍDKÉ KOLAGENNÍ VAZIVO • Trvale fibroblasty, makrofágy (histiocyty), případně jednotlivé adipocyty • Další přechodné buňky (leukocyty) • Kolagenní a elastická vlákna • Převládá amorfní hmota • Nejběžnější typ vaziva • Bohatá vaskularizace a inervace • Stěna dutých orgánů, intersticium, slizniční a podslizniční vazivo http://medsci.indiana.edu/a215/virtualscope/docs/chap2_1.htm HUSTÉ KOLAGENNÍ VAZIVO Uspořádané Neuspořádané Jádra fibroblastů Jádra fibroblastů Kolagenní vlákna Svazky kolagenních vláken ELASTICKÉ VAZIVO Elastické membrány v aortě Lig. flava HE 50X Weigert, 50X RETIKULÁRNÍ VAZIVO Niche pro imunitní buňky • bílá a hnědá tuková tkáň • adipocyty, fibroblasty, retikulární, kolagenní a elastická vlákna • vaskularizace TUKOVÉ VAZIVO • aktivní novotvorba adipocytů do věku cca dvou let • schopnost hypertrofie • bohatá vaskularozace • jediná tuková kapénka • dynamická produkce hormonů - leptiny (adipokininy) TUKOVÉ VAZIVO – BÍLÁ TUKOVÁ TKÁŇ 10.1038/s42255-019-0095-y • vyvíjející se fetus a děti do cca 1 roku • rychlý zdroj energie a tepla • mezilopatkový prostor • malé buňky s početnými lipidovými kapénkami TUKOVÉ VAZIVO – HNĚDÁ TUKOVÁ TKÁŇ VAZIVO - PŘEHLED Kolagenní Stavba Poznámka Řídké kolagenní vazivo Větší množství základní amorfní hmoty, spíše méně kolagenních vláken s náhodným uspořádáním Bohatá vaskularizace, inervace, klíčové tkáňové mikroprostředí Husté neuspořádané kolagenní vazivo Málo základní hmoty a buněk, hodně kolagenních vláken s náhodným uspořádáním Mechanicky odolné vazivové obaly orgánů, skléra Husté uspořádané kolagenní vazivo Těsně uspořádané kolagenní svazky, fibrocyty mezi nimi Šlachy, vazy, odolnost v tahu Embryonální Mezenchym Nediferencované buňky rozptýlené v základní hmotě, málo vláken Progenitory různých buněčných typů Whartonův rosol Viskózní amorfní hmota, kolagenní vlákna, rozptýlené fibrocyty Pupečník Specializované vazivo Retikulární Síť z kolagenu typu III, retikulární buňky Hematopoetické a lymfatické orgány Elastické Elastická vlákna a membrány Pružná podpora elastických arterií a aorty, lig. flava, dýchací cesty a plíce Tukové Adipocyty, bohatá vaskularizace, MSCs Energie - ATP/teplo Chrupavka Chondroblasty, chondrocyty Mechanická podpora Kost Osteoblasty, osteocyty, osteoklasty Mechanická podpora, metabolismus Ca a PO4 3Krev Samostatná přednáška během tohoto semestru DOPORUČENÁ LITERATURA DĚKUJI ZA POZORNOST www.histology.med.muni.cz pvanhara@med.muni.cz