Mezibuněčné interakce
a interakce mezi buňkou
a ECM
Přednáška kurzu Molekulární biologie eukaryot
17.10.2019
Jana Šmardová
Jan Šmarda
Ústav experimentální biologie
Přírodovědecká fakulta MU
Osnova přednášky
• charakteristika buněčných interakcí
 receptory CAM
• interakce mezi buňkami a substrátem (ECM)
 fokální adheze
 hemidesmosomy
• buněčné adheze (cell adhesions)
 adherentní pásy
 desmosomy
• mezibuněčné spoje (cell junctions)
 těsné spoje (tight junctions)
 mezerové spoje (gap junctions)
(chybí fokální adheze)
Charakteristika buněčných
interakcí
Charakteristika buněčných interakcí
• selektivní exprese receptorů CAM (cell adhesion
molecules)
• interakce CAM: navzájem mezi buňkami (cell-cell) s
ECM (cell-matrix)
• vazba na cytoskelet uvnitř buňky (stabilizace)
• regulace změnou lokalizace (membrána vs. vezikly)
4 rodiny CAM: integriny
selektiny
ICAMs (imunoglobulin-like CAMs)
kadheriny
• 1 transmembránová doména
• 1 intracelulární vazebná doména  vazba na
cytoskelet (AF, IF) přes asociované proteiny
• opakující se (vazebné) extracelulární domény
• homofilní interakce:
interakce se stejným typem CAM na jiné buňce
• heterofilní interakce:
interakce s jiným typem CAM nebo ligandem
• integriny, selektiny a kadheriny vyžadují přítomnost
iontů Ca2+
Charakteristika molekul CAM
• hlavní komponenta interakcí buněk s ECM
• heterodimery:  (18 typů) a  (8 typů) podjednotka
• různé kombinace (24) podjednotek  odlišná afinita k
ligandům (= specifické sekvence AA v ECM); možnost
interakcí s různými ligandy (nízká specifita)
Funkce:
• fokální adheze (vazba na AF) – vazba k bazální lamině
nebo jiným typům ECM
• pohyb buněk v ECM (fibroblasty, leukocyty)
• interakce trombocytů, resp. gamet při fertilizaci
• zprostředkovávají signalizace (inside-out i outside-in)
Integriny
Interakce mezi integriny a receptory pro
růstové faktory
Leukocyte Adhesion Deficiency
(LAD)
• dědičná (AR) porucha tvorby CD18
(podjednotka 2)
• nedostatečná adheze leukocytů k
endotelu cév  imunodeficience,
časté bakteriální infekce
• transplantace kostní dřeně
Canine Leukocyte Adhesion
Deficience (CLAD)
• vysoká frekvence: irský setr
• mutační analýzy, genetické testy
• Ca2+-dependentní lektinová doména: interakce s
oligosacharidy glykoproteinů a glykolipidů
• exprimovány výlučně na povrchu buněk vaskulárního
systému: L- (leukocyty), P- (trombocyty/plateles) a Eselektiny
(endotelie)
Funkce:
• při zánětu, trombóze endoteliální buňky exprimují Pselektin
= specifický signál pro interakci s dosud volně
cirkulujícími trombocyty, neutrofily,…
Selektiny
PSGL-1 (CD162): P-selectin glycoprotein ligand-1
GP Ib (CD42b): Platelet glycoprotein Ib
Selektiny umožňují interakci endotelií s
buňkami pohybujícími se v krevním řečišti
Úloha CAMs v zánětové kaskádě
Úloha CAMs v zánětové kaskádě
• opakující se extracelulární vazebná doména (Ig-like)
• stovky různých druhů (buněčná specifita, odlišná
struktura, rozdílná afinita k ligandům) – bezobratlí i
obratlovci
• specifita interakcí během embryogeneze, aktivace
signálních drah
N-CAM (neural cell adhesion molecule)
• neurony, glie (homofilní interakce) – vývoj CNS
• 1 gen  alternativní sestřih  20 izoforem
ICAMs
N-CAM (neural cell adhesion molecule)
• 5 Ig domén ( 100 AA) a 2 Fn - fibronektinové domény
• 3 formy: NCAM180, 140, 120  alternativní sestřih
• všechny mohou být odštěpeny a solubilizovány
• vazba PSA (kyselina polysialová/neuroaminová) mění strukturu a funkci
jednotkou kyseliny
polysialové PSA je
devítiuhlíkatá
cukerná molekula
• v molekule 5x extracelulární doména CAD (115 AA)
• vysoká variabilita cytoplazmatické domény
• v cytoplazmě vazba na AF – kateniny ( a )
• pouze zajištění mezibuněčných interakcí (ne s ECM)
• tkáňově specifické typy (změny během diferenciace):
E = epitely, embryonální buňky
P = placenta
N = nervové buňky, svalové buňky
VE = vaskulární endotelie
Kadheriny (Cadherins)
Interakce kadherinů dvou sousedních buněk
Interakce mezi buňkami a
substrátem (ECM)
• připojení aktinových filament (AF) k ECM
prostřednictvím CAMs (integriny)
Fokální adheze
Struktura fokálních adhezí
Fokální adheze ukotvují aktinová filamenta
epiteliální buňky k bazální membráně
(prostřednictvím integrinů)
Struktura fokálních adhezí
fokální adheze (vinculin) / F-aktin
Muskulární dystrofie
• genetické poruchy interakcí mezi aktinem a ECM
• Duchenova, Beckerova MD
• mutace v genu pro dystrofin (interakce aktin –
dystroglygan)
dystrofin / DAPI
(normální exprese)
Imunohistochemický obraz dystrofinopatie
(svalová tkáň)
dystrofin
• připojení intermediárních filament (IF) epiteliálních buněk
k bazální lamině prostřednictvím CAMs (integriny)
Hemidesmosomy
Hemidesmosom ukotvuje intermediární
filamenta epiteliální buňky k bazální membráně
(prostřednictvím integrinů)
Hemidesmosomy v epitelech
• Integrin 64 (CAM)  plectin  cytokeratin (IF)
Buněčné adheze
(cell adhesions)
• vazba na aktinová filamenta (AF)  propojení AF v
sousedních buňkách prostřednictvím CAMs
• kadherin - -katenin - -katenin – AF
• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní strana
plazmatické membrány)
Adhezní pásy (adhesion belts)
Adhezní pásy
Adhezní pásy
Adhezní pásy epiteliálních buněk tenkého střeva
aktin / -katenin
• vazba na intermediární filamena (IF)  propojení IF v
sousedních buňkách prostřednictvím CAMs
• kadheriny (desmoglein, desmocollin) – plakoglobin,
plakofilin – desmoplakin – IF
• místa lokalizace: cytoplazmatické plaky (vnitřní strana
plazmatické membrány)
Desmosomy
Desmosomy
Desmosomy
Pemphigus vulgaris
• autoimunitní onemocnění kůže a sliznic
• syntéza protilátek proti desmogleinu 1 a 3
• poruchy adhezivních vlastností epitelií  tvorba
puchýřů
• léčba kortikoidy
nakupení autoprotilátek IgG v oblasti
desmozomů
Buněčné spoje
(cell junctions)
• spojení sousedních buněk v epitelu, obvykle v blízkosti
apikální strany
• účelem zabránit průchodu molekul mezi buňkami
(bariera proti difuzi)
• claudiny, occludin, JAMs (junction adhesion molecules
– patří do superrodiny ICAMs)
Těsné spoje (tight junctions)
Těsné spoje
Těsné spoje mezi buňkami trofoblastu
Profil exprese claudinů podél nefronů v ledvinách
Gong Y et Hou J, Pflugers Arch 469 (1): 105–113, 2017
 exprese různých claudinů v různých částech nefronu je zřejmě
odrazem specifických transportních funkcí jednotlivých úseků nefronu
Hypomagnesemie (dědičná varianta)
• mutace v genu kódujícím claudin 16 (3q27)
• porucha transportu hořčíku
• hladina Mg2+ v séru regulována ledvinami
(reasorbce v proximálním tubulu)
• nízká hladina Mg2+ v krvi  křeče
• identifikováno 15 různých mutací CLDN16
__________________________________________
 recesivní mutace claudinu 19: spojeny s poruchou
transportu Mg2+ a Ca2+
 claudin 14: Ca2+
 claudiny 4 a 8: Cl-, Na+
• spoje mezi buňkami umožňují průchod vody a malých
rozpustných molekul = „kanálky“ o průměru 1,5 nm
Mezerové spoje (gap junctions)
Stavba mezerových spojů
• konexin (6 molekul)  konexon (homomerní nebo
heteromerní)
Onemocnění způsobená mutacemi v genech
pro konexiny
 mutace (ztráta funkce, zisk funkce) v deseti
různých ( 20) genech pro konexiny způsobují více
než 28 různých onemocnění
 široké spektrum postižení: onemocnění kůže,
ztráta vlasů, hluchota, vývojová onemocnění,
leukodystrofie, spastická paraplegie, lymfedémy,
šedý zákal,…
Srinivas M et al. Biocem Biophys Acta 1860 (1) 192-201, 2018
Sanchez HA et Verselis VK. Front Cell Neurosci 8,354, 2014
 pozice 18 mutací v
molekule konexinu 26,
které jsou spojeny s
hluchotou (deafness)
(modře) nebo syndromem
KID (keratitis-ichthyosisdeafness)
(červeně)
Mutace konexinu 26
Hlavní typy mezibuněčných spojů v epitelech
živočichů (shrnutí)
Hlavní typy mezibuněčných spojů v epitelech
živočichů
(chybí fokální adheze)
Místo závěru…