第17章细胞的社会联系

翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）Copyright©高等教育出版社2011第17章细胞的社会联系翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011细胞的社会联系•多细胞生物体内没有细胞是“孤立”的•通过细胞通讯、黏着、连接以及细胞与胞外基质的相互作用构成复杂的细胞社会•决定细胞的行为和命运，包括结构与功能分化、位置以及生死抉择，维持机体的稳态平衡翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011本章主要内容•细胞连接•细胞黏着及其分子基础•细胞外基质翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011第一节细胞连接细胞连接(celljunction):细胞质膜的特化区域，通过膜蛋白、细胞骨架蛋白或者胞外基质形成的细胞与细胞之间、细胞与胞外基质之间的连接结构翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011第一节细胞连接•三大类：·封闭连接·锚定连接·通讯连接Communicationjunctions通讯连接翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011一、紧密连接（tightjunction）•一般存在于上皮细胞之间•冰冻断裂复型技术显示出它是由围绕在细胞四周的“焊接线”形成翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011一、紧密连接（tightjunction）主要功能：•形成渗透屏障eg.血脑屏障(BBB)将电子致密物氢氧化镧加入上皮细胞一侧作为示踪物，不能够通过紧密连接进入细胞的另一侧翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011一、紧密连接（tightjunction）主要功能：•形成上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，维持上皮细胞极性翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011一、紧密连接（tightjunction）•紧密连接形成的渗透屏障是相对的，某些小分子可通过紧密连接，以细胞旁路途径从上皮细胞层一侧转运或“渗漏”到另一侧翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011二、锚定连接•增强组织中细胞承受机械力的能力•细胞内锚蛋白+跨膜黏附性蛋白翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011与中间丝相连的锚定连接：桥粒与半桥粒HemidesmosomeDesmosomesconnectintermediatefilamentsfromcelltocell翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011与中间丝相连的锚定连接：桥粒与半桥粒•桥粒(desmosome)：相邻细胞内的中间丝通过桥粒相互作用，将相邻细胞连成一体，增强了细胞抵抗外界压力与张力的机械强度•中间丝—钙黏蛋白桥粒结构翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011自身免疫缺陷病——天疱疮•患者自身抗体结合桥粒跨膜黏附性蛋白质，破坏桥粒结构，导致上皮细胞间锚定连接丧失，体液渗漏而产生严重的皮肤水疱病翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011天疱疮小鼠模型翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011与中间丝相连的锚定连接：桥粒与半桥粒半桥粒(hemidesmosome)：•细胞与胞外基质间的连接•中间丝—整联蛋白—层粘连蛋白上皮细胞通过半桥粒黏着在基膜上翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011黏着带(adhesionbelt)•推测在动物胚胎发育形态建成过程中促使上皮细胞层弯曲形成神经管等结构•微丝—钙黏蛋白与肌动蛋白纤维相连的锚定连接：黏着带与黏着斑翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011黏着斑(focaladhesion)•细胞与胞外基质之间的连接方式•微丝—整联蛋白•维持细胞运动张力以及影响细胞生长信号传递与肌动蛋白纤维相连的锚定连接：黏着带与黏着斑翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011FocaladhesionActina5b1Integrin翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011三、通讯连接•间隙连接(gap-junction)：分布广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接•胞间连丝(plasmodesma)：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞间的通讯联络•化学突触(chemicalsynapses)：存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20111.间隙连接(gapjunction)结构与成分：•基本结构单位是连接子，形成一个直径约1.5nm的亲水通道•许多间隙连接单位往往集结在一起形成大小不一的片状结•密度梯度离心技术可将质膜上的间隙连接区域的膜片分离出来翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011功能：•代谢偶联：﹤1×103放射自显影信号放射性标记胸苷TK+TK-间隙连接1.间隙连接(gapjunction)翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20111.间隙连接(gapjunction)功能：•在神经冲动信息传递中的作用：电突触与化学突触传递信号不同，电突触的间隙连接有利于细胞间的快速通讯翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20111.间隙连接(gapjunction)•在胚胎早期发育中的作用：间隙连接存在于发育与分化的特定阶段的细胞之间翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011间隙连接通透性的调节•对小分子物质的通透能力具有底物选择性•通透性受细胞质Ca2+浓度和pH调节翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20112.胞间连丝(plasmodesma)•植物细胞间通讯连接方式•在植物细胞物质运输和信号传递中起着重要作用•胞间连丝介导的细胞间物质运输也是有选择性的，并且是可以调节的翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20112.胞间连丝(plasmodesma)翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20113.化学突触(chemicalsynapses)翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011第二节细胞黏着及其分子基础翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011细胞识别与细胞黏着•细胞连接需要细胞识别与黏着，然后在细胞骨架和跨膜蛋白参与下形成细胞连接•同种类型细胞间的彼此黏着是许多组织结构的基本特征将两栖动物早期胚胎的外胚层和中胚层细胞解离为单细胞并混合在一起，起初细胞形成一个混合的聚合体，然后从其他类型细胞中分选出来。外胚层细胞移动到聚合体的外表面，中胚层细胞移动到聚合体的内部，这些正是它们在胚胎中所占据的位置翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）•细胞识别与黏着的分子基础是细胞表面的细胞黏着分子•细胞黏着分子分为4大类：钙黏蛋白、选择素、整联蛋白及免疫球蛋白超家族翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）•通过3种方式介导细胞识别与黏着同亲型结合、异亲型结合、衔接分子依赖性结合翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）•CAM是整合膜蛋白，介导细胞与细胞间及细胞与ECM间相互作用•为糖蛋白，分子结构由三部分组成：a.胞外区，N端部分，负责与配体识别b.跨膜区，多为单次跨膜c.胞质区，C端部分，与质膜下的骨架成分相连，或与胞内的信号分子相连翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）胞质区与质膜下的骨架成分相连翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20111.钙黏蛋白(cadherin)•同亲型结合、Ca2+依赖的细胞黏着糖蛋白•典型钙黏蛋白胞外部分形成5个重复结构域•铰链区是Ca2+结合位点翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011钙黏蛋白家族部分成员名称主要分布参与细胞连接类型在小鼠中失活后的表型E-钙黏蛋白上皮细胞黏着连接胚泡细胞不能聚集在一起，死于胚泡时期N-钙黏蛋白神经、心脏、骨骼肌及成纤维细胞黏着连接、化学突触因心脏缺陷而死于胚胎时期P-钙黏蛋白胎盘、表皮黏着连接异常乳腺发育VE-钙黏蛋白内皮细胞黏着连接血管异常发育（因为内皮细胞凋亡）翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011钙黏蛋白参与的细胞连接翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011钙黏蛋白的结构与功能•胞外最后一个重复结构域在Ca2+结合后彼此“嵌合”在一起，从而实现Ca2+依赖性细胞黏着•低浓度（0.05mmol/L）Ca2+导致钙黏蛋白胞外部分的刚性丧失•阳离子螯合剂EDTA能破坏Ca2+或Mg2+依赖性的细胞黏着翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011钙黏蛋白介导高度选择性的细胞识别与黏着•通过调控钙黏蛋白的种类与数量能影响细胞间的黏着与迁移，从而影响组织分化小鼠8细胞胚胎时期，表达E-钙黏蛋白将松散的分裂球细胞变成紧密黏合的细胞。E-钙黏蛋白突变，会导致胚胎细胞的分离和死亡翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011上皮－间质转型涉及E-钙黏蛋白的表达与否•上皮细胞转型为间质细胞或间质细胞转型为上皮细胞是一个受控的可逆过程，称之上皮－间质转型•表达E-钙黏蛋白后，分散的间质细胞会聚集在一起形成上皮组织；不表达E-钙黏蛋白的上皮细胞则从上皮组织迁移出来形成游离的间质细胞KalluriR&WeinbergRA,2009翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011上皮－间质转型是细胞转分化的一种方式•epithelial-mesenchymaltransition，EMT•癌细胞演进、干细胞分化与EMT有关KalluriR&WeinbergRA,2009翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20112.选择素(selectin)•异亲型结合、Ca2+依赖性的细胞黏着分子选择素是跨膜蛋白，其胞外部分具有高度保守并能识别其他细胞表面特异性寡糖链的凝集素（lectin）结构域翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011选择素的种类•L-选择素存在于各种白细胞的表面，参与炎症部位白细胞从内皮细胞间隙进入组织的过程•E-选择素存在于活化的血管内皮细胞表面•P-选择素位于血小板和内皮细胞上翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011选择素及整联蛋白介导的细胞黏着，帮助白细胞从血液进入组织翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社2011选择素及整联蛋白介导的细胞黏着，帮助白细胞从血液进入组织翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20113.免疫球蛋白超家族(IgSF)•分子结构中具有与免疫球蛋白类似结构域的细胞黏着分子超家族（不依赖于Ca2+）•大多介导淋巴细胞和免疫应答所需要的细胞之间的黏着翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20113.免疫球蛋白超家族(IgSF)翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©高等教育出版社20114.整联蛋白(integrin)•普遍存在于脊椎动物细胞表面，异亲型结合、Ca2+或Mg2+