Solukalvon erilaistumat. Solukalvon erilaistumat ja solujen kiinnittyminen toisiinsa (Chapter 19 Alberts et al.) Ohutsuoli. Ohutsuolen mikrovillukset

Transkriptio

1 Solukalvon erilaistumat Solukalvon erilaistumat ja solujen kiinnittyminen toisiinsa (Chapter 19 Alberts et al.) Mikrovillukset sormimaisia solumembraanin pullistumia nukkalisäkkeen (villus) pinnalla nm, 100 nm lisäävät solun pinta-alaa esim. suolen epiteeli 3000/solu 200x10 6 kpl/mm 2 munuaisputkien pintaala ihmisellä m 2 mikrovillusten ansiosta! Stereociliat esiintyy sisäkorvan aistinsoluissa 3-4 m aktiinifilamenetteja Ohutsuoli Small intestine Suurennos edellisestä Ohutsuolen mikrovillukset Epithelial cell Basal lamina Connective tisue Layers of smooth muscle cells Villus, sisältää aktiinifilamentteja, yhteys solun tukirankaan Epithelial sheet Lamina propria

2 Eläinsolujen liittyminen toisiinsa Suurennos edellisestä Microvillus Epithelial cell Basal lamina, Membrana basalis, tyvikalvo) Figure 19-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Mikrovillukset ja -filamentit Microvilli Stereocilia Protein bridge At rest: Microfilaments Stereocillium Hair cell Some channels open Primary sensory neuron Action potentials

3 Stereocilia 2 Stereocilia 3 Exication More channels open + ion entry depolarizes cell Inhibition Channels closed Less + ion entry hyperpolarizes cell. Action potentials increase Solujen kiinnittyminen toisiinsa Eläinsolujen neljä toiminnallista soluliitosta Anchoring junctions Desmosomi (macula adherens) läiskämäinen (macula = tahra) Puolidesmosomi eli hemidesmosomi, tyvilevy ei liity toiseen soluun vaan solun alla olevaan sidekudokseen ja tyvilevyyn Occluding junctions Tiivis liitos (zonula occludens) solumembraanit liittyvät suoraan toisiinsa kiertää vyöhykemäisesti (zonula) epiteelisolujen yläosaa ei läpäise vettä eikä ioneja Figure 19-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

4 Tiivisliitos, Z. occludens Tiivisliitos (EM-kuva) Desmosomi Plasma membranes of adjacent cells Tight junction Space between cells Channel between cells Tiivisliitos Desmosomi (EM-kuva) Microvilli Linkage of proteins in adjacent cells Tight junction Intercellular space Rows of occludin and claudin proteins Desmosomi (anchoring junction), tonofilamentteja, osa solun tukirankaa, sisältää keratiinia. Rasitusta kestävä, esim. iho sydänlihas.

5 Desmosomi Plasma membrane Intercellular space Cytoplasmic plaque (plakoglobin, desmoplakins Desmoglein and desmocollin keratin intermediate filaments Figure 19-2a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Tyypillisesti ohutsuolen epiteelisoluissa Table 19-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-3 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

6 Transmembraaniset adheesioproteiinit Integriinit Table 19-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-4 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Solujen kiinnittyminen 2 Vyöliitos Microvillus Tight junction Vyöliitos (zonula adherens) vyömäinen epiteelissä yleensä tiiviin liittymän alla sisältää aktiinifilamentteja supistumiskykyisiä epiteelin aukkojen peittäminen solujen irrotessa putkimaiset rakenteet alkionkehityksen aikana Vyömäinen, epiteelissä yleensä tiiviin liittymän alla. Sisältää aktiinifilamentteja supistumiskykyisiä. - Epiteelin aukkojen peittäminen solujen irrotessa - Putkimaiset rakenteet alkionkehityksessä Adherens junction

7 Solujen kiinnittyminen 3 Aukkoliittymä Intermediate filaments Cytoplasmic plaques Aukkoliittymä (nexus) muodostuu konneksomeista: 6- lohkoinen proteiini, voi kiertyä, jolloin avautuu tai sulkeutuu (Ca 2+ säätelee) useimmissa soluissa Ca 2+ lisääntyminen sulkeutuu sähköinen synapsi : ärsytyksen leviäminen sydänlihaksessa ja sileässä lihaksessa läpäisee ioneja, mutta myös suurempia molekyylejä Daltoniin asti aukko n. 1,5 nm Plasma membranes Aukkoliittymä Cadherinit ja solujen väliset adheesio Gap junction Selvimmin näkyvissä valmiissa epiteelisoluissa ja sydänlihaksessa Pitävät tiukasti solut toisissaan kiinni ( liimaproteiinit ) Välittävät Ca 2+ -riippuvaisia solu-soluadheesioita kaikissa eläinsoluissa Cadherin = kalsiumionista riippuvainen Ca 2+ poisto ekstrasellulaaritilasta solut erillään, esim. embryonaalisessa kudoksessa

8 Miten embryonaaliset solut pysyvät yhdessä? Cadherinin diversiteettiä hermostossa Hiirellä aluksi heikosti pysyvät yhdessä. 8-soluvaiheessa erittyy E-cadherinia solujen välinen liitos lujittuu Aivoista löytyy yli 70 muuta cadherin-tyyppiä. Ohjaavat ja ylläpitävät järjestystä elimissä. Figure 19-5 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-6 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Cadherin superfamily Jokaisella jäsenellä on ekstrasellulaarinen osa. Intrasellulaarinen osa vaihtelee. Sillä on Vuorovaikutusta IC ligandien, signaalimolekyylien ja komponenttien kanssa, jotka ankkuroivat cadhedrinin sytoskeletoniin. Figure 19-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Table 19-3 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

9 Homofiilinen ja heterofiilinen sitoutuminen. Cadherin on homofiilinen Cadhedrinin rakenne ja toiminta Figure 19-8 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-9a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Ekstrasellulaarinen cadherin Cadherinit järjestäytyvät yhdensuuntaisina Ca 2+ puute adheesio purkautuu Figure 19-9b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-9c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

10 Selektiivinen solu-solu-adheesio auttaa selkärankaissolujen dissosioitumisen Selektiivinen solujen dispersio Selkärankaisen organogeneesis pun = epidermis, sin = hermostolevy, vih = mesodermi Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Cadherinin merkitys hermoston kehityksessä E-cadherin, N-cadherin Neurulaatio Hermostoputken ja Neural crestin muodostuminen Figure 19-12a,b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-12c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

11 Cadherin-dependent cell sorting Cadherinien liittyminen aktiiniin Ekstrasellulaariset cadherinit välittävät homofiilista sitoutumista Intrasellulaariset cadherinit toimivat sytoskeletonin filamenttien kiinnityspaikkoina, ankkuroituminen aktiiniin tiiviissä liitoksessa ja välikokoisiin filamentteihin desmosomeissa Kiinnittyminen sytosolissa olevaan häntään Ankkuroituminen aktiiniin Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Ohutsuolen epiteelisolujen liittyminen toisiinsa Poimuuntuminen ja putken muodostuminen Aktiinifilamentit suuntaavat poimua. Epiteelisolujen adheesiovyö kaventaa solujen apex-aluetta ja edistää putken muodostumista Esim. hermostoputki muodostuu näin Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

12 Desmosomi Desmosomin molekulaarinen rakenne Figure 19-17a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-17b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Selektiinit Desmosomien ja hemidesmosomien välinen verkosto syntyy keratiinia sisältävien välikokoisten filamenttien avulla. P-selektiini kiinnittyy sytoskeletonin aktiiniin ankkuriproteiinien avulla. Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-19a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

13 Selektiinit ja integriinit soluadheesioiden välittäjinä Two members of Ig superfamily of cell-cell adhesion molecules Ig = immunoglobulin superfamily Monia tehtäviä immuunijärjestelmän ulkopuolella neuroneissa Endoteelisoluissa, heterofiilinen sitoutuminen Integriniin valkosoluissa Leukosyyttien poistuminen verisuonen ulkopuolelle migraatio. Neural cell adhesion molecule Intercellular cell adhesion molecule Figure 19-19b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Synapsi Hermostossa solujen ja molekyylien väliset adheesiot ovat monimutkainen järjestelmä. Tarvitaan muutakin kuin naapurisolun havaitseminen. Kemotaksis, liukenevat signaalitekijät ohjaavat aksonien kasvua tiettyyn suuntaan muodostaen neuronaalisia yhteyksiä Adheesioproteiinit pitävät pre- ja postsynaptiset kalvot tiukasti yhdessä ja koneiston oikeassa asennossa, jotta signaalimolekyylit voivat toimia. Cadherineja (n. 20 vertebr. hermostossa) ja Igsuperperheeseen kuuluvia adheesioproteiineja Esim. fascilin3 mahdollistaa kasvun, kunnes kohde saavutettu Fascilin3 KO motoneuronista ei synny synapsia hermolihas-liitokseen Scaffold Proteins Organize Junctional Complexes Tukiproteiinit auttavat proteiinien pysymistä paikallaan ja muodostamaan yhteyksiä. Sisältävät runsaasti useita PDZ domaineja Yl. 70 ah:n segmenttejä, joiden C- terminaalinen pää sitoutuu intrasellulaariseen transmembraaniproteiinin tiettyyn molekyyliin

14 Scaffold protein, Dlg4 domain, a mammalian homolog of the Drosophila protein Disc-large Neuroliginin = transmembraaninen prot. ACh-esteraasi Ekspressio nonneuronaalisessa solussa synapsi The PDZ domain is a common structural domain of amino-acids found in the signaling proteins of bacteria, yeast, plants, viruses[1] and animals.[2] PDZ is an acronym combining the first letters of three proteins post synaptic density protein (PSD95), Drosophila disc large tumor suppressor (DlgA), and zonula occludens-1 protein (zo-1) which were first discovered to share the domain. PDZ domains have previouslt been referred to as DHR (Dlg homologous region)[3] or GLGF (glycine-leucine-glycine-phenylalanine) domains. These domains help anchor transmembrane proteins to the cytoskeleton and hold together signaling complexes[4]. In general PDZ domains bind to a short region of the C- terminus of other specific proteins. These short regions bind to the PDZ domain by beta sheet augmentation. Which means that the beta sheet in the PDZ domain is extended by the addition of a further beta strand from the tail of the binding partner protein.[5] Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Synapsi PDZ domains are found in many thousands of known proteins. PDZ domain proteins are widespread in eukarotes and eubacteria,[2] whereas there are very few examples of the protein in archaebacteria. PDZ domains are often associated with other protein domains and these combinations allow them to carry out their specific functions. For example the PDZ domains in the PSD-95 protein are found associated with an SH3 domain and a guanylate kinase domain. Nerve cell Nerve signals Synapse Neurotransmitter diffuses across synapse Nerve cell

15 Figure 19-22a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-22b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Epiteelisolujen väliset liitokset Figure 19-22c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

16 Sallii ravinteiden kuljettamisen epiteelisolun läpi suolen lumenista verenkiertoon Kuvassa glukoosi kuljetetaan aktiivisesti Na+vetoisen symporterin avulla. Diffuusio glukoosi kantajaproteiinin avulla Tiivis liitos toimii barrierina monille liuottimille. Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Malli tiivisliitoksesta Tiivisliitoksen molekyylimalli Figure 19-26a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Jos claudin-1 geeni puuttuu hiireltä, ei synny tiivisliitoksia. Figure 19-26b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

17 Gap-junction channel Aukkoliittymät Gap junctions Connexon Cytosol Intercellular Gap Konneksoni tarkemmin Aukkoliittymien kanavien koko Cytosol Connexin COO - subunit Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

18 Konneksoni muodostuu kuudesta konneksiinista Konneksonin organisaatio Figure 19-34a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-34b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Solujenväliset kanavat Channel between cells Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

19 Tyvikalvo (Membrana basalis) Tyvilevy Proteiinien muodostama rakenne Sen alla siihen liittyviä säikeisiä rakenteita (Lamina fibrillaris) Molekyylitason rakenne tunnetaan Laminiini ja tyypin IV kollageeni Laminiini koostuu kolmesta proteiinialayksiköstä (, ja ) Laminiini 1-12, solujen kiinnittymisalusta Figure (part 1 of 3) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure (part 2 of 3) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure (part 3 of 3) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

20 Laminiinin rakenne IV kollageeni tärkeä Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-42a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Tyvikalvon (tyvilevyn) molekulaarinen rakenne Tyvilevyn merkitys hermo-lihasliitoksen muodostumessa Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

21 Ekstrasellulaarisen matriksin sitoutuminen aktiiniin Integrinit transmembraaneja heterodimeerejä, jotka sitoutuvat sytoskeletoniin Ihmisellä ainakin 24 integrinin muunnosta. Integrini vaihtelee aktiivisen ja inaktiivisen konformaation välillä. Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Hemidesmosomi Tukkisaksimalli, integrinien mekaaninen malli Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

22 Integrinin sitoutuminen ligandiin Aktivaatio signaalivälityksen avulla RGD = integrinin ligandi, lisää soluadheesiota Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Ekstrasellulaarinen matriksi Table 19-4 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

23 Sidekudos epiteelin alla fibroblasti erittää ympärilleen runsaasti ekstrasellulaarista matriksia Fibroblasteja sidekudoksessa Runsaasti kollageenisäikeitä, hyaluronia, glykoproteiineja proteoglykaneja Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Hydratoitunut geeli sisältää glucosaminoglycani (GAG) ketjuja Proteoglycanit koostuvat GAG-ketjuista ja sitoutuvat ydinproteiineihin kovalenttisilla sidoksilla GAG sisältää n. 200 disakkaridiyksikköä Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

24 Makromolekyylien suhteellisia suuruuksia Hyaluronani toimii tilantäyttäjänä Transformoiva kasvutekijä beta (TGF-beta) vaikuttaa mm. solujen erilaistumiseen ja kasvuun sekä säätelee yksilönkehitystä ja immuunijärjestelmää. Table 19-6 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kollageenisäikeiden muodostuminen Table 19-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

25 Intra- ja ekstrasellulaariset tapahtumat Elastiinin rakenne Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-68a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Elastiinisyitä Elastisia syitä Figure 19-70a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 19-70b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

26 Elastiinimolekyylien verkon joustavuus pun = kovalenttinen sidos Fibronektiini Jokainen molekyyli voi venyä Ja painua kasaan kuminauhan tavoin Liukoinen muoto verenkierrossa ja muissa ruumiinnesteissä Liukenematon muoto fibronektiinisäikeissä Säikeet sitoutuneet toisiinsa C- terminaalisesti rikkisilloilla Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Fibronektiini-dimeerin rakenne Proteaasien merkitys kalvoreseptorien sitomisessa Figure 19-72b, c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

27 Reseptorit Soluliitosten jako toiminnan mukaan Eturauhassyöpäsolut valmistavat ja erittävät seriini proteaasia upa, joka sitoutuu solun pinnalla olevaan reseptoriin Samat solut transfektoidaan DNA:lla, jolloin upa inaktiviseen muotoon ei proteaasi aktiivisuutta Tumori ei kasva eikä metastasoidu upa = urokinase-type plasminogen activator Vahvistavat liitokset (adhering junctions) vyöliitos desmosomi hemidesmosomi Kulkeutumisesteet (impermeable junctions) tiivis liitos septate junction eli väliseinällinen liitos (selkärangattomat) Kommunikoivat liitokset aukkoliitos kemiallinen synapsi