Munuasen proksimaalisen kiemuratiehyen epiteelisoluja. Kerr: Atlas of Functional Histology. Mosby Solubiologia ja peruskudokset EPITEELIT HEIKKI HERVONEN
Luku 1 EPITEELIT Epiteelit peittävät elimistön pintoja, niin ulkopintaa kuin sisäisiä pintoja. Tästä nimitys peittoepiteeli. Ulkopinta on selvä: ihon epiteeli eli epidermis. Hengitysteiden ja keuhkojen, ruoansulatuskanavan ja sukuelinten sekä virtseteiden pintoja peittää myös epiteeli. Kun mietitään hieman syvemmälle, myös rumiinontelon pintoja peittää epiteeli, samoin kuin sydämen ulko- ja sisäpintaa, ja vielä verisuonten sisäpintaakin verhoaa peittoepiteeli. Rauhaepiteeli on erilaistunut erittämiseen. Sitä sivutaan tässä vain lyhyesti - kutakin rauhasta käsitellään perusteellisesti elinjärjestemäjaksoilla. Aistinepiteelit on tästä jätetty kokonaan pois, koska ne käsitellään neurobiologia-jaksolla. Tämä julkaisu on tarkoitettu ainoastaan Helsingin yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan opiskelijoiden ja opettajien käyttöön jaettuna Terkon digitaalisen kurssikirjaston kautta. Sen osittainenkin kopiointi, muuttaminen ja muulla tavalla jakaminen on tekijänoikeuslain nojalla ehdottomasti kielletty. Kerr: Atlas of Functional Histology. Mosby
OSIO 1 Epiteelit Kerr: Atlas of Functional Histology. Mosby Yleistä epiteeleistä EPITEELIT Epiteelien ominaisuuksia, solujen väliset liitokset, polaarisuus, vapaan pinnan rakenteet Tyvikalvo Rauhasepiteeli Aistinepiteelit käsitellään aistinelinten yhteydessä (neurobiologia-jakso) Epiteeli erottaa, estää ja torjuu - erittää, aistii ja uusiutuu. Epiteelikudokset kuuluvat side-, lihas- ja hermokudoksen ohella peruskudoksiin. Epiteelit verhoavat elimistön pintoja ja onteloita. Kun epiteelisolut painuvat kuopalle ja putkiksi ne muodostavat rauhasia ja rauhastiehyitä. Jotkut epiteelisolut (neuroektodermista) toimivat aistinsoluina. Epiteelien toiminnat vaihtelevat suuresti elimistön eri osien vaatimusten mukaisesti. Verhoava epiteeli voi toimia lähinnä rajapintana ja kulkuesteenä kuten ihon epidermis, tai se voi toimia imeytymis- (kuten suolen epiteeli) ja kuljetuspintana (läpi tai pitkin, kuten endoteeli tai hengitystie-epiteeli). Verhoavaankin epiteeliin liittyy useimmiten rauhasepiteeliä, esimerkiksi hiki- ja talirauhaset iholla, limakalvon alaiset rauhaset ruokatorvessa, keuhkoputkistossa ja pohjukaissuolessa, puhumattakaan suolen isoista rauhasista, maksasta ja haimasta. 2
Epiteelisolut voivat saada alkunsa sikiön kaikista kerroksista (endodermi, mesodermi ja ektodermi). Epiteeleille on tyypillistä soluisuus ja solu-soluliitokset, polaarisuus tyvikalvon ja solujen vapaan pinnan välillä sekä vapaan pinnan erilaistuneet solurakenteet: mikrovillukset, stereosiliat ja värekarvat. Jotkut epiteeliperäiset rauhassolut ovat menettäneet yhteyden pintaan, menettäneet samalla polaarisuuden ja vapaan pinnan. Niillä on kuitenkin tyvikalvo ja muut epiteelisolun ominaisuudet. Näitä kutsutaan nimellä epitelioidi soluiksi/kudoksiksi. Endokriinirauhasten rauhassolut luetaan näihin. Epiteelisolujen jaottelussa ja tehtävissä tärkeitä ovat seuraavat solukkojen ominaisuudet: 1. solujen muoto: levymäinen, kuutiomainen tai lieriömäinen, 2. solukerrosten määrä epiteelissä: yksinkertainen, kerrostunut tai valekerrostunut, 3. epiteelisolun pinnan ominaisuudet: Epiteelien jaottelu solun muodon ja kerrosten lukumäärän mukaan. yksinkertainen levy e. yksinkertainen kuutio e. yksinkertainen lieriö e. mikrovillukset, värekarvat ja keratinisaatio. valekerrostunut lieriö epiteeli kerrostunut levy e. uroepiteeli kerrostunut kuutio e. kerrostunut lieriö e. Epiteelien tyypillisiä ominaisuuksia: 1. Epiteelit koostuvat soluista, jotka sijaitsevat vieri-vieressä. Soluväliainetta ei juuri ole. Vertaa side- ja tukikudoksiin, jossa soluväliaine on määräävässä asemassa. Epiteeleissä ei ole verisuonia, eikä imusuonia. Epiteelisolut saavat ravintoaineensa tyvikalvon läpi alla olevasta sidekudoksesta. Hermoja epiteeleissä esiintyy säännöllisesti, ks. esim. epidermis. 2. Epiteelisolut ovat polaarisia. Solukalvon vapaana oleva apikaalinen pinta ja tyvikalvoon kiinnittyvä basaalinen pinta poikkeavat ominaisuuksiltaan. Samoin lateraalisella pinnalla on sille ominaisia rakenteita. Keskeinen elementti tässä jaossa on tiivisliitos-vyöhyke, joka jakaa solukalvon erillisiin alueisiin. Polaarisuus näkyy solun sisäisessä organellien järjestyksessä, esim.: Erittävän solun tumasentriolirergolgierittävä pinta. Toinen esimerkki: Apikaalisella pinnalla ovat mikrovillukset ja toisella puolella, basaalisesti kiinnittyminen tyvikalvoon. 3. Epiteelisolut kiinnittyvät toisiinsa spesifisin liitoksin ja voivat niiden täydentäminä muodostaa yhtenäisiä valikoivana kulkuesteenä toimivia seinämiä. 3
Yksinkertaista lieriöepiteeliä (esim. suoli) voidaan pitää tyyppiepiteelinä. Tämän epiteelin solu-solu-liitokset ovat järjestäytyneet liitoskompleksiksi (junctional complex), jossa vierekkäin ovat tiivis liitos (tight junction, zonula occludens), vyöliitos (zonula adherens) ja desmosomit (macula adherens). Tämän lisäksi epiteelisolujen välillä voi olla myös aukkoliitoksia (gap junction, nexus). Tiivis liitos sulkee soluvälitilan ja siten estää molekyylien kulun liitoksen ohi niin elimistöstä ulos kuin elimistöön päinkin. Tiivis liitos estää myös molekyylien kulkeutumisen ao. solun solukalvoa pitkin liitoksen ohi. Toisin sanoen solun tyvenpuoleisen (basolateraali) solukalvon kalvorakenteet (pumput, reseptorit, jne) eivät pääse kärjenpuoleiselle (apikaaliselle) solukalvolle. Tämä on keskeinen perusta epiteelisolun polarisaatiossa. Se mahdollistaa, että toinen kalvoalue pumppaa ainettax solun sisään ja toinen samaa ainetta solusta ulos. Tiiviin liitoksen rakenteessa yksittäiset Tiivis liitos epiteelisolujen välillä Dian tekstit solukalvon lävistävät molekyyliparit ovat vieri vieressä ja muodostavat (melko) yhtenäisen ketjun. Tiiveimmillään ketjuja on monessa kerroksessa. Ketjut kiertävät totta kai koko solun ympäri. Tiiviin liitoksen rakenne: okludiini klaudiini soluvälitila Klaudiinimolekyylien kohdalla muodostuu vesikanavia, josta soluvälitila vuotaa. vierekkäiset solukalvot okkludiini aktiini klaudiini soluvälitila Klaudiinit osallistuvat okludiinin tavoin ketjujen muodostamiseen JAM ZO3 ZO2 ZO1 aktiini transmembraanisten okludiini- ja klaudiini-molekyyliparien ketjut sulkevat soluvälitilaa, ZO-1, 2 ja 3 liittävät näitä aktiinimikrofilamentteihin. Tunnistuksessa on mukana myös immunoglubuliinisuperperheen jäsen JAM. Tiiviin liitoksen molekyyleillä on osuutensa solun toiminnan säätelyssä, ne näyttävät toimivan signaalireittinä mm. kasvutekijä- ja survival-tyyppisille signaaleille. Vyöliitokset sijaitsevat aivan mekaanisesti heikon tiiviin liitoksen alapuolella ja tarjoavat sille riittävän mekaanisen tuen yhdistäessään naapurisolujen aktiiniverkostot toisiinsa. Katso tarkemmin solun tukiranka-luento. Desmosomit ovat yksittäisiä läiskämäisiä soluliitoksia, jotka tarjoavat mekaanista kestävyyttä yhdistäessään naapurisolujen välikokoisten säikeiden verkostot toisiinsa. Niitä onkin erityisen paljon esim. ihon epidermiksessä (ks. alla). Aukkoliitos on epiteelisoluille tyypillinen. Sen kautta solut kommunikoivat toistensa kanssa ja voivat koordinoida toimintojaan. Se toimii myös sähköisenä liitoksena esim. sydänlihassolussa. Aukkoliitoksessa on yleensä pienellä alueella suuri määrä pieniä alayksiköitä. Näistä kukin muodostuu kehään 4
asettuneista kuudesta connexin molekyyleistä. Yhden solun alayksikkö liittyy identtiseen naapurisolun yksikköön, jolloin syntyy yhteysputki naapurusten sytoplasmojen välille. Kun aukkoliitos on auki sen läpi voivat kulkea pienet metaboliitit (aminohapot, Aukkoliitoksen rakenne Vierekkäiset solukalvot tulevat aivan lähekkäin, eivät kuitenkaan yhdy toisiinsa Konneksonit Soluvälitila Vierekkäiset solukalvot glukoosi) ja ionit. Liitos voi sulkeutua täysin esim. vaurioitunut solu eristetään ympäröivistä soluista sulkemalla aukkoliitokset. 4. Epiteelisolujen tyvipinnalla on tyvikalvo. Epiteelisolujen elossa säilymiselle ja erilaistumiselle ovat tärkeitä sekä kosketus (liitokset) toisiin epiteelisoluihin että solu-tyvikalvokontaktit (epiteeli-mesenkyymi vuorovaikutus). Kontaktien puute tai virheet johtavat epiteelin erilaistumishäiriöön kehityksen aikana ja todennäköisesti solujen apoptoosiin. Toisaalta nämä elossapysymis-signaalit myöhemmin katoavat tai häiriintyvät, johtaa sekin normaalisti epiteelisolun apoptoosiin. Tyvikalvon tuottavat epiteelisolut ja sidekudos yhteisvoimin (epiteeli-mesenkyymi vuorovaikutus). Suomen sana tyvikalvo (engl. basement membrane) kuvaa rakennetta hyvin valomikroskooppitasolla. Eri värjäysmenetelmillä kohde näyttäytyy hieman eri paksuisena eri kudoksissa riippuen Konneksiinit Solukalvo siitä, miten paksu kerros alla olevaa sidekudosta värjäytyy sen mukana. Elektronimikroskoopikuva näyttää, että valomikroskoopin tyvikalvo voidaan jakaa kahtia: elektronitiheämpänä (tummana) erottuva tyvilevy (basal lamina) ja välittömästi sen alla sijaitseva retikuliinisäikeitä sisältävä verkkomainen sidekudoksen kerros (lamina fibroreticularis). Jälkimmäinen kiinnittää tyvilevyn edelleen syvemmälle sidekudokseen. Tyvikalvon tapainen rakenne ympäröi myös joitakin muitakin solutyyppejä. Näitä ovat esimerkiksi rasvasolut, lihassolut ja eräät hermoston tukisolut. Näiden yhteydessä käytetään mieluimmin nimitystä lamina externa. Rauhas/ suoli/ heng. epiteeli Tyvikalvo rajaa elimistön tiloja Epiteelisolu Tyvikalvo Pintaepiteeli Ristinmuotoiset laminiinit ja nelihaaraisia yksikköjä muodostavat tyyppi IV kollageeni tetrameerit muodostavat päällekkäisiä verkkomaisia kerroksia. Verkkojen välit täyttyvät proteoglykaaneista (eritisesti perlecan). Linkkiproteiinit (entaktin, nidogen) liittävät näitä komponentteja toisiinsa, epiteelisoluun ja sidekudokseen. Solut kiinnittyvät tyvikalvoon joko tarttumis-pisteillä (focal adhesion) tai kun epiteelissä tarvitaan lujaa kiinnittymistä Lamina lucida Lamina densa 5
alustaansa hemidesmosomeilla. Kummassakin integriinit ovat solukalvoa lävistävinä kiinnittymismolekyyleinä. Tyvikalvon verkkomainen rakenne Laminiini- ja kollageeni IV-muodostavat lomittaiset verkostot. Nidogeeni ja entaktiini sitovat päällekkäisiä verkkoja toisiinsa. Perlekaani (proteoglykaani) täyttää välejä perusaineena. Integriinit kiinnittyvät koll. IV integriini laminiiniin ja tyyppi IV kollageeniin tyvikalvossa. Tyvikalvon elementit taas kiinnittyvät alla olevan sidekudoksen retikuliinisäikeisiin ankkurisäikeillä (tyyppi VII kollageeni) ja elastisiin säikeisiin fibrilliinirihmoilla. Tyvikalvon moninaiset toiminnat: a. Rakenteellinen kiinnittymisalusta (ks. hemidesmosomi), b. Jakaa elimistön lokeroihin: epiteeli-sidekudos (parenkyymi-strooma), c. Suodattaminen (erik. munuaiskeränen), d. Kudosten muottina kehityksen aikana ja vaurion paranemisessa, e. Kehitykseen ja elossa säilymiseen (survival) liittyvä säätely ja viestintä. 5. Epiteelisolujen vapaan pinnan ulokkeet ja ominaisuudet. nidogeeni perlekaani laminiini Mikrovillukset ovat lyhyitä tai pidempiä solu-ulokkeita, jotka lisäävät solun pinta-alaa. Pisimmät ja runsaimmat mikrovillukset löytyvätkin absorboivissa ohutsuolen epiteelisoluissa. Mikrovillusten sisällä on tukirankana (aktiini)mikrofilamenttikimpun muodostama ydin. Mikrofilamentit kiinnittyvät villuksen kärkeen (villiinihattu), toisiinsa (faskiini ja fimbriini) sekä villuksen kalvoon (myosiini I). Lisäksi mikrofilamenttikimppu tukeutuu solun kärjen solukalvo-kuorikkoon (spectriini) ja siihen kiinnittyvään erityisen selvään horisontaaliseen mikrofilamenttiverkostoon, terminal webiin. Terminal webiin Mikrovilluksen rakenne Huomaa kiinteä yhteys mikrovilluksen aktiinirihmojen ja pääteverkoston (terminal web) aktiiniverkoston välillä. villiini spektriini välikokoiset säikeet fimbriini aktiinirihma ja villuksen myosiinin toiminta saa aikaan solun kärjen supistelun ja villusten liikkeen, mikä sekoittaa villusten väleissä olevaa suolen sisältöä. Villusten pinnalla on erityisen paksu glykokalyksi, solun ulkopuolelle projisioituva hiilihydraattivyöhyke. Stereosiliat alias sterovillukset ovat ikään kuin pitkiä mikrovilluksia. Niitä esiintyy miehen sukusolutiehyeissä ja sisäkorvan aistinsoluissa. Värekarvat eli siliat ovat liikkumaan kykeneviä, mikrovilluksia pidempiä ulokkeita. Niiden koordinoitu toiminta epiteelissä saa aikaan pinnan aineksen (lima, neste) liikkeen esimerkiksi hengitystie-piteelissä tai munanjohtimessa. faskiini myosiini I Liitosproteiineja pääteverkosto myosiini II 6
Värekarvan tyvessä on sentriolia muistuttava tyvikappale (basal body), josta mikrotubulukset nousevat värekarvan huippuun asti. Mikrotubuluksilla on 9+2 järjestys eli 9 kaksoistubulusta kehässä ja keskellä kaksi erillistä. Kaksoistubuluksiin liittyy tukiproteiineja, jotka pitävät niitä järjestyksessä, mutta keskeisiä ovat liikkeen aiheuttavat dyneiini käsivarret naapureiden välillä. Värekarvojen rakenne Epiteelisolujen basaali- ja lateraalipinta voi olla valtavan monimutkaisesti poimuuntunut, mikä laajentaa pinta-alan moninkertaiseksi. Näin on varsinkin soluissa, joissa aktiivisilla kalvopumpuilla siirretään suuria määriä nesteitä puolelta toiselle kuten munuaisen tiehytsoluissa tai sappirakon epiteelissä. 6. Epiteelisolujen välikokoiset säikeet ovat spesifisesti sytokeratiinisäikeitä. Esimerkiksi orvaskeden, epidermiksen soluissa on runsaasti sytokeratiinifilamentteja, rihmoja. Ne antavat mekanisen kestävyyden soluille ja kun tämä solun tukirangan osa on hemidesmosomien kautta kiinni tyvikalvossa ja runsaiden desmosomien kautta kiinni naapurisoluissa, syntyy koko epiteelille mekaaninen kestävyys. Ks. tark. ihon epidermis. mikrotubulusparit tyvikappale pinna dyneiini varret mikrotubulustripletit neksiini solukalvo keskustuppi keskusmikrotubuluspari tubuliiniyksiköt Dyneiini toimii moottoriproteiinina ja kapuaa viereistä putkea pitkin alaspäin 7. Epiteeleissä ei ole verisuonia. Verisuonet eivät tunkeudu epiteeliin. Epiteelit saavat ravintonsa diffuusiolla alla olevan sidekudoksen verenkierrosta. Epiteelin alainen (tai rauhasepiteeliä ympäröivä) sidekudos on laadultaan löyhää sidekudosta, jossa on tiheä kapillaariverkosto. Difuusio on tehokasta löyhän sidekudoksen soluväliaineessa samoin kuin tyvikalvon läpi. Kerrostuneessa epiteelissä ravinnon saanti on pintasolulla heikompi kuin tyvisoluilla. Vapaita hermopäätteitä epiteeleissä on runsaasti. Rauhasepiteeliin pätee samat ominaisuudet kuin peittoepiteeleihin. Rauhasen ollessa kyseessä piteelisolut ovat erilaistuneet erittämiseen. Pikarisolu on esimerkki yksisoluiseesta rauhasepiteelistä. Useamman solun muodostamat epiteelit jaetaan rakenteensa, eritystavan ja eritteen laadun mukaan. Karkea jako rakenteen perusteella: putkimainen (tubulaarinen) tai marjamainen (asinaarinen), yksinkertainen tai haarautunut sekä lisäksi monimutkaisemmat yhdistelmät näistä. Limaa erittävä rauhassolu (esim pikarisolu) eroaa rakenteeltaan selvästi proteiinia erittävästä rauhassolusta (esim. eksokriinisen haiman rauhassolu. Nämä rakenne-erot heijastuvat myös rauhasen rakenteessa. Yleisin eritystapa on merokriininen eli solu erittää eksosytoosilla. Maitorauhanen erittää solun kärjestä silmikoituvia solukappaleita. Tämä on apokriininen eritystapa. Jotkut rauhaset erittävät siten, että erittävä solu hajoaa ja muodostaa eritteen. Tällaisia ovat mm. karvatupen talirauhaset. 7