międzykomórkowe i macierz zewnątrzkomórkowa mgr Dagmara Ruminkiewicz Zakład Biologii Medycznej międzykomórkowe międzykomórkowe zapewniają : uszczelnienie komórek mechaniczną wytrzymałość przyleganie do sąsiednich komórek zamykające kontakt chemiczny Desmosomy Desmosomy zamykające Informacyjnometaboliczne Informacyjnometaboliczne 1
zamykające (ang.tight junctions) światło Część szczytowa Pasmo białek okludyny i klaudyny Boczno-podstawna ECM trwałe połączenie opasujące i uszczelniające komórki oddzielają powierzchnie szczytowe oraz podstawne cząsteczki rozpuszczalne w wodzie nie mogą wpływać między komórki białka tworzące : klaudyny i okludyny utrzymanie polarności komórek ( np. w nabłonku) Desmosomy punktowe połączenia typu zwierającego trwałe połączenie uszczelniające komórki gęste płytki białkowe, do których wnikają filamenty pośrednie typowe dla komórek nabłonka i mięśnia sercowego łączone elementy: komórka-komórka białka transbłonowe: kadheryny filamenty cytoszkieletu: filamenty pośrednie (keratyna) błony dwóch sąsiadujących komórek kadheryny filamenty pośrednie 2
Hemidesmosomy Punktowe połączenia typu zwierającego między komórkami i cząsteczkami ECM błon podstawnych Typowe dla komórek nabłonka i mięśnia sercowego łączone elementy: komórka- ECM białka transbłonowe: integryny filamenty cytoszkieletu: filamenty pośrednie informacyjno-metaboliczne (ang. gap junctions) koneksyna Informacyjnometaboliczne Wewnątrzkomórkowe kanały komunikacyjne Zbudowane z białek zwanych koneksynami Kanały utworzone przez koneksyny umożliwiają dyfuzję cząstek mniejszych niż 1kD ( jony cząsteczek sygnałowych np. camp) Pozwalają na przechodzenie jonów nieorganicznych i małych cząstek rozpuszczalnych w wodzie z cytoplazmy jednej kom. do cytoplazmy drugiej kom. Macierz zewnątrzkomórkowa - substancja międzykomórkowa (ECM) 3
Macierz zewnatrzkomórkowa (ECM) Wypełnia przestrzeń pomiędzy komórkami. Grube włókna kolagenu i elastyny przeplatane są strukturą substancji podstawowej zbudowanej z proteoglikanów i glikozaminoglikanów- tworzą filtr biofizyczny (który kontroluje przekazywanie składników odżywczych i produktów odpadowych, mediatorów i wszelkich substancji ze środowiska do komórki) i hydrofilny charakter macierzy. Potencjał elektryczny wynosi 240µV i może zmieniać się w zależności od różnych parametrów (ph, stres, zapalenie, leki) Występuje we wszystkich tkankach (najwięcej w tkance łącznej) Macierz pozakomórkowa wytwarzana jest poprzez wysoce wyspecjalizowane komórki podporowe, do których należą: fibroblasty w większości tkanek; trójwymiarowa sieć, która rozciąga się pomiędzy komórką narządu a naczyniami włosowatymi i chłonnymi; syntezuje struktury proteoglikanów i glikozaminoglikanów przez aparat Golgiego; ma podstawowe znaczenie dla macierzy zewnątrzkomórkowej, gdyż odtwarzają uszkodzoną (na skutek zakażenia lub zranienia) strukturę macierzy. Posiadają zwykle rozgałęzioną cytoplazmę, otaczającą eliptyczne jądro komórkowe. chondrocyty chrząstki osteoblasty kości miofibroblasty wytwarzają składniki substancji pozakomórkowej adipocyty (komórki tłuszczowe) gromadzą lipidy Rola ECM: element budulcowy; zespala komórki w tkanki i narządy, umożliwia organizacje przestrzenną tkanki, zapewnia mechaniczną stabilność i podporę dla komórek (komórki bardziej przylegają do macierzy niż do sąsiadujących komórek) ochronna (znajduje się między komórkami a środowiskiem zewnętrznym) filtrowanie-różnych substancji,które przenoszone są z naczyń włosowatych do komórki (i na odwrót) determinuje kształt komórki; uczestniczy w przekazywaniu sygnałów wewnątrzkomórkowych; 4
Macierz zewnatrzkomórkowa (ECM) Substancja międzykomórkowa Główne cząstki ECM: a. glikozaminoglikany (GAG): np.kwas hialuronowy b. proteoglikany ( większe struktury, 90% to różne GAG) c. glikoproteiny (białka niekolagenowe): fibronektyna i laminina d. białka tworzące włókna tkanki łącznej (kolagen, elastyna i fibrylina) kolagen błona podstawna GAG Glikozaminoglikany - kwas hialuronowy mukopolisacharydy o właściwościach higroskopijnych, zapewniające stałe stężenie wody w skórze właściwej GAG duże nierozgałęzione polimery identycznych dwucukrów każdy z dwucukrów składa się z kw. uronowego i aminoheksozy występuje w wielu typach tkanki łącznej, najczęściej w tkance włóknistej luźnej GAG wiążą kationy i są silnie hydrofilne wiązanie dużej ilości wody powoduje pęcznienie cząsteczek GAG największy GAG to kwas hialuronowy składa się z ok.2 000 dwuheksoz, kwas ten nie tworzy proteoglikanów (nie tworzy kowalencyjnego wiązania z białkami) Glikoproteiny - laminina łańcuch B1 wiązanie kolagenu wiązanie integryn łańcuch A łańcuch B2 Miejsce wiązania komórek duża glikoproteina (850 tys kda) zbudowana z 3 łańcuchów formują układ w kształcie krzyża umożliwia przyczepianie się komórek do błon podstawnych laminina ma wiele domen do wiązania: 1. komórek 2. integryn 3. kolagenu 4. proteoglikanów Miejsce wiązania proteoglikanów Rys. Laminina z zaznaczonymi domenami łączącymi kom. i składniki ECM 5
Białka tworzące włókna tkanki łącznej : Kolagen kolagen : cola - klej, genno rodzić (klejorodny) białko występujące u człowieka w największych ilościach budowa: superhelisa utworzona z trzech łańcuchów α-helikalnych skręconych wzajemnie na kształt trójżyłowej liny w kolagenie najwięcej jest alaniny, a aminokwasami charakterystycznymi są hydroksylowane formy proliny i lizyny : hydroksyprolina i hydroksylizyna; (kofaktorem hydroksylaz w tym procesie jest witamina C) cząsteczki kolagenu w tkankach rzadko występują oddzielnie. Grupują się w uporządkowane polimery, tworząc długie walcowate struktury o postrzępionych końcach, będące włókienkami kolagenu. Ze względu na wytwarzane struktury przestrzenne kolagen można podzielić na: tworzące włókna (I, II, III, V, XI) tworzące mikrowłókna (VI) występujące na obrzeżach włókien (IX) błonowe (IV, VIII) kotwiczące (VII) TYP CECHY DŁUGOŚĆ WYSTĘPOWANIE I tworzy grube 300nm skóra, kości, zęby, rogówka włókna II drobne włókna 300nm chrząstki, dyski pęczki międzykręgowe III włókna retikulinowe 300nm skóra,,ścięgna, naczynia krwionośne (srebrochłonne) wątroba,śledziona IV układ regularnej sieci 390nm błona podstawna, ciałko nerkowe V cienkie włókienka 300nm blaszki podstawne mięśni VI łączą kom. ze 105nm większość tkanek składnikami ECM VII podobnie jak typ IV 450nm błony podstawne skóry i jamy ustnej IX nie tworzą włókienek, 200nm razem z typem II łączą inne typy kolagenu XII nie tworzą włókienek,? razem z typem I łączą inne typy kolagenu 6
wolny rodnik atom lub cząsteczka posiadająca co najmniej jeden niesparowany elektron: anion nadtlenkowy O - 2, nadtlenek wodoru H 2 0 2, rodnik hydroksylowy OH - związki chemiczne zdolne do samodzielnego istnienia powstają podczas oddychania wewnątrzkomórkowego (podczas produkcji ATP przez mitochondria), oraz w wyniku działania enzymów np. reduktazy cytochromu P-450 wysoce niestabilne cząsteczki, których elektrony mogą reagować z różnymi substancjami organicznymi (uszkadzają białka, kwasy nukleinowe oraz utleniają nienasycone kwasy tłuszczowe ( peroksydacja lipidów) Reaktywne formy tlenu Reaktywne formy tlenu ( Reactive Oxygen Species- ROS ): zawierające w swoim składzie atomy tlenu z niesparowanym elektronem (rodniki) lub wiązania O O i zdolne do uczestniczenia w reakcjach chemicznych anionorodnik ponadtlenkowy (O 2- ) rodnik hydroksylowy ( OH - ) rodniki nadtlenkowe ( ROO - ) W organizmach żywych powszechnie powstają : nadtlenek wodoru (H 2 O 2 ) anion podchlorynowy ( - OCl) tlen singletowy ( O 2 2- ) Powstawanie ROS w komórce prowadzi do stresu oksydacyjnego! Uszkadzają włókna kolagenowe i elastynowe Hamują synteze kolagenu Niszczą ceramidy cementu międzykomórkowego, proteoglikany oraz kwas hialuronowy 7
Kationy miedzi Rola kationów miedzi : - w procesie gojenia ran - jako kofaktor dla enzymów neutralizujących wolne rodniki tlenowe 1.dysmutazy nadtlenkowej (SOD) stymuluje przekształcanie anionorodnika tlenowego w nadtlenek wodoru 2. katalazy (CAT)- rozkłada nadtlenek do wody i tlenu. 3. oksydaza lizylowa bierze udział w tworzeniu kolagenu i elastyny Tripeptyd Gly- His-Lys (GHK) kompleksuje jony miedzi. - uwalniany z kolagenu podczas gojenia ran - ma wpływ na stymulację syntezy nowej struktury kolagenowej Kompleks GHK-Cu : 1. stymuluje syntezę siarczanu dermatanu i siarczanu heparyny (glikozoaminoglikany GAG); 2. pobudza odnowę uszkodzonej skóry poprzez aktywację metaloproteinazy I i II (usuwających uszkodzony kolagen i elastynę z ECM) 3. stymuluje syntezę kolagenu w fibroblastach 8