Hücre adezyonu - Cell adhesion

Hücre yapışmasının şeması

Hücre yapışması , hücrelerin hücre yüzeyinin özel molekülleri aracılığıyla komşu hücrelere etkileştiği ve bağlandığı süreçtir. Bu süreç, hücre bağlantıları gibi hücre yüzeyleri arasında doğrudan temas veya hücrelerin çevredeki hücre dışı matrise bağlandığı dolaylı etkileşim yoluyla meydana gelebilir , hücreler tarafından aralarındaki boşluklara salınan molekülleri içeren jel benzeri bir yapı. Hücre yapışması, hücre yapışma molekülleri (CAM'ler), hücre yüzeyinde bulunan transmembran proteinler arasındaki etkileşimlerden meydana gelir . Hücre yapışması hücreleri farklı şekillerde birbirine bağlar ve hücrelerin çevredeki değişiklikleri algılaması ve bunlara yanıt vermesi için sinyal iletiminde yer alabilir . Hücre yapışması tarafından düzenlenen diğer hücresel süreçler , çok hücreli organizmalarda hücre göçünü ve doku gelişimini içerir . Hücre yapışmasındaki değişiklikler, önemli hücresel süreçleri bozabilir ve kanser ve artrit dahil olmak üzere çeşitli hastalıklara yol açabilir . Hücre yapışması, bakteri veya virüs gibi bulaşıcı organizmaların hastalıklara neden olması için de gereklidir .

Genel mekanizma

Hücre-hücre bağlantıları ve hücre-matris bağlantıları dahil olmak üzere epitel hücrelerinde bulunan farklı hücre bağlantı türlerinin genel bakış diyagramı.

CAM'ler dört ana ailede sınıflandırılır: integrinler , immünoglobulin (Ig) süper ailesi , kaderinler ve selektinler . Cadherinler ve IgSF , başka bir hücrede aynı tip CAM'lere doğrudan bağlandıkları için homofilik CAM'lerdir , integrinler ve selektinler ise farklı CAM tiplerine bağlanan heterofilik CAM'lerdir. Bu yapışma moleküllerinin her birinin farklı bir işlevi vardır ve farklı ligandları tanır . Hücre yapışmasındaki kusurlar genellikle CAM'lerin ifadesindeki kusurlara atfedilebilir.

Çok hücreli organizmalarda, CAM'ler arasındaki bağlar, hücrelerin birbirine yapışmasına izin verir ve hücre bağlantıları adı verilen yapılar oluşturur . İşlevlerine göre hücre bağlantıları şu şekilde sınıflandırılabilir:

  • Hücreleri bir arada tutan ve hücreler arasındaki teması güçlendiren ankraj bağlantıları ( bağlantıları , dezmozomları ve hemidesmozomları yapıştırır).
  • Hücre-hücre teması yoluyla hücreler arasındaki boşlukları kapatan ve difüzyon için geçirimsiz bir bariyer oluşturan tıkayıcı bağlantılar ( sıkı bağlantılar )
  • Komşu hücrelerin sitoplazmasını birbirine bağlayan, moleküllerin hücreler arasında taşınmasına izin veren kanal oluşturan bağlantılar ( boşluk bağlantıları )
  • Sinir sisteminde sinaps olabilen sinyal ileten bağlantılar

Alternatif olarak, hücre bağlantıları, hücre ile etkileşime girenlere göre iki ana tipe ayrılabilir: esas olarak kaderinlerin aracılık ettiği hücre-hücre bağlantıları ve esas olarak integrinlerin aracılık ettiği hücre-matris bağlantıları.

Hücre-hücre bağlantıları

Hücre-hücre bağlantıları farklı şekillerde olabilir. Adherens bağlantıları ve dezmozomlar gibi hücreler arasındaki bağlantıların sabitlenmesinde, mevcut ana CAM'ler kaderinlerdir. Bu CAM ailesi, hücre dışı alanları aracılığıyla hücre-hücre yapışmasına aracılık eden ve doğru şekilde çalışması için hücre dışı Ca2 + iyonlarına ihtiyaç duyan zar proteinleridir . Kadherinler kendi aralarında homofilik bağlanma oluşturur, bu da benzer tipteki hücrelerin birbirine yapışmasıyla sonuçlanır ve seçici hücre yapışmasına yol açarak omurgalı hücrelerinin organize dokular halinde bir araya gelmesine izin verir. Kadherinler, çok hücreli hayvanlarda hücre-hücre adezyonu ve hücre sinyali için gereklidir ve iki tipe ayrılabilir: klasik kaderinler ve klasik olmayan kaderinler.

yapışık kavşaklar

Kadherinler arasındaki homofilik bağlanmayı ve katenin'in onu aktin filamentlerine nasıl bağladığını gösteren yapışık bağlantı

Yapışkan bağlantılar esas olarak dokuların şeklini koruma ve hücreleri bir arada tutma işlevi görür. Adherens birleşimlerinde, kaderinler komşu hücreler arasında hücre dışı etki korunmuş bir kalsiyuma duyarlı bölgesini paylaşan hücre dışı alanları aracılığıyla etkileşim. Bu bölge Ca2 + iyonları ile temasa geçtiğinde , kaderinlerin hücre dışı alanları homofilik bağlanmaya maruz kalmak için aktif olmayan esnek konformasyondan daha katı bir konformasyona doğru bir konformasyonel değişime uğrar. Kadherinlerin hücre içi alanları da, kateninler adı verilen proteinlere bağlandıkları ve katenin- kadherin kompleksleri oluşturdukları için yüksek oranda korunurlar . Bu protein kompleksleri, kaderinleri aktin filamentlerine bağlar . Aktin filamentleri ile olan bu ilişki, hücre-hücre yapışmasını stabilize etmek için yapışık bağlantılarda esastır. Aktin filamentleri ile etkileşimler, aynı zamanda, yapışık bağlantıların montajında ​​yer alan kaderinlerin kümelenmesini de teşvik edebilir. Bunun nedeni, kaderin kümelerinin aktin filament polimerizasyonunu teşvik etmesidir , bu da daha sonra kavşakta oluşan kaderin-katenin komplekslerine bağlanarak yapışık bağlantıların birleşmesini teşvik eder.

Dezmozomlar

Dezmozomlar yapısal olarak yapışık bağlantılara benzer ancak farklı bileşenlerden oluşur. Bunun yerine, klasik kadherinlerin gibi klasik olmayan kaderinler desmogleinler ve desmocollins adezyon molekülleri gibi hareket etmekte ve bağlı oldukları ara ipliklerin yerine filamentler aktin. Dezmozomlarda katenin bulunmaz, çünkü dezmozomal kaderinlerin hücre içi alanları, dezmozomlarda kalın sitoplazmik plakları oluşturan ve kaderinleri ara filamentlere bağlayan dezmozomal plak proteinleri ile etkileşime girer. Desmozomlar, esnek fakat esnek ara filamentler üzerine kuvvetleri boşaltarak mekanik strese karşı dayanıklılık ve direnç sağlar; bu, katı aktin filamentlerinde gerçekleşemeyen bir şeydir. Bu, kalp kası ve epitel gibi yüksek düzeyde mekanik stresle karşılaşan dokularda dezmozomları önemli kılar ve neden bu tür dokularda sıklıkla ortaya çıktığını açıklar.

Sıkı kavşaklar

Sıkı bağlantılar normalde epitel ve endotel dokularında bulunur, burada boşlukları kapatırlar ve bariyer görevi gören bu dokularda çözünen maddelerin ve hücre dışı sıvıların hücre dışı taşınmasını düzenlerler . Sıkı bağlantı dahil olmak üzere zar proteinleri ile oluşturulur klaudin , occludins ve tricellulins bağlanan yakın bir homofilik şekilde, bitişik zarlar birbirlerine. Bağlantı bağlantılarına benzer şekilde, bu sıkı bağlantı proteinlerinin hücre içi alanları, bu proteinleri kümeler halinde tutan ve sıkı bağlantının yapısını korumak için onları aktin filamentlerine bağlayan iskele proteinleri ile bağlanır . Sıkı bağlantıların oluşumu için gerekli olan Claudins, belirli iyonların sıkı bağlantılardan seçici geçişine izin veren hücre dışı gözenekler oluşturur ve bu da bariyeri seçici olarak geçirgen hale getirir.

Boşluk kavşakları

Connexons ve connexins gösteren boşluk kavşakları

Boşluk birleşme adı kanallardan oluşan connexons adlandırılan zar-ötesi proteinden oluşmaktadır, connexins altılı gruplar halinde kümelenmiş. Bitişik hücrelerden gelen konneksonlar, temas ettiklerinde ve birbirleriyle hizalandıklarında sürekli kanallar oluşturur. Bu kanallar, hücreleri bir arada tutmanın yanı sıra, iki bitişik hücrenin sitoplazması arasında iyonların ve küçük moleküllerin taşınmasına izin verir ve ankraj bağlantıları veya sıkı bağlantılar gibi yapısal stabilite sağlar. Boşluk bağlantı kanalları, hangi konneksinlerin bağlaçları oluşturduğuna bağlı olarak spesifik iyonlara karşı seçici olarak geçirgendir, bu da sinyal kaskadlarında yer alan moleküllerin transferini düzenleyerek boşluk bağlantılarının hücre sinyallemesinde yer almasına izin verir . Kanallar birçok farklı uyarana yanıt verebilir ve ya voltaj geçişi gibi hızlı mekanizmalar tarafından ya da boşluk bağlantılarında bulunan kanal sayılarının değiştirilmesi gibi yavaş mekanizmalar tarafından dinamik olarak düzenlenir .

Yapışma aracılık ettiği selektinler

Selektinler, dolaşım sisteminde meydana gelen geçici hücre-hücre yapışmasında yer alan özel bir CAM ailesidir. Esas olarak beyaz kan hücrelerinin (lökositler) kan dolaşımındaki hareketine aracılık ederler ve beyaz kan hücrelerinin seçimlerin tersinir bağlanması yoluyla endotel hücreleri üzerinde "yuvarlanmasına" izin verirler. Selektinler, hücre dışı alanı diğer selektinler yerine komşu hücrelerdeki karbonhidratlara bağlandığından heterofilik bağlanmalara maruz kalırken , aynı zamanda kadherinlerle aynı şekilde çalışmak için Ca2 + iyonlarına ihtiyaç duyar . Lökositlerin endotel hücrelerine hücre-hücre yapışması, lökositler bu mekanizma yoluyla enfeksiyon veya yaralanma bölgelerine gidebileceğinden bağışıklık tepkileri için önemlidir . Bu bölgelerde, yuvarlanan beyaz kan hücreleri üzerindeki integrinler aktive edilir ve lokal endotel hücrelerine sıkıca bağlanır, bu da lökositlerin göç etmeyi durdurmasına ve endotel bariyerini geçmesine izin verir.

İmmünoglobulin süper ailesinin üyelerinin aracılık ettiği adezyon

İmmünoglobulin süper ailesi (IgSF), vücuttaki en büyük protein süper ailesinden biridir ve farklı işlevlerde yer alan birçok farklı CAM içerir. Bu transmembran proteinler , hücre dışı alanlarında bir veya daha fazla immünoglobulin benzeri alana sahiptir ve bitişik hücreler üzerindeki ligandlarla kalsiyumdan bağımsız bağlanmaya uğrar. Nöral hücre adezyon molekülleri (NCAM'ler) gibi bazı IgSF CAM'ler, hücreler arası hücre adezyon molekülleri (ICAM'ler) veya vasküler hücre adezyon molekülleri (VCAM'ler) gibi diğerleri, karbonhidratlar veya integrinler gibi moleküllerle heterofilik bağlanmaya uğrarken, homofilik bağlanma gerçekleştirebilir. Hem ICAM'ler hem de VCAM'ler vasküler endotelyal hücrelerde eksprese edilir ve lökosit bağlanmasına ve endotel bariyeri boyunca hareketine yardımcı olmak için lökositler üzerindeki integrinlerle etkileşime girerler.

Hücre-matris bağlantıları

Hücreler, molekülleri çevreleyen hücre dışı boşluğuna bırakarak hücre dışı matris oluşturur. Hücreler, hücre dışı matristeki moleküllere bağlanacak ve matrisi hücre içi hücre iskeletine bağlayacak spesifik CAM'lere sahiptir . Hücre dışı matris, hücreleri dokular halinde organize ederken bir destek görevi görebilir ve ayrıca CAM'lara bağlandığında hücre içi yolları aktive ederek hücre sinyallemesinde yer alabilir. Hücre-matris bağlantılarına esas olarak, aynı zamanda sıkı adezyonlar oluşturmak için kaderinler gibi kümelenen integrinler aracılık eder. İntegrinler, her ikisi de farklı alan yapılarına sahip alt birimler olan farklı α ve β alt birimleri tarafından oluşturulan transmembran heterodimerlerdir. İntegrinler her iki yönde de sinyal verebilir: hücre içi alanları değiştiren hücre içi sinyaller, hücre içi sinyaller, integrinlerin ligandları için afinitesini düzenlerken, dıştan içe sinyaller, hücre dışı ligandlar hücre dışı alanlara bağlanır, integrinlerde konformasyonel değişiklikleri indükleyebilir ve sinyalleşmeyi başlatabilir. kaskadlar. İntegrinlerin hücre dışı alanları, heterofilik bağlanma yoluyla farklı ligandlara bağlanabilirken, hücre içi alanlar, ara filamentlere bağlanabilir, hemidesmozomlar oluşturabilir veya aktin filamentlerine, fokal adezyonlar oluşturabilir .

İntegrinlerin keratin ara filamentlerine nasıl bağlandığı da dahil olmak üzere, integrinler ve laminin arasındaki etkileşimi gösteren hemidesmozom diyagramı

hemidesmozomlar

Hemidesmosomes olarak, integrinler olarak adlandırılan hücre-dışı matris proteinleri için eklemek lamininler olarak bazal lamina epitelyum hücreleri tarafından salgılandığını, hücre dışı matris. İntegrinler, hücre dışı matrisi , plektinler ve BP230 gibi adaptör proteinler aracılığıyla integrinlerin hücre içi alanı ile etkileşime giren keratin ara filamentlerine bağlar . Hemidesmozomlar, epitel hücrelerini ekstrasellüler matriks yoluyla dolaylı olarak birbirine bağlayarak yapısal stabilitesinin korunmasında önemlidir.

Odak yapışıklıkları

Fokal adezyonlarda, integrinler , hücre dışı matriste bir bileşen olan fibronektinleri hücrelerin içindeki aktin filamentlerine bağlar. Talinler , vinkülinler , a-aktininler ve filaminler gibi adaptör proteinler, integrinlerin hücre içi alanında bir kompleks oluşturur ve aktin filamentlerine bağlanır. İntegrinleri aktin filamentlerine bağlayan bu çoklu protein kompleksi, hücre büyümesi ve hücre hareketliliği için sinyaller olarak işlev gören sinyal komplekslerinin montajı için önemlidir.

Diğer organizmalar

ökaryotlar

Bitki hücreleri birbirine sıkıca yapışır ve bitki hücre duvarlarını geçen ve bitişik bitki hücrelerinin sitoplazmalarını bağlayan kanallar olan plazmodesmata yoluyla bağlanır. Büyüme için gerekli besin veya sinyal olan moleküller, bitki hücreleri arasında plazmodesmata yoluyla pasif veya seçici olarak taşınır.

Protozoanlar , konakçı hücrelerinin yüzeylerinde bulunan karbonhidratlara bağlanan farklı özelliklere sahip çoklu yapışma moleküllerini ifade eder. hücre-hücre yapışması, patojenik protozoanların konak hücrelerine girerken bağlanması için anahtardır. Patojenik bir protozoanın bir örneği, karaciğer hücrelerine bağlanmak için sirkumsporozoit proteini adı verilen bir yapışma molekülünü ve kırmızı kan hücrelerini bağlamak için merozoit yüzey proteini adı verilen başka bir yapışma molekülünü kullanan sıtma parazitidir ( Plasmodium falciparum ) .

Patojenik mantarlar , protein-protein veya protein-karbonhidrat etkileşimleri yoluyla hücre dışı matristeki hücrelere veya fibronektinlere bağlanmak için hücre duvarında bulunan yapışma moleküllerini kullanır .

prokaryotlar

Prokaryotlar , hücre yapışması için pili ( fimbria ) ve kamçı kullanmanın yanı sıra, hücre yüzeylerinde bakteriyel adezinler olarak adlandırılan yapışma moleküllerine sahiptir . Adezinler, konak hücre yüzeylerinde bulunan çeşitli ligandları ve ayrıca hücre dışı matristeki bileşenleri tanıyabilir. Bu moleküller aynı zamanda konak özgüllüğünü kontrol eder ve ligandları ile etkileşimleri yoluyla tropizmi (doku veya hücreye özgü etkileşimler) düzenler .

virüsler

Virüsler ayrıca konakçı hücrelere viral bağlanma için gerekli olan adezyon moleküllerine sahiptir. Örneğin, influenza virüsünün yüzeyinde , konak hücre yüzey molekülleri üzerindeki şeker sialik asidinin tanınması için gerekli olan bir hemaglutinin vardır . HIV , lenfositler üzerinde eksprese edilen CD4 ligandına bağlanan gp120 olarak adlandırılan bir yapışma molekülüne sahiptir . Virüsler ayrıca konakçı hücrelere girmek için hücre bağlantılarının bileşenlerini de hedefleyebilir; bu, hepatit C virüsü karaciğer hücrelerine girmek için sıkı bağlantılardaki oklüdinleri ve klaudinleri hedeflediğinde olan şeydir.

Klinik etkileri

Hücre yapışmasının işlev bozukluğu, kanser metastazı sırasında ortaya çıkar . Metastatik tümör hücrelerinde hücre-hücre adezyonunun kaybı, onların menşe bölgelerinden kaçmalarına ve dolaşım sistemi boyunca yayılmalarına izin verir. Kanserde deregüle edilen CAM'lerin bir örneği, ya genetik mutasyonlar ya da diğer onkojenik sinyal molekülleri tarafından etkisiz hale getirilen ve kanser hücrelerinin göç etmesine ve daha istilacı olmasına izin veren kaderinlerdir. Selektinler ve integrinler gibi diğer CAM'ler, dolaşım sistemindeki göç eden metastatik tümör hücreleri ile diğer uzak dokuların endotel hücreleri arasındaki hücre-hücre etkileşimlerine aracılık ederek metastazı kolaylaştırabilir. CAM'ler ve kanser metastazı arasındaki bağlantı nedeniyle, bu moleküller kanser tedavisi için potansiyel terapötik hedefler olabilir.

Spesifik yapışma moleküllerini ifade edememenin neden olduğu başka insan genetik hastalıkları da vardır . Bir örnek olarak , lökosit adhezyon eksikliği p ifadesi I (LAD-I) 2 alt biriminin integrin azaltılmış ya da kaybolur. Β azaltılmış ekspresyonu Bu kablolar 2 lökositlerin için gerekli heterodimerlerin integrin sıkıca bölgelerinde endotelial duvarına yapışır enflamasyon enfeksiyonlarla mücadele etmek için. LAD-I hastalarından alınan lökositler endotel hücrelerine yapışamaz ve hastalar yaşamı tehdit edebilecek ciddi enfeksiyon atakları sergiler .

Pemfigus adı verilen bir otoimmün hastalık da, kişinin kendi dezmozomal kaderinlerini hedef alan otoantikorların epidermal hücrelerin birbirinden ayrılmasına ve ciltte kabarmaya yol açması sonucu hücre yapışmasının kaybından kaynaklanır .

Bakteriler, virüsler ve protozoanlar dahil olmak üzere patojenik mikroorganizmalar, enfekte olmak ve hastalıklara neden olmak için önce konakçı hücrelere yapışmak zorundadır. Yapışma önleyici tedavi, patojen veya konakçı hücre üzerindeki yapışma moleküllerini hedefleyerek enfeksiyonu önlemek için kullanılabilir. Yapışma moleküllerinin üretimini değiştirmenin yanı sıra, hücreler arasında bağlanmayı önlemek için yapışma moleküllerine bağlanan rekabetçi inhibitörler, yapışma önleyici maddeler olarak da kullanılabilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar