细胞外基质.ppt

　　细胞外基质(Extracellular Matrix)

　　1.导言

　　胞间连接是高度特化的膜结合复合体，使相邻细胞彼此粘连,彼此交流 胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)是细胞间致密的蛋白质网络 存在于细胞之间，细胞结合其上形成间接粘连 由网络中的细胞分泌形成, 分2类 结构糖蛋白: 胶原蛋白, 纤连蛋白, 层粘连蛋白 蛋白多糖: 类肝素硫酸盐蛋白多糖, 聚集蛋白聚糖

　　2. 细胞外基质研究简史

　　1700

　　1800

　　1900

　　2000

　　1600

　　工具

　　结果

　　细胞分离 分子生物学 生物化学 基因组学

　　蛋白质组学 生物信息学 分子建模

　　复杂的光学和 电子显微镜

　　简单的光学显微镜

　　观察到组织结构和细胞形状

　　观察到ECM和细胞连接

　　对ECM和细胞连接组分进行鉴定和结构、功能分析

　　ECM和连接组分间在功能上的 相互作用 重建组织和器官

　　胶原蛋白(collagen)

　　所有的胶原蛋白都是三联螺管，由3个胶原蛋白亚基构成。 纤维组装：胶原蛋白亚基由细胞分泌到胞外空间，进而组装成大的原纤维和纤维。 3种胶原结构: 纤维, 片状, 纤维相关 胶原蛋白的主要功能： 胞外基质的主要结构支架,为组织提供结构支持 种类有20多种，是动物界中最为丰富的蛋白质

　　纤连蛋白(Fibronectin)

　　纤连蛋白包括6个结构域，纤维蛋白、类肝素蛋白多糖和胶原蛋白都可以结合到纤连蛋白上，使之连接到胞外基质网络上。 纤维组装：由纤连蛋白同型二聚体的交联聚合物组成。 主要功能：连接细胞与胞外基质 已发现20种纤连蛋白，都是从一个纤连蛋白基因经过不同的剪切形成。 可溶形式存在于组织液中，不溶形式在细胞外基质形成纤维。

　　纤连蛋白结构

　　纤维蛋白

　　类肝素蛋白多糖

　　整联蛋白

　　胶原蛋白

　　原子力显微镜观察到的纤连蛋白纤维

　　层粘连蛋白(Laminin)

　　层粘连蛋白是异三聚体，包含3个不同的亚基，盘卷在一起形成卷曲螺旋管结构。 大量蛋白结合到层粘连蛋白上，包括20多种不同的细胞表面受体。 纤维组装：不形成纤维，结合接头蛋白使其在细胞外基质形成复杂的网络。 基本功能：为细胞提供粘连底物，抵抗组织的拉力。 已经发现15种复合体, 存在于基底膜和很多组织的细胞外基质的一些位点上。

　　蛋白多糖(proteoglycans)

　　由中心蛋白以及其上的GAG(葡聚糖胺聚糖)双糖线形长链组成，由于GAG带负电，电荷排斥作用使蛋白多糖呈杆状，刚毛形状。 主要功能： 吸水形成凝胶，保持细胞水化，提供组织抗压力 GAG刚毛可以过滤细菌和病毒 可以结合多种其它蛋白，包括十分重要的生长因子 蛋白多糖的表达是细胞类型特异性的，受到发育调控。

　　基底膜(basal lamina)

　　基底膜是胞外基质形成的薄片 存在于上皮细胞下面和神经肌肉接头处。 分为2层： 明亮层— 近上皮细胞质膜 致密层— 远离上皮细胞质膜 基膜(basement membrane)指：基底膜和网状板(基底膜下的胶原蛋白纤维网络)。

　　基底膜的成分随组织类型不同 所有的基底膜中都含4种基本成分： 胶原蛋白IV网络 层粘连蛋白网络 基膜蛋白多糖(perlecan) 内功素(nidogen)

　　基底膜的功能： 上皮组织的支持网络：上皮细胞通过半桥粒连接到基底膜上 上皮组织的选择性透过屏障：蛋白多糖过滤 可溶性蛋白的集合位点，如生长因子：蛋白多糖结合 迁移神经元的引导信号：层粘连蛋白

　　基膜

　　上皮

　　上皮细胞

　　半桥粒

　　明亮层

　　致密层

　　基底膜

　　网状板

　　基膜

　　基底膜： basal lamina 基膜： basement membrane

　　E：上皮细胞 BL: 基底膜 C: 网状板-胶原蛋白纤维网络

　　鸡胚上皮细胞和暴露出来的基底膜扫描电镜图谱

　　基底膜模型

　　小结

　　细胞外基质多种多样 结构糖蛋白: 胶原蛋白, 纤连蛋白, 层粘连蛋白 蛋白多糖: 类肝素硫酸盐蛋白多糖 具有相互结合结构模块,以高度有序方式编织在一起 通过基底膜分子组成的解析和模型重建, 我们初步了解了胞外基质蛋白是如何互相协作, 从而形成一种功能单位的.

　　问题: 什么是组织工程学? 我们在组织工程学领域已经取得了哪些进展? 现阶段我们对细胞外基质的研究重点是什么?

　　谢谢

　　蛋白酶降解细胞外基质成分

　　作为发育和创伤愈合的正常组成部分，细胞必须定期降解更换细胞外基质 细胞外基质蛋白由特殊的蛋白酶降解，这些酶是细胞以非活化形式分泌的 这些蛋白酶只在需要的组织中激活 蛋白酶前肽切割后，蛋白酶激活

　　细胞外基质蛋白酶有2个主要的家族： MMP(基质金属蛋白酶) 可降解所有主要的细胞外基质蛋白。通过切割前肽彼此激活，并发生激活的级联效应，使细胞外基质迅速降解。 ADAM(一种解聚素和金属蛋白酶) 另一类降解细胞外基质的蛋白酶。具有解聚素结构域，能抑制血小板凝聚，也可以作为整联蛋白的底物，从而容许细胞间的粘连 细胞分泌这些蛋白酶的抑制因子(金属蛋白酶组织抑制剂)，保护自身不受不必要的降解

　　信号肽

　　前肽

　　费林蛋白酶切位点

　　催化结构域

　　绞链区

　　锌结合位点

　　血红素结合 蛋白结构域

　　跨膜结构域

　　MMP

　　结构域

　　指导蛋白酶至分泌途径

　　保持蛋白酶失活，被酶 切下后激活蛋白酶

　　蛋白酶活化

　　决定蛋白酶底物单一性

　　功 能

　　整联蛋白(Integrin)是细胞外基质蛋白的受体

　　整联蛋白由2个独立的亚基构成，a链,b链。两链的细胞外部分都能结合细胞外基质蛋白，胞质部分都能结合细胞骨架和信号蛋白。 a,b亚基种类很多，能形成24种异二聚体。 整联蛋白是最丰富最广泛表达的细胞外基质蛋白受体。 整联蛋白受体与多种细胞外基质蛋白的特异氨基酸序列相结合，所有已知序列都至少含有一个酸性氨基酸。

　　整联蛋白参与细胞信号转导

　　整联蛋白是信号受体控制细胞结合胞外基质蛋白以吸附后的细胞内反应。 整联蛋白没有自己的酶活性，它们和接头蛋白相互作用从而与信号蛋白相连接。

　　两个过程调控整联蛋白结合细胞外基质蛋白的力度 亲和力调整：力度 亲和性调整：数量 整联蛋白受体的构象变化是两种调整的核心，可由如下因素导致 受体亚基胞质尾部的变化 胞外配基的变化

　　整联蛋白和细胞外基质在发育过程中扮演重要角色

　　同源重组基因敲除已经应用到40多种细胞外基质蛋白和21种整联蛋白的小鼠基因上。一些遗传是致命的，另外一些是温和的。 b1整联蛋白基因的定向敲除(Cre/lox系统)显示它在皮肤组建的过程中起关键作用