细胞迁移

13-4 Rho家族小GTP酶的调节作用
一、 Rho家族小GTP酶的活性调节
小GTP酶具有 信号传导开关 的作用，当结 合GTP/GDP时， 会分别处于激 活/失活状态， 从而传递或关 闭信号。
GEF:鸟嘌呤核苷酸交换因子 GAP:GTP酶激活蛋白 GDI:尿苷酸解离抑制因子
Rho、Rac、Cdc42在细胞迁移中的作用
二、Cdc42与细胞极性
极性是指细胞结构和形态在特定条件下 表现出的方向性。
微丝骨架：前缘 拖尾缘
分枝状微丝组成的伪足 分应力纤维组成的片层 胞中后部
拱状微丝束 部 应力纤维为主的细
微管组织中心
在培养的上皮细胞、 成纤维细胞、星形胶质细 胞等类型的细胞中，微管 组织中心(MTOC)会定位 于细胞核与前缘之间。由 于高尔基体等内膜细胞器 主要富集在MTOC周围， 因而它们的分布也发生了 极性化
第13章 细胞迁移
主要内容
一、细胞迁移的过程 二、微丝骨架在细胞迁移中的作用 三、整合素介导的黏附结构的装配和解聚 四、Rho家族小GTP酶的调节作用 五、微管骨架在细胞迁移中的功能 六、细胞迁移参与的生理活动及相关疾病
细胞迁移
概念：细胞在胞外信号的激活和引导下，通过 一系列黏附与去黏附过程而在支持物上 产生的整体位移。
新生黏着位点 黏附结构 黏着复合物
黏着斑
黏附结构的动态性
新生黏着位点的建立 黏着复合物的形成
黏着斑的产生
黏附结构的组成
胞内的黏着分子，如距蛋白、Paxillin、黏着斑激 酶（FAK)、Vinculin、Zyxin等，会结合或被招募到黏附 结构中整合素的胞内结构域上，形成复杂而且巨大的蛋 白质复合物，并最终与微丝骨架相连。 Paxillin和Tali可 以直接结合整合素的胞内区，因此在最早期的黏附结构 中就可能会出现。FAK和Vinculin都能结合Paxillin。 FAK出现在黏着复合物和黏着斑中，而Zyxin则主要出现 在黏着斑中，并在细胞受到周期性牵张力作用时可转位 到应力纤维上。黏着复合物和黏着斑都能够完全解聚， 解聚所得的蛋白质分子会被再次投入使用，这个过程被 称为“周转”。
细胞迁移
迁移方式分类：
1.依据细胞迁移的支撑物的几何性质的不同可分 为三类，一维（线状支撑物上）、二维（培养 皿上）、三维（胞外基质构成的凝胶层上）
2.依据迁移方向可分为两类，无规律的自由迁移 （散在培养的细胞）和定向迁移（胚胎、组织 发生和免疫系统中）
13-1细胞迁移的基本过程
一、细胞迁移的步骤
肌动蛋白单体和微丝的结构图
微丝的装配
第一步：成核反应 原料：2~3个肌动蛋白单体组成的寡聚
体、肌动蛋白相关蛋白Arp2/3复合物 第二步：纤维延长
原料：肌动蛋白单体、ATP 由于微丝两端在结构上的差异，新的肌动 蛋白亚基一般在倒刺端加入，而很少在负极端 加入。
微丝装配中ATP的作用
➢ 当ATP-actin浓度高时,微丝加快生长,在微丝末端形 成一连串的ATP-actin,称为ATP帽；
①伪足向前伸展 ②伸出的伪足黏附胞外基质 ③细胞体迁移 ④细胞后缘缩回
细胞迁移
二、伪足的形成
丝状伪足（探测周围 环境信号）
伪足
片状伪足（推动细 胞前缘向前运动）
13-2 微丝骨架在细胞迁移中的作用
一、微丝的装配与解聚
微丝，也称为纤维状肌动蛋白(F-actin),是由球状肌动蛋 白(G-actin)单体聚合而成的纤维状结构。
➢ 当ATP-actin浓度下降时,微丝结合的ATP转为ADP,当 ADP-actin暴露出来后,微丝去组装变短。
微丝装配中ATP的作用
➢当ATP-actin处于临界浓度时，ATP-actin 可能继续在（+）端添加、而在（-）端开始 分离，表现出踏车现象。
踏车行为
微丝的动态性
伪足中的微丝
片状伪足与丝状伪足的形成有赖于微丝
细胞极性的建立
胞外信号
GEF、GAP
Cdc42 Par6 ห้องสมุดไป่ตู้KCζ GSK3β
APC复合物
MTOC极性建立
三、Rac与片状伪足
Rac亚家族主要在细胞前端被活化并 发挥作用，其代表成员为Rac1。Rac主 要调控分枝状微丝的聚合，因而面对片 状伪足的形成和功能有关键作用。
在细胞中过量表达激活的Rac1，会 诱导伪足在细胞周边大量形成。这些细 胞尽管伪足发达，但没有前-后极性，内 部力量互相抵消，因此缺乏迁移能力。
G-actin是一种ATP酶，结构具有极性，它们聚合而成的 微丝同样具有极性。因此，微丝的两端根据末端单体肌动 蛋白暴露出的形状分别称为倒刺端(正端)和尖端(负端)。
微丝的聚合和解聚是动态的过程。当一根微丝上倒刺端 的聚合与尖端的解聚速率相等时，这根微丝的长度不变， 即所谓的“稳定期”，这一现象称为踏车行为。
肌球蛋白家族
肌球蛋白结构域
马达区，具有ATP结合位点和肌动蛋白结合位点 调控区，决定肌球蛋白的亚型 尾部区，促进肌球蛋白自身寡聚化
肌球蛋白可以被肌球蛋白轻链激酶（MLCK）激活 或被肌球蛋白轻链磷酸酯酶（MLCP）抑制。
13-3整合素介导的黏附结构的装配和解聚
细胞与胞外基质的黏附主要依赖于整合素这个 跨膜蛋白质家族所介导的黏着复合物、黏着斑等黏 着结构。这些结构不仅能为微丝产生产生的力提供 支撑点，还是细胞对机械力的一种感受器。
弹性布朗棘轮模型
应力纤维与收缩力
应力纤维，也称张力丝， 由大量平行和反平行排列 的微丝构成的束状结构。 两端与整合素介导的黏附 结构—黏着斑紧密结合， 是胞体前移和尾部回缩所 需的牵引力和收缩力的主 要提供者，而其中的肌球 蛋白家族是收缩力的来源 所在。
肌球蛋白家族
依赖于微丝的肌球蛋白是一类分子马达， 利用水解ATP产生的能量有规则的沿微丝骨 架运输所携带的“货物”。在细胞迁移过程 中，Ⅱ型肌球蛋白在应力纤维中提供收缩力， Ⅶ型肌球蛋白与细胞和胞外基质的黏附有关。
片状伪足的形成
Rac
WAVE复合物 WAVE/Scar、Abi、 Nap125、Sra1、
HSPC300
Arp2/3
四、Rho与黏着斑和应力纤维
Rho亚家族以RhoA为代表。Rho通常被 认为在细胞后端发挥作用，其主要功能包括 黏着斑动态性和应力纤维收缩力的调节。但 是，也有报道发现RhoA在前端有激活。