粘附分子和细胞连接

Integrins in normal and malignant cells
Integrin signaling can influence many cell behaviors, including motility, growth and survival.
• Normal cells can only grow and divide on a solid substratum. They will die if placed in suspension cultures------their integrins cannot interact with extracellular substrates and cannot transmit life-saving signals to the interior of the cell.
• Extracellular part: bind to extracellular proteins containing RGD sequence Transmembrane helix Cytoplasmic domain: connect to microfilament or intermediate fiber with the help of adaptor
细胞黏附（cell adhesion）
细胞通过黏附分子介导的细胞与细胞或细胞与细胞
外基质之间的黏着。 细胞黏附分子(cell adhesion molecular，CAM) 一类广泛存在于细胞膜上的穿膜糖蛋白，介导细胞 之间或细胞与细胞外基质之间相互结合，并起黏附 作用的一类细胞表面分子。
细胞粘附分子Cell adhesion molecules
胞外基质间的相互黏着和识别，具有联系细胞外
部因素与细胞骨架的作用。
1. 整联蛋白的分子结构 由α 和β两个亚基形成的异二聚体跨膜蛋白，α
和β亚基均由胞外区、跨膜区和胞内区三个部分组
成。
胞外区：球状头部区，是整联蛋白分子与配体结
合部位，可通过自身结构域与含有Arg-Gly-Asp （RGD）三肽序列的细胞外基质成分结合，介导 细胞与细胞外基质的黏着，如黏着斑和半桥粒。
o Inside-out signaling: Specific binding of molecules to the cytosolic part of the integrin causes conformational changes that affect the binding of the extracellular part to its ligand Outside-in signaling: The binding of the extracellular domain of an integrin to a ligand (fibronectin or laminin) can induce a conformational change at the cytoplasmic end of the integrin.
整连蛋白在信号转导中发挥重要作用
* 整连蛋白与其配体结合后集合成簇，激活FAK、组装粘着斑，进一步通过一 些连接蛋白启动细胞骨架微丝的组装，从而引起细胞在细胞外基质上铺展； 也可启动信号转导，调节细胞的行为，如增殖/分化、存活/凋亡或迁移。 * 整连蛋白与配体结合并丛集后其胞质域也可活化细胞内的信号传导途 径，从而* 整合素可介导双向信号转导：胞内信号外传及胞外信号内传。 前者与整连蛋白的活化有关；后者参与细胞外基质实施的生物学效应。
和形态发生的控制。
• 神经通路形成中的细胞识别和导向生长。 • 机体对器官生长的控制与失控；器官再生的发动和限制。 • 移植（细胞、组织和器官移植）医学中的免疫耐受和免疫排斥。 • 高等植物生长、发育中根冠关系的调节：信息传递和物质运输（信息 流与物质流）。
微环境的重要作用
• 成熟细胞和干细胞的存活、增殖与分化 • 细胞的极性 • 细胞的衰老 • 细胞的恶性转化——肿瘤生成
实质上，研究细胞的社会性就是研究细胞―细胞之间通过直接（接触）和间 接（内分泌、旁分泌）的相互作用，以及细胞－细胞外基质之间的相互作用。 激素 神经递质 细胞 （内分泌、旁分泌） 细胞外可溶性信息分子 生长调节因子 细胞因子 无机离子 （粘合 通讯） 胶原 弹性蛋白 细胞 细胞外基质(不溶性信息分子) 氨基聚糖和蛋白聚糖 （粘附） 非胶原糖蛋白 （FN、LN 等）
Integrin composition
• 18 kinds of subunit • 8 kinds of subunit • 24 integrins were divided into 8 groups based on subunit
RGD sequence
• Most extracellular proteins binding to integrins contain the amino acid sequence arginine-glycin-aspartic acid (RGD in abbreviated amino acid nomenclature). • This tripeptide is present in the cell-binding sites of proteoglycans, fibronectin, laminin, collagen and various other extracellular proteins. • An experiment: many cells adhere firmly to a culture dish coated with fibronectin. If a synthetic peptide containing the RGD sequences are added together with the cells, the cells will not be able to attach to dish. This is because the synthetic peptide can bind to integrins on the cells, and thus inhibit the effect of fibronectin.
存活、死亡 形态、结构 每个细胞的 增殖、分化 代谢、功能 各种行为
受微环境制约,并对微环境施以影响
细胞社会性的研究重点涵盖以下若干方面：
• 整体状态和微环境与细胞之间的双向调节 • 胚胎发育和成体中细胞之间的相互作用
• 细胞外基质对细胞生命活动的调控
• 细胞表面分子和特化结构在细胞生命活动中的作用。 • 个体发生中极性、轴性及场区对发育图式形成 (Pattern formation)
• 胚胎发育、创伤愈合及肿瘤细胞转移中细胞的
EMT（上皮间质转化）和MET（间质上皮转化）。
微环境的作用实质是细胞社会性的具体体现。
整个机体－神经、内分泌及免疫系统 细胞微环境 (营造)
邻近细胞－通过细胞间直接通讯或相互作用 局部组织 可溶性信息分子－神经递质、激素、细胞因子、生长因子 不溶性信息分子－细胞外基质
整合素介导的细胞黏附和信号转导
Structures of focal adhesion: (1) the plasma membrane contains large clusters of integrins; (2) Extracellular: bind to the materials coating the culture dish; (3) Intracellular: bind to actin filaments of the cytoskeleton
细胞黏附和细胞连接
Cell Adhesion and Cell Junction
张春梅（email:zhangcm499@jlu.edu.cn)
本章内容
• 概述 • 第一节 细胞黏附 • 第二节 细胞连接
何谓细胞社会性 ？
在生物个体的发生、发育或成体的生命过程中，任何 细胞的生命活动都 非孤立进行的，每个细胞都有其社 会生活，并达到彼此协调一致。
转移。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
整联蛋白作为细胞外基质的受体介导多种基质成 分与细胞间的相互作用
整合素介导细胞在基膜上 ( Basement Membrane )黏附
Activities of integrins
1. Adhesion of cells to their substratum or other cells 2. Transmission of signal
o
Cells can regulate the activity of their integrins. In (A) cell
activation leads to a change in the extracellular binding site of the integrin so that it can now mediate cell adhesion. In (B) the tyrosine phosphorylation of the cytoplasmic tail of the integrins impairs their ability to bind to the actin cytoskeleton. As integrins must bind to the cytoskeleton to mediate robust cellmatrix adhesion, the phosphorylation causes the integrins to relax their grip on the extracellular matrix.
根据分子结构特点及作用方式，可分为四大类：
钙粘素/钙粘蛋白（Cadherin）
选择素（Selectin） 免疫球蛋白超家族（IgSF) 整联蛋白/整合素（Integrin）
细胞黏附分子结构组成：
• 胞外区（N端)：带有糖链较长，与配体识别的部位。
• 穿膜区：多为一次穿膜的疏水区。 • 胞内区（C端)：较短，可与质膜下的细胞骨架成分及 与胞内的信号转导分子结合，介导细胞之间、细胞与 细胞外基质之间的黏着。
细胞粘附的生物学意义
▽
细胞黏附存在于细胞之间及其与细胞外基质之间。
▽ 细胞黏附在建立和保持细胞的极性和社会性上具有
重要作用。
▽ 各种类型细胞黏附分子介导的细胞黏附都可引起一
定的信号转导。
▽ 黏附性降低则致细胞不再遵循社会秩序，导致组织
结构的破坏和恶性肿瘤的形态特征.
第一节 细胞黏附 cell adhesion
Cell adhesion molecules
• • • • 整合素 Integrin 钙粘素Cadherin 选择素Selectin 免疫球蛋白超家族 Immunoglobulin Superfamily
一、整联蛋白（integrin）
又称整合素，是一类依赖于Ca2+和Mg2+的异 亲性细胞黏附因子，介导细胞之间以及细胞与细
Fibronectin structure
整合素的功能： 1，连接胞外基质和骨架蛋白。 2，信号转导。
整联蛋白可介导细胞间相互作用
血小板细胞表面的αIIbβ3整联蛋 白识别并结合血浆中纤维蛋白 原分子中的RGD序列，并介导 血小板的凝集。 可利用RGD短肽及其衍生物作 为药物抑制血栓形成及癌细胞
胞内区：可通过 胞内的连接蛋白 与细胞内的肌动
蛋白丝等细胞骨
架成分相互作用。
Integrins
•A family of integral membrane proteins;
• Contain two membranespanning polypeptide chains, alpha- and beta-subunits, noncovalently linked;
细胞黏附分子介导细胞识别与黏着的方式：
• 同亲型结合：相邻细胞表面的同种黏附分子间的 相互识别与黏着，如钙黏着蛋白。
• 异亲型结合：两相邻细胞表面的不同种黏附分子
间的相互识别与黏着，如选择素和整联蛋白。
• 连接分子依赖性结合：即相邻细胞黏附分子间的
通过连接分子中介才能相互识别与黏着。
Cell Adhesion Moleclues (CAMs)