Do Dr Hasan DOAN Tbbi Biyoloji Anabilim Dal

Doç. Dr. Hasan DOĞAN Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı

Apikal yüzey Lateral yüzey Bazal yüzey

Apikal yüzey Lateral yüzey Bazal yüzey

İnce bağırsak duvarının modeli

Hücre membranında özelleşmiş yapılar - Hücre Bağlantıları • Hücreler ECM ile birbirlerinden ayrılmışlardır • Komşu hücrelerin membranları birbirlerini etkiler • Hücre gelişmesinde ve kanserli hücrelerin metastazında özel önemleri vardır. • Membran proteinlerinin bir kısmı; tanıma, haberleşme ve adezyonda önemli görevler yaparlar.

Bağlantı tipleri

Hücresel Junction mekanizması

Non-juntional hücre adezyon tipleri 1. 2. 3. 4. Cadherinler (junc. c) Ig-Süper ailesi Integrinler Selektinler

Ig Süper ailesi Ca 2+-bağımsız adezyon • Hücre iskeletine bağlanan transmembran glikoproteinlerdir. • Bağlanmaları Ca 2+ bağımlı değildir. • Üyelerden bazıları : – Nöral hücre adezyon molekülleri (NCAMs) – Interselüler hücre adezyon molekülleri (I-CAMs) – Vasküler adezyon molekülleri (VCAMs) – Platelet-endotel adezyon molekülleri (PECAMs) Ekstrasellüler, transmembran ve intrasellüler domain içerir. • İntrasellüler domain hücre iskeleti ile etkileşime girer. • Homofilik ve heterofilik bağlanma yapabilirler. Homofilik interaksiyon modeli • Bunlar, beyaz kan hücrelerinde eksprese edilen integrinlerin hedef ligandlarıdırlar ve heterofilik bağlanma yaparlar.

Integrinler: Heterodimerik ECM reseptörleri. • Hem hücre–hücre, hem de hücre–matriks bağlanmasını meydana getiren transmembran glikoproteinlerdir. • • α ve β subünitleri vardır ve bunların non-kovalent bağlanmış heterodimerleridirler. • Hedef hücrelerdeki spesifik ligandlarına bağlanırlar. • İntegrinler, beyaz kan hücrelerinin kan akımında dokulara migrasyonundan önce, endotel hücreleri ile sıkı bağ yapmalarını sağlar. • “ Lökosit adhesion deficiency “ denilen genetik hastalıkta β 2 subünit sentezi yapılamamaktadır. Böylece lökositler bağlanamayacak ve tekraralayan bakteriyel enfeksiyonlar olacaktır. • Plateletlerde de β 3 subünite sahip integrinler bulunur ve kanama sırasında fibrinojene bağlanır.

Selektinlerin yapısı ve fonksiyonları • Single pass transmembran bağlayıcı glikoproteinlerdir. • Hücre yüzeyini, glikoproteinlere (lektinler) bağlarlar. • Heterofilik adezyon yaparlar. • Ca 2+ bağımlı hücre-hücre adezyonu • Ca 2+ varlığında hücrelerin spesifik oligosakkaritlerini tanıyarak onları başka bir hücreye bağlarlar. • L-selektinler – Beyaz kan hücreleri • P-selektinler – Plateletler • E-selektinler – Aktifleşmiş endoteliyal hücreler • L selektin ve P selektin birlikte çalışarak dolaşımdaki lökositlerin endotel hücreleri ile etkileşimine aracılık ederler ve bu sayede lökositlerin endotelde karakteristik “ rolling ” hareketi meydana gelir. • Bu başlangıçtaki zayıf etkileşimleri, E selektin ve integrinlerin rol oynadığı kuvvetli etkileşimler takip eder. • İntegrinler sayesinde daha sıkı bağlanma oluşur. • Sonunda damar duvarından lenfoid dokulara ve inflamasyon bölgelerine ekstravazasyon gerçekleşir. Bu olaya “ diapedezis “ denir.

Junctional hücre adhezyonları • 1. Tight junctionlar; Zonula occludens (ZO); terminal tıkaç • 2. Anchoring junctionlar; bağlayıcı bağlantılar Adherens junctionlar; zonula adherens (aktin fl); Fokal Adezyonlar (aktin fl); Desmozomlar (intermediate fl) Hemidesmozomlar (intermediate fl) • 3. Gap junctionlar; İletişim bağlantıları

Örnek: İnce bağırsak epitel hücreleri Occlusion: Tight Junctions (zonula occludens). Adezyon: Adhering junctions (actin-based) and Desmosomes and hemidesmosomes (intermediate filament based). Communication: Gap Junctions (“zonula coimmunicadens”).

Occlusion: Tight Junctions (zonula occludens). Adhesion: Adhering junctions (actinbased) (zonula adherens) Adhesion: Desmosomes (intermediate filament-based) (macula adherens) Not shown: Communication: Gap Junctions (“zonula coimmunicadens”).

Tight junctionlar Omurgalılarda occluding junction’lardır Zonula occludens (ZO) olarak ta bilinir Pek çok epitelde bir bariyer (engel) rolü sağlar. Hücreler arasındaki bariyerin geçirgenliği hücre tipine bağlıdır ve değişkendir.

Tight Junctions

Ör: barsak epitelyumundan glukozun geçişi : 1. Hücreler arasından glukozun geçişini engellemek 2. Transportuların (taşıyıcıların Lateral diffüzyonunu engellemek Bir membran bölgesinden diğer membran bölgesine) KAYNAK-MOLECULAR BİOLOGY OF THE CELL-ALBERTS

Tight junction yapısının modeli Sealing strands Epitel tabakalarında her hücrenin etrafını tamamen çevirmiştir. Permeabilite decreases with an increase in the number of sealing strands

Higher resolution model of tight junctions Claudin ve occludin periferal membran proteinlerine bağlanır ve ZO olarakta adlandırılır.

Key Point: TJ lar intracelluler anchor proteinleri aracılığıyla hücre içi iskelet sisteminden actin flamentlere bağlanırlar ve sinyal molekülü olarakta görev yaparlar.

Of Interest: Helicobacter pylori, the bacterium that causes most stomach ulcers, produces a protein (Cag. A) that enters epithelial cells and disrupts tight junction formation. Science 300: 1430 -1432 (2003)

Septate junction Drosophila gibi omurgasızlarda bulunur Fonksiyonel olarak tight junctionlara benzerdir Yapısı ve görünümü farklıdır

Anchoring junctionlar • Hücrelere mekanik güç (destek) sağlarlar – Özellikle kalp, kas ve deri gibi yoğun mekanik strese maruz kalan dokularda önemlidir. • Hücre iskeletini komşu hücrelere veya ekstraselüler matrikse bağlar. • Primer olarak iki ana protein sınıfından meydana gelmişlerdir – İnterselüler anchor proteinleri – Transmembran adezyon proteinleri (cadherin) • Anchoring junctionların çeşitleri – Adherens junctionlar – Fokal Adezyonlar – Desmozomlar – Hemidesmozomlar

Epitelde anchoring junctionlar

Adherens junctionlar

Adherens junctions • Hücreler arasındaki aktin filamentlerinin yığınlarını toplayıp bağlarlar • Epitel tabakada adezyon kemerleri (zonula adherens) şeklindedirler. Hücrenin etrafında kemer gibidir • Transmembran adezyon proteinleridirler ve cadherin familyasına ait proteinlerdir • Cadherinler Ca++ bağlayıcı proteinlerdir, • İntraselüler anchoring proteinleri – Cateninler – Vinculin – a-actinin

Cadherin’ler • Hemen hemen tüm hücreler ve dokularda bulunurlar. • Adherens junctionlarda ve desmozomlarda bulunurlar • Bazı tipleri – Nöral (N) cadherin – Plasental (P) cadherin – Epitelyal (E) cadherin – Desmozomal cadherin – Protocadherin

Cadherinlerin fonksiyonu • Embriyonik gelişiminde ve doku organizasyonunda önemlidirler. • Ekstrasellüler, transmembran ve intrasellüler domainleri vardır. Ekstrasellüler domain homofiliktir ve kalsiyum bağlayıcı bölge içerir. • İntrasellüler domain kateninleri bağlar. Kateninler de daha sonra hücre iskelet sistemindeki spesifik proteinleri (aktin fl) bağlarlar. Cadherinlerin adezyon özellikleri bu etkileşimlere bağlıdır. – Cadherin E : Redüksiyonu malignitelerle koreledir. Jinekolojik maligniteler, gastrik maligniteler – Cadherin P : Juvenil maküler distrofi (kornea hast. ), Konjenital hipotrikozis – Cadherin 23 : Sağırlık – Desmoglein 3 : Pemfigusda otoantikorların hedefidir

Cateninler küçük proteinler olup cadherinlerin sitoplazmik kuyruğuna bağlanarak onları hücre iskeletine bağlarlar

Fokal Adezyonlar • Aktin filamentlerini bazal laminaya bağlarlar. • Transmembran adezyon proteinleridir ve integrin familyasına ait proteinlerdir • Düzenlenmiş ortak yapıları hücre hareketi esnasında değişir.

Desmozomlar • Hücreler arasındaki intermediate filamentler ile bağlantılardır • İntermediate filament çeşidi ile bağlantı hücre tipine özgüdür – Çoğu epitel hücrelerinde keratin filamentleri • Transmembran adezyon proteinleridirler ve cadherin familyasına aittirler – Desmoglein – Desmocollin • İntraselüler anchoring proteinleri – Plakoglobin – Desmoplakin

Structure of Desmosome

Hemidesmozomlar • “Desmozomların yarısı” intermediate filamentleri bazal laminaya bağlarlar • Morfolojik olarak desmozomlara benzerler • Transmembran adezyon proteinleridirler ve integrin familyasına ait proteinlerdir – İntegrinin ekstraselüler domaini laminine bağlanır. • İntraselüler anchor protein – Plectin

Anchoring junction’ların özeti

Gap Junctionlar • Birçok dokudaki hücrelerin çoğu gap junctionlar aracılığıyla komşu hücreleriyle haberleşirler • Hücreleri birbirlerine bağlayan ~ 1. 5 nm çapında connexin kanallarıdır • Komşu hücreler arasında proteinler hariç inorganik iyonlar, şekerler, amino asitler, nukleotidler gibi küçük moleküllerin hareketine izin verirler. • Daima açık değildirler - komşu hücre ölürse, sağlıklı hücre kanalı kapatır

Gap Junction’ların Anatomisi • Herbir connexin monomeri membranı bölen dört tane segmente sahiptir • İnsanlarda 14 farklı connexin geni vardır • Altı tane monomerin bir araya gelmesiyle bir connexon yapısı meydana gelir • Farklı connexin alt birimlerinin bir araya gelmesiyle çeşitli connexonlar meydana gelir. • Komşu hücreler arasındaki Connexonların etkileşmesiyle hücreler arası kanallar meydana gelir.

Bir connexin protenindeki 4 transmembrane helices tek katlı bir membranla sarılı olarak bir hücredeki connexon kanalının 1/6 sını oluşturur. Konnexin ailesinin bütün üyeleri bilinmektedir. a-connexins genellikle: 40 -50 kd dan büyük b-connexins genellikle: 27 -30 kd dan küçük Connexinlerin extracellüler ve transmembran bölgeleri genellikle homologdur, fakat stoplazmik domainleri genellikle çeşitlilik gösterir.

Gap Junctions

Gap junctionlar farklı fonksiyonlara sahiptirler • Eletriksel sinaps – Bir hücredeki aksiyon potansiyeli diğer hücreye iletilir. (kas h. ) • Metabolitlerin bölüşülmesinde koordineli aktivasyon – Glycogen yıkımı için karaciğere gelen sinyal gap junctionlar aracılığıyla, ikincil haberciler vasıtasıyla hücreler arasında iletilir. • Hücre gelişimi ve embriyonik gelişim basamaklarında haberleşme

Yumurta gelişimi sırasında gap junctionların bir fonksiyonuna örnek • Oosit maturasyonunda granuloza hücreleri ile oosit arasındaki haberleşme gap junctionlar aracılığıyla olur • Connexin 37’deki mutasyonlar infertiliteye sebep olur, ayrıca oosit ve granulaza hücrelerinin her ikisininde gelişimlerinin aksamasına sebep olur

Gap junctionların geçirgenliği düzenlenebilir • Gap junction permeabilitesi düzenleyicileri – p. H – Sitozolik Ca 2+ konsantrasyonu – Ekstraselüler sinyaller • Dopamin benzeri bazı nörotransmitterler • Permeabilite niçin düzenlenir? – Hücreler bir şekilde bu bağlantıları kapamak zorundadırlar aşırı madde akımlarıyla hücreler zarar görebilirler.

Omurgalı epitelleri bağlantılarının özeti

Plazmodezmata-“Bitki Gap Junctionları” Bitkilerin hepsi sert bir hücre duvarına sahiptirler, onları birbirlerine bağlayacak aralarında köprü vazifesi görecek özel bir yapıya ihtiyaç vardır

Plazmodezmata

Cellular connections and communication • Animal cells – Tight junctions • Close attachment of membranes – Desmosomes • Fibrous plaques of glycoproteins – Gap junctions • Small, reinforced openings • Allows passage of ions and other small molecules • Plant cells – Plasmodesmata • Similar to gap junctions

Junctional ve nonjunctional adhezyon mekanizmasının özeti