biokemija izvanstanicnog matrixa

1

Biokemija izvanstaničnog matriksa

Prof.dr.sc. Lj. Glavaš-Obrovac

Interakcije stanica s okolinom

l Što je izvan stanice i kako stanice komuniciraju s okolinom?

l Kako stanice komuniciraju međusobno?


2

Izvanstanični matriks


l Mreža proteina i ugljikohidrata koji drže stanice zajednol Okružuju stanicul Upravljaju aktivnošću stanicel Uspostavljaju mrežu po kojoj se stanice kreću

Molekule izvanstaničnog matriksa

l 5 klasa makromolekula– Kolageni– Elastična vlakna– Proteoglikani– Hijalouronska kiselina– Adhezijski glikoproteini

l Međusobno se miješaju u različitim omjerima –izmjenjena funkcija


Netopljivi

Topljivi

3

Molekule izvanstaničnog matriksa

l Mehanička podrškal Razvoj embrijal Putevi migracije stanica

– Zacjeljivanje ranal Međusobno se miješaju u različitim omjerima

–izmjenjena funkcija


Izvanstanični prostor


4

Proteini izvanstaničnog matriksaKOLAGEN

prisutan u svim organima i tkivima gdje čini mrežu koja im

daje volumen

u visokim koncentracijama nalazi se svim organima

• u jetri 4%, •plućima 10%, •aorti 12-24%,

•hrskavica 50%, •rožnica 64%,

•ukupnoj kosti 23% •i koži 34%.

Proteini izvanstaničnog matriksaKOLAGEN

Glavni netopljivi vlaknasti protein ECM i vezivnog tkiva

Najzastupljeniji životinjski protein

Sintetiziraju ga fibroblasti i neke epitelne stanice

Poznato 19 različitih kolagena


5

Proteini izvanstaničnog matriksa

KOLAGEN – Molekularna struktura

• trostruka polipeptidna uzvojnica

• svaki polipeptid je dodatno

lijevo uzvijen

• osobiti aminokiselinski sastav

• fleksibilnost i otpornost na istezanje Prof.dr.sc. Lj. Glavaš-Obrovac

30%

ProlilProlil--hidroksilazahidroksilazaXSKORBUT


KOLAGEN – tipovi

• vlaknasti• stvara strukture poput tetiva (žila) ili hrskavice

• kolageni koji stvaraju plahte ili ploče• povezni

• podržavaju i organiziraju vlaknasti kolagen• transmembranski


6


KOLAGEN – tipovi

Koža, kosti, tetive, krvne žile, RožnicaHrskavica, intervertebralni diskKrvne žile, koža fetusa

[α1(I)]2α2(I)[α1(II)]3[α1(III)]3

IIIIIIIV(amorfni)V (amorfni)

Nađen u tkivima:Sastav lancaTip



KOLAGEN – izgradnja

• sintetizira se kao prokolagen

• glikozilacija u ER ili Golgi

• stvaranje uzvojnice u ER


7


KOLAGEN – tipovi

l Vlaknasti kolagen I– Građen iz trostruke uzvojnice duge 300 nm– 2 α1 i 1 α2

– Kolagenska vlakna stvaraju se lateralnim interakcijama trostrukih uzvojnical Stabilizirana kovalentnim vezamal Pomaknuta za 67 nm (izdužen oblik)



KOLAGEN – ploče

l Polimerizira u obliku tankih pločal Stvara bazalne membrane – kolagen IVl Kolagen VIII – Descemetova membrana

rožnice


8


KOLAGEN – ploče

l Kolagen IV– Uzvojnica prekinuta 24 puta

segmentima koji ne stvaraju uzvojnicu– omogućena fleksibilnost

– Domene uzvojnice vežu se postrano

– Globularna domena i na C- i na N-krajul C-domene vežu se međusobno



KOLAGEN – povezni kolageni

l Vežu vlaknaste i kolagene koji stvaraju plpče i mreže

l Kolagen VI – kratke uzvojnice s globularnim domenama– Poravnava kolagen 1 u paralelne strukture


9


KOLAGEN – povezni kolageni

l Kolagen IX ima 2 krute uzvojnice povezane fleksibilnim vezama

l Globularni N-kraj veže proteoglikane u ECM– Veže kolagen II na glukozaminoglikane

(omogućena apsorpcija udarca kao u hrskavici)


BOLESTI VEZANE ZA POREMEĆAJ SINTEZE I METABOLIZMA KOLAGENA

l Da bi se sintetizirao kolagen neophodne su brojne posttranslacijske modifikacije koje direktno utječu na njegovu strukturu i funkcije

l Greške u biosintezi kolagena i njegovim modifikacijama imaju za rezultat vrlo ozbiljne bolesti

10


l Poremećaj u funkciji kardiovaskularnih organa (aortalne i arterijalne aneurizme)

l Poremećaj u funkciji srčanih zalizakal Promjene u:

– kostima (lomljivost i krhkost), – koži (slaba rastezljivost, krutost, suhoća), – zglobovima (hipermobilnost i artritis) – očima (dislokacija očnih leća).


Primjeri bolesti koje nastaju uslijed poremećene sinteze kolagena

l Osteogeneza imperfekta (tip I i tip II; kolagen I)

l Tip I: poremećena sinteza kolagena kao posljedicom delecije gena ili splice-site mutacije.

l Tip II: sinteza mutiranog oblika kolagena (mnoge mutacije su vezane za zamjene glicina drugima aminokiselinama pri čemu dolazi do sinteze nestabilne molekule kolagena.

11


Primjeri bolesti koje nastaju uslijed poremećene sinteze kolagena

l Ruberr-man sindrom – (mutacija u genu za kolagen I)

l Ehlers-Danlos sindrom (mutacija u genu za kolagen III)– Sklonost rupturi glavnih arterija ili crijeva


Primjeri bolesti koje nastaju uslijed poremećene sinteze kolagena:

l Skorbut

l Goodpasture sindrom– antitijela na kolagen IV– koja se vežu na bazalnu – laminu epitelnih stanica– i oštećuju ju

12


ELASTIČNA VLAKNA

l Najzastupljenija u kožil Građena iz vlakana fibrilina i elastinal Sintetiziraju ih fetalni i juvenilni fibroblasti

– do kraja puberteta– posljedica - bore



ELASTIČNA VLAKNA

l FIBRILIN– Stvara 10 nm duga

vlakna– Osim u elastičnim

vlaknima nađen i u bazalnoj lamini

– Linearna molekula s neovisno složenim domenama


13


ELASTIČNA VLAKNA

l ELASTIN

– Polimer TROPOELASTINA

– TROPOELASTINI – obitelj srodnih proteina – produkata jednog gena i “splicing”


Supravalvularna stenoza aorte uslijed nedostatka elastina u stjenci žila.


TOPLJIVE KOMPONENTE ECM

l PROTEOGLIKANI– Elastična vlakna koja stvaraju visokohidratizirane

gelove (daju volumen ECM)– Ograničavaju difuziju makromolekula– Spriječavaju prolaz mikroorganizmima– Lubrikanti u zglobovima– Reguliraju pokretljivost stanica i njihovu adheziju– Sekvestracija faktora rasta– Izlažu hormone staničnim površinskim receptorima


14


TOPLJIVE KOMPONENTE ECM

l HIJALOURONI– hidratizirani polisaharidi– čine matriks otporan na kompresiju

l MULTIADHEZIJSKI PROTEINI MATRIKSA– duge savitljive molekule koje povezuju druge

komponente matriksa i stanice


Proteini izvanstaničnog matriksaPROTEOGLIKANI

l Raznolika grupa proteina s brojnim polisahardinim lancima

– glukozaminoglikani (kondroin sulfat, heparin, heparan sulfat) posttranslacijski su dodani na protein

l Nađeni u vezivnom tkivu i ECM

– Vezani su i za površinu mnogih stanica


15


l Stvaraju agregate s hijalouronskom kiselinom kao jezgom agregata

l Hijaluronska kiselina– Glavna komponenta proteoglikana– Dug, negativno nabijen polisaharid– Otporna na kompresiju– Stvara viskozne gelove– Inhibira adheziju stanica– Podržava migraciju stanica



l MUKOPOLISAHARIDOZE - Poremećaji u razgradnji proteoglikana uslijed nedostatka enzima.

l Posljedica je nakupljanje djelomično razgrađenih glukozaminoglikana

– Velike su razlike u kliničkim manifestacijama ovih bolesti kao i unutar jedne bolesti

– zahvaćeni brojni organi, a posebno kosti i hrskavica. Također, mentalna retardacija je vrlo često udružena s tim bolestima


16

Proteini izvanstaniProteini izvanstaniččnog matriksanog matriksa

ADHEZIJSKI GLIKOPROTEINI -ULOGA

l Vežu stanice na ECM– Reguliraju vezanje stanica– Migracija– Oblik stanice

l Organiziraju komponente ECMl Većina se veže na integrine – stanični

adhezijski receptori


ADHEZIJSKI GLIKOPROTEINI LAMININ

l Nalazi se u bazalnoj lamini

l 3 podjedinicel Vezna mjesta za:

– Heparan sulfat– Kolagen IV– Stanične adhezijske

receptore


17


ADHEZIJSKI GLIKOPROTEINI LAMININ


l Greške u strukturi laminina 5 i laminina 6 (proteini koji sudjeluju u prianjanju dermisa i epidermisa) dovode do bolesti junctional epidermolysis bulosa (JEB).

– spontano stvaranje mjehura na koži i mukoznim membranama. Teži oblik bolesti JEB gravis smrtonosa je u ranom životnom stadiju.

– Smrt je rezultat bubrenja epitela u respiratornom, digestivnom igenitourinarnom traktu.

l Kongenitalna mišićna distrofija (CMD) rezultat je greške u lamininu 2 koji je sastojak mosta koji povezuje citoskelet mišićne stanice s izvanstaničnim matriksom. Uslijed nepostojanja tog mosta dolazi do apoptoze u mišićnim stanicama i slabljenja mišićnog tkiva.


ADHEZIJSKI GLIKOPROTEINI BAZALNA LAMINA

l TANKA PLANARNA STRUKTURA

l Građena od laminina i kolagena IV (vežu stanice na laminu)

l Stanice migriraju površinom koja sadrži laminin

l Različite je strukture u različitim tkivima


18

Proteini izvanstaničnog prostoraFIBRONEKTINI

l Vežu se na matrice koje sadrže vlaknasti kolagen

l Esencijalni za migraciju i staničnu diferencijaciju


Stanične interakcije s izvanstaničnim prostorom

neaktivne

INTEGRINI


19



Fokalna adhezija



Fokalna adhezija

20





Fokalna adhezija

21



ADHEZIJSKE MOLEKULE



ADHEZIJSKE MOLEKULE

22

Stanične interakcije s izvanstaničnim matriksom


ADHEZIJSKE MOLEKULE

Stanične interakcije s izvanstaničnim matriksom


ADHEZIJSKE MOLEKULE

Stanične adhezijske molekulevs

molekule prijanja izvanstaničnog matriksa

biokemija izvanstanicnog matrixa

Documents