Atlas der Pflanzen- und Tierhistologie

Zellen plurizellulärer Organsims sind in Geweben und Organen organisiert. Bei Tieren hängt diese Organisation weitgehend von der Fähigkeit der Zellen ab, an der extrazellulären Matrix oder untereinander zu haften. Die Zelladhäsion beruht auf Transmembranproteinen, sogenannten Adhäsionsproteinen, die in der Plasmamembran vorkommen. Diese Proteine ermöglichten die Entstehung von Tieren während der Evolution, allesamt plurizelluläre Organismen. Tatsächlich sind Adhäsionsproteine beim Vergleich der verschiedenen Tiergruppen, einschließlich Meeresschwämme, sehr ähnlich. Die Adhäsion dient nicht nur der Verankerung und Platzierung von Zellen, um dreidimensionale Strukturen zu bilden, sondern auch der Kommunikation untereinander. Mit anderen Worten, die Art der Adhäsion und an was eine Zelle haftet, ist eine sehr nützliche Information für die Zellen.

Zellen bewegen sich durch Adhäsion durch Gewebe. Zellen schwimmen nicht, sondern kriechen. Dazu müssen Zellen zuerst an ein Element der Umgebung, eine Zelle oder Moleküle der extrazellulären Matrix, gebunden werden und dann den Kern und den Rest des Zytoplasmas in Bewegungsrichtung ziehen. Während der Embryonalentwicklung können sich Zellen als koordinierte Gruppen bewegen. In diesem Fall wandern Zellen durch Zell-Zell-Adhäsion zusammen.

Adhäsionsmoleküle befinden sich in der Plasmamembran. Sie diffundieren seitlich, werden aber fixiert, wenn sie an einem extrazellulären Molekül verankert werden. Ein Adhäsionsmolekül bildet keine starke Bindung, aber die Zelladhäsion wird von vielen Adhäsionsmolekülen durchgeführt, die zusammen eine starke Verknüpfung bilden, als wären sie ein molekularer Klettverschluss. Einige Adhäsionsmoleküle können lateral miteinander interagieren und Molekülkomplexe bilden, die die Adhäsionsstärke an einigen lokalen Punkten der Zelloberfläche erhöhen. Dies sind Strukturen, die als fokale Adhäsionen und Adhäsionsübergänge bekannt sind. Zellen können die Intensität der Adhäsion und an welchem Molekül sie haften, über verschiedene Mechanismen regulieren. Zum Beispiel können Zellen die Art und Menge der Adhäsionsmoleküle in der Plasmamembran durch Synthese, Abbau verändern oder sie vorübergehend in inneren Kompartimenten durch Endozytose und Exozytose verstecken. Ein weiterer Mechanismus zur Steuerung der Stärke und Spezifität der Adhäsion ist die Aktivierung und Inaktivierung der Adhäsionsmoleküle in der Plasmamembran.

Es gibt Adhäsionsmoleküle, die an der Anheftung von Zellen an die extrazelluläre Matrix beteiligt sind, und andere, die eine Zelle mit einer anderen verbinden.

Adhäsion Zelle-extrazelluläre Matrix

Integrine sind wahrscheinlich die wichtigsten Proteine, die an der Adhäsion zwischen Zellen und extrazellulärer Matrix beteiligt sind, und umfassen eine große Familie von Transmembranproteinen, die in allen Tieren vorhanden sind. Sie bestehen aus zwei Untereinheiten (Alpha und Beta) (Abbildung 1). Bei Säugetieren werden Integrine Familie von 18 Alpha-Einheiten und 3 Beta-Einheiten gebildet. Durch Kombination können sie bis zu 24 verschiedene Integrine bilden, die je nach Gewebe und physiologischem Zustand der Zelle unterschiedlich exprimiert werden. Integrine haben 3 molekulare Domänen. Eine intrazelluläre Domäne, die mit Aktinfilamenten des Zytoskeletts (manchmal mit Zwischenfilamenten) interagiert, eine extrazelluläre Domäne, die Kollagen, Fibronektine und Laminine binden kann, und eine Intramembrandomäne, die hydrophobe Aminosäuresequenzen enthält, die zwischen Lipidfettsäureketten eingefügt sind. Die Fähigkeit von Integrinen, extrazelluläre Matrix und Zytoskelett zu verbinden, ermöglicht eine strukturelle Kontinuität zwischen der inneren und der äußeren Seite der Zelle. Darüber hinaus können Integrine das Verhalten der Zelle entsprechend der molekularen Zusammensetzung der extrazellulären Matrix verändern (sie verhalten sich wie Rezeptoren). Dies ist möglich, weil der Adhäsionszustand von Integrin durch Konformationsänderung auf seine intrazelluläre Domäne übertragen wird, wodurch molekulare Interaktionskaskaden im Cytosol ausgelöst werden, die schließlich die Genexpression verändern können. Zellen wiederum können die Adhäsionsstärke regulieren, indem sie die Anzahl der Integrine erhöhen oder verringern, indem sie verschiedene Integrin-Untereinheiten-Subtypen synthetisieren oder indem sie die Adhäsionsaffinität nach Modulation der intrazellulären Domäne ändern, was wiederum die Adhäsionsfähigkeit der extrazellulären Domäne modifiziert. Im Allgemeinen ist die Haftfestigkeit von Integrinen schwächer als die anderer Adhäsionsmoleküle.

Manchmal werden Integrine in Gruppen zu makromolekularen Komplexen zusammengefasst, die als fokale Adhäsionen bekannt sind, und in einigen Zellen, wie Epithelzellen, bilden sie größere Komplexe, die als Hemidesmosomen bezeichnet werden. In Hemidesmosomen ist die cytosolische Domäne von Integrinen mit Zwischenfilamenten verbunden, nicht mit Aktinfilamenten. Die Stärke der Adhäsion einer Zelle mit der extrazellulären Matrix hängt von der Anzahl, dem aktiven Zustand und der Art der Integrine ab, die in der Plasmamembran exprimiert werden.

Zell-Zell-Adhäsion.

Einige Transmembranmoleküle stellen direkte Adhäsionskontakte zwischen Zellen her. Es gibt vier Arten: Cadherin, Immunglobulin, Selektin und einige Arten von Integrinen (Abbildung 2). Cadherin kommen in den meisten tierischen Zellen vor und stellen homotypische Kontakte her, d. H. Sie erkennen und binden andere Cadherin, die sich in benachbarten Zellen befinden. Cadherin können sich seitlich miteinander verbinden, um Gruppen für eine größere Adhäsionsstärke an bestimmten Stellen auf der Zelloberfläche zu bilden. Es gibt mehr als 100 Arten von Cadherin, die in klassische und desmosomale Cadherin unterteilt sind. Der Name Cadherin steht für Calcium und Adhäsion, weil sie Calcium benötigen, um den Adhäsionskontakt herzustellen. Cadherin sind eine große Familie von Proteinen, wobei einige Mitglieder spezifisch in einigen Geweben exprimiert werden. Zum Beispiel werden N-Cadherin im Nervengewebe und E-Cadherin im Epithelgewebe gefunden. Deshalb spielen sie eine wichtige Rolle bei der Segregation von Zellpopulationen in Geweben während der Entwicklung, aber auch bei Erwachsenen. Cadherin sind besonders während der Embryonalentwicklung relevant. Cadherin werden auch als strukturelle Teile von Desmosomen (Macula Adherens) und adhärenten Übergängen (Zonula Adherens) gefunden.

Einige Adhäsionsproteine gehören zur Immunglobulinfamilie und knüpfen homophile Kontakte mit anderen Immunglobulinen in benachbarten Zellen, obwohl sie auch heterophile Kontakte knüpfen können. Sie sind auch eine große und vielfältige Familie von Proteinen mit selektiver Gewebeverteilung. Zum Beispiel wird N-CAM (Neuronal Cell Adhesion Molecule) im Nervensystem exprimiert. Die Bindungsstärke von Immunglobulinproteinen ist schwächer als Cadherin, und es wird angenommen, dass es geeignet ist, die Segregation von Zellen in Gruppen innerhalb von Geweben fein abzustimmen.

Selektine sind eine andere Art von Adhäsionsmolekülen, die an der Zell-Zell-Adhäsion durch heterophile Kontakte beteiligt sind. Sie binden Kohlenhydrate (Sialinsäure und Fucose) an der Oberfläche benachbarter Zellen. Zum Beispiel werden sie während des Austritts von Leukozyten aus Blutgefäßen in Richtung der extrazellulären Matrix des umgebenden Gewebes benötigt. Integrine, die hauptsächlich an der Zell-extrazellulären Matrix-Adhäsion beteiligt sind, sind auch an der Zell-Zell-Adhäsion beteiligt. Zum Beispiel können einige Integrine heterophile Kontakte mit bestimmten Arten von Immunglobulinen benachbarter Zellen herstellen.

Ocludine und Claudine sind Zell-Zell-Adhäsionsmolékules, die hauptsächlich in Tight Junctions von Epithelzellen vorkommen, obwohl sie auch in anderen Geweben vorkommen.

Bilbliographie

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