細胞遷移課件

第13章細胞(xìbāo)遷移第一頁，共四十五頁。細胞遷移一、細胞遷移的過程二、微絲骨架在細胞遷移中的作用(zuòyòng)三、整合素介導的黏附結(jié)構(gòu)的裝配和解聚四、Rho家族小GTP酶的調(diào)節(jié)作用五、微管骨架在細胞遷移中的功能六、細胞遷移參與的生理活動及相關疾病主要(zhǔyào)內(nèi)容第二頁，共四十五頁。細胞遷移細胞(xìbāo)遷移概念：細胞(xìbāo)在胞外信號的激活和引導下，通過一系列黏附與去黏附過程而在支持物上產(chǎn)生的整體位移。第三頁，共四十五頁。細胞遷移細胞(xìbāo)遷移遷移方式分類：1.依據(jù)細胞遷移的支撐物的幾何性質(zhì)的不同(bùtónɡ)可分為三類，一維（線狀支撐物上）、二維（培養(yǎng)皿上）、三維（胞外基質(zhì)構(gòu)成的凝膠層上）2.依據(jù)遷移方向可分為兩類，無規(guī)律的自由遷移（散在培養(yǎng)的細胞）和定向遷移（胚胎、組織發(fā)生和免疫系統(tǒng)中）第四頁，共四十五頁。細胞遷移13-1細胞遷移(qiānyí)的基本過程一、細胞遷移的步驟①偽足向前伸展②伸出的偽足黏附胞外基質(zhì)③細胞體遷移④細胞后緣(hòuyuán)縮回第五頁，共四十五頁。細胞遷移細胞(xìbāo)遷移第六頁，共四十五頁。細胞遷移二、偽足(wěizú)的形成偽足(wěizú)絲狀偽足（探測(tàncè)周圍環(huán)境信號）片狀偽足（推動細胞前緣向前運動）第七頁，共四十五頁。細胞遷移13-2微絲骨架(gǔjià)在細胞遷移中的作用一、微絲的裝配(zhuāngpèi)與解聚微絲，也稱為纖維狀肌動蛋白(F-actin),是由球狀肌動蛋白(G-actin)單體聚合而成的纖維狀結(jié)構(gòu)。G-actin是一種ATP酶，結(jié)構(gòu)具有極性，它們聚合而成的微絲同樣具有極性。因此，微絲的兩端根據(jù)末端單體肌動蛋白暴露出的形狀分別稱為倒刺端(正端)和尖端(負端)。微絲的聚合和解聚是動態(tài)的過程。當一根微絲上倒刺端的聚合與尖端的解聚速率相等時，這根微絲的長度不變，即所謂的“穩(wěn)定期”，這一現(xiàn)象稱為踏車行為。第八頁，共四十五頁。細胞遷移肌動蛋白單體(dāntǐ)和微絲的結(jié)構(gòu)圖第九頁，共四十五頁。細胞遷移微絲的裝配(zhuāngpèi)第一步：成核反應原料：2~3個肌動蛋白單體組成的寡聚體、肌動蛋白相關蛋白Arp2/3復合物第二步：纖維延長(yáncháng)原料：肌動蛋白單體、ATP由于微絲兩端在結(jié)構(gòu)上的差異，新的肌動蛋白亞基一般在倒刺端加入，而很少在負極端加入。第十頁，共四十五頁。細胞遷移微絲裝配(zhuāngpèi)中ATP的作用當ATP-actin濃度高時,微絲加快生長,在微絲末端形成(xíngchéng)一連串的ATP-actin,稱為ATP帽；當ATP-actin濃度下降時,微絲結(jié)合的ATP轉(zhuǎn)為ADP,當ADP-actin暴露出來后,微絲去組裝變短。第十一頁，共四十五頁。細胞遷移微絲裝配(zhuāngpèi)中ATP的作用當ATP-actin處于臨界濃度時，ATP-actin可能(kěnéng)繼續(xù)在（+）端添加、而在（-）端開始分離，表現(xiàn)出踏車現(xiàn)象。第十二頁，共四十五頁。細胞遷移踏車(tàchē)行為第十三頁，共四十五頁。細胞遷移微絲的動態(tài)性第十四頁，共四十五頁。細胞遷移偽足(wěizú)中的微絲片狀偽足(wěizú)與絲狀偽足(wěizú)的形成有賴于微絲第十五頁，共四十五頁。細胞遷移彈性(tánxìng)布朗棘輪模型第十六頁，共四十五頁。細胞遷移應力纖維(xiānwéi)與收縮力

應力纖維，也稱張力絲，由大量平行和反平行排列的微絲構(gòu)成的束狀結(jié)構(gòu)。兩端與整合素介導的黏附(niánfù)結(jié)構(gòu)—黏著斑緊密結(jié)合，是胞體前移和尾部回縮所需的牽引力和收縮力的主要提供者，而其中的肌球蛋白家族是收縮力的來源所在。第十七頁，共四十五頁。細胞遷移肌球蛋白家族(jiāzú)

依賴于微絲的肌球蛋白是一類分子馬達，利用水解(shuǐjiě)ATP產(chǎn)生的能量有規(guī)則的沿微絲骨架運輸所攜帶的“貨物”。在細胞遷移過程中，Ⅱ型肌球蛋白在應力纖維中提供收縮力，Ⅶ型肌球蛋白與細胞和胞外基質(zhì)的黏附有關。第十八頁，共四十五頁。細胞遷移肌球蛋白家族(jiāzú)肌球蛋白結(jié)構(gòu)域馬達(mǎdá)區(qū)，具有ATP結(jié)合位點和肌動蛋白結(jié)合位點調(diào)控(diàokònɡ)區(qū)，決定肌球蛋白的亞型尾部區(qū)，促進肌球蛋白自身寡聚化肌球蛋白可以被肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）激活或被肌球蛋白輕鏈磷酸酯酶（MLCP）抑制。第十九頁，共四十五頁。細胞遷移第二十頁，共四十五頁。細胞遷移第二十一頁，共四十五頁。細胞遷移13-3整合素介導的黏附結(jié)構(gòu)(jiégòu)的裝配和解聚

細胞與胞外基質(zhì)的黏附主要依賴于整合素這個(zhège)跨膜蛋白質(zhì)家族所介導的黏著復合物、黏著斑等黏著結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)不僅能為微絲產(chǎn)生產(chǎn)生的力提供支撐點，還是細胞對機械力的一種感受器。黏附(niánfù)結(jié)構(gòu)新生黏著位點黏著復合物黏著斑第二十二頁，共四十五頁。細胞遷移黏附(niánfù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)性新生(xīnshēng)黏著位點的建立黏著(niánzhuó)復合物的形成黏著斑的產(chǎn)生第二十三頁，共四十五頁。細胞遷移黏附結(jié)構(gòu)(jiégòu)的組成

胞內(nèi)的黏著(niánzhuó)分子，如距蛋白、Paxillin、黏著(niánzhuó)斑激酶（FAK)、Vinculin、Zyxin等，會結(jié)合或被招募到黏附結(jié)構(gòu)中整合素的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域上，形成復雜而且巨大的蛋白質(zhì)復合物，并最終與微絲骨架相連。Paxillin和Tali可以直接結(jié)合整合素的胞內(nèi)區(qū)，因此在最早期的黏附結(jié)構(gòu)中就可能會出現(xiàn)。FAK和Vinculin都能結(jié)合Paxillin。FAK出現(xiàn)在黏著(niánzhuó)復合物和黏著(niánzhuó)斑中，而Zyxin則主要出現(xiàn)在黏著(niánzhuó)斑中，并在細胞受到周期性牽張力作用時可轉(zhuǎn)位到應力纖維上。黏著復合物和黏著斑都能夠完全解聚，解聚所得的蛋白質(zhì)分子會被再次投入使用，這個過程被稱為“周轉(zhuǎn)”。第二十四頁，共四十五頁。細胞遷移13-4Rho家族(jiāzú)小GTP酶的調(diào)節(jié)作用一、Rho家族(jiāzú)小GTP酶的活性調(diào)節(jié)小GTP酶具有信號傳導開關的作用，當結(jié)合GTP/GDP時，會分別處于(chǔyú)激活/失活狀態(tài)，從而傳遞或關閉信號。GEF:鳥嘌呤核苷酸交換因子GAP:GTP酶激活蛋白GDI:尿苷酸解離抑制因子第二十五頁，共四十五頁。細胞遷移Rho、Rac、Cdc42在細胞遷移(qiānyí)中的作用第二十六頁，共四十五頁。細胞遷移二、Cdc42與細胞(xìbāo)極性極性是指細胞結(jié)構(gòu)(jiégòu)和形態(tài)在特定條件下表現(xiàn)出的方向性。微絲骨架(gǔjià)：前緣拖尾緣分枝狀微絲組成的偽足拱狀微絲束部分應力纖維組成的片層應力纖維為主的細胞中后部第二十七頁，共四十五頁。細胞遷移微管組織(zǔzhī)中心

在培養(yǎng)的上皮細胞、成纖維細胞、星形膠質(zhì)細胞等類型的細胞中，微管組織中心(zhōngxīn)(MTOC)會定位于細胞核與前緣之間。由于高爾基體等內(nèi)膜細胞器主要富集在MTOC周圍，因而它們的分布也發(fā)生了極性化第二十八頁，共四十五頁。細胞遷移細胞(xìbāo)極性的建立胞外信號(xìnhào)GEF、GAPCdc42Par6PKCζGSK3βAPC復合物MTOC極性建立(jiànlì)第二十九頁，共四十五頁。細胞遷移三、Rac與片狀偽足(wěizú)

Rac亞家族主要在細胞前端被活化并發(fā)揮作用，其代表成員為Rac1。Rac主要調(diào)控分枝狀微絲的聚合，因而面對片狀偽足的形成和功能有關鍵作用。在細胞中過量表達激活的Rac1，會誘導偽足在細胞周邊大量形成。這些細胞盡管偽足發(fā)達(fādá)，但沒有前-后極性，內(nèi)部力量互相抵消，因此缺乏遷移能力。第三十頁，共四十五頁。細胞遷移片狀偽足(wěizú)的形成RacWAVE復合物WAVE/Scar、Abi、Nap125、Sra1、HSPC300Arp2/3第三十一頁，共四十五頁。細胞遷移四、Rho與黏著斑和應力(yìnglì)纖維Rho亞家族以RhoA為代表。Rho通常被認為在細胞后端發(fā)揮作用，其主要功能包括黏著斑動態(tài)性和應力纖維收縮力的調(diào)節(jié)。但是，也有報道發(fā)現(xiàn)(fāxiàn)RhoA在前端有激活。在細胞中過量表達激活形式的RhoA可導致大量粗壯的應力纖維和黏著斑的形成。第三十二頁，共四十五頁。細胞遷移RhoA信號(xìnhào)調(diào)節(jié)Rho-GEFRho-GTPROCKMLCKMLCPmDia1LIMKcofilin調(diào)節(jié)(tiáojié)束狀微絲的形成調(diào)節(jié)(tiáojié)肌球蛋白的收縮力調(diào)節(jié)肌動纖維的穩(wěn)定性第三十三頁，共四十五頁。細胞遷移五、Rho家族在細胞遷移中的協(xié)同(xiétóng)作用Cdc42Rac1RhoAPar3TIAM1PAKβPIXLMW-PTPROCK第三十四頁，共四十五頁。細胞遷移13-5微管骨架(gǔjià)在細胞遷移中的作用

微管是由13條原纖維構(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)，直徑22~25nm。每一條原纖維由2個非常相似的球狀蛋白（α-微管蛋白和β-微管蛋白）結(jié)合而成的異二聚體。具有極性，其聚合速率較快的一端稱作正端，聚合較慢或解聚的一端稱作負端。在α-微管蛋白和β-微管蛋白上各有一個GTP結(jié)合位點?？赡苡捎跇?gòu)象原因，在α-微管蛋白上的GTP不會(bùhuì)被水解，因而被稱為不可交換位點，而β-微管蛋白上的GTP在組裝成微管時被水解，微管去組裝時，GDP被GTP替換，稱為可交換位點。第三十五頁，共四十五頁。細胞遷移微管(wēiɡuǎn)和微管(wēiɡuǎn)蛋白第三十六頁，共四十五頁。細胞遷移微管組裝的過程與踏車(tàchē)行為第三十七頁，共四十五頁。細胞遷移13-6細胞遷移參與的生理活動(huódòng)及相關疾病一、胚胎(pēitāi)發(fā)育

第一階段：原腸胚的形成第二階段：器官形成第三階段：器官繼續(xù)發(fā)育直至功能成熟第三十八頁，共四十五頁。細胞遷移相關(xiāngguān)疾病1.早期胚胎(pēitāi)致死2.組織異常和器管畸形，如先天性心臟畸形3.神經(jīng)系統(tǒng)性遺傳病，如Ⅰ型無腦回癥第三十九頁，共四十五頁。細胞遷移二、成體維護(wéihù)1.損傷修復

當機體受到極性損傷時，修復機制會立刻啟動(qǐdòng)。蛀牙活動包括細胞的增值和遷移，以補充損傷造成的細胞或組織損傷。免疫細胞和血小板也會遷移到損傷部位，參與消炎和凝血。新生血管的形成也需要血管內(nèi)皮細胞的遷移。第四十頁，共四十五頁。細胞遷移成體維護(wéihù)2.免疫反應

在免疫系統(tǒng)中，淋巴細胞的定向(dìnɡxiànɡ)遷移是其分化成熟和發(fā)揮功能的關鍵之一。第四十一頁，共四十五頁。細胞遷移相關(xiāngguān)疾病1.免疫(miǎnyì)類疾病，如風濕性關節(jié)炎2.歐德里綜合征（WAVE/Scar和WASP出現(xiàn)突變或功能缺失）第四十二頁，共四十五頁。細胞遷移三、癌癥(áizhènɡ)轉(zhuǎn)移癌癥(áizhènɡ)轉(zhuǎn)移侵襲正常(zhèngcháng)組織遠端轉(zhuǎn)移

癌細胞的遷移同樣依賴于微絲骨架的重組和小GTP蛋白Rho家族介導的信號通路，但上游信號通路和遷移的具體方式會各異。癌細胞通過自然選擇可以獲得并利用正常細胞具備的任何一種遷移方式進行轉(zhuǎn)移。第四十三頁，共四十五頁。細胞遷移小結(jié)(xiǎojié)

細胞遷移是最古老也最重要的動物細胞生理活動之一。細胞遷移是一個高度動態(tài)和協(xié)調(diào)的復雜過程，需要胞外信號的誘導、微絲系統(tǒng)提供的動力，以及整合素介導的黏附結(jié)構(gòu)提供的附著力。定向遷移還需要微管骨架的參與。以Rac,Rho和Cdc42為代表的Rho家族小GTP酶是細胞遷移的核心調(diào)控因子。細胞遷移在胚胎發(fā)育、組織形成、免疫活動、損傷修復(xiūfù)等生理過程，以及炎