文摘
结构、功能和调节desmosomal粘附在活体内进行了讨论。大多数细胞桥粒组织展览calcium-independent附着力,强烈胶粘剂或“hyperadhesive”。这是组织的基础力量。几乎所有研究文化弱胶,calcium-dependent细胞桥粒,尽管hyperadhesion汇合的细胞培养中很容易获得。体内钙依赖性是一个默认条件,发现伤口和胚胎发育。Hyperadhesion似乎与有序排列的细胞外域desmosomal钙粘蛋白,产生确定的细胞间中线的超微结构的研究。这反过来可能取决于分子秩序desmosomal斑块。蛋白激酶C会使hyperadhesion并有初步证据表明,它也可能是由酪氨酸激酶。Downregulation细胞桥粒体内可能发生的掩饰的整个细胞桥粒,而不是拆卸。Hyperadhesion对天疱疮等疾病有一定的影响。
1。介绍
细胞桥粒胞间连接是唯一能够提供很强的细胞间粘附[1,2]。这是特别重要的组织受到机械应力,如表皮和心肌。他们存在于最低,无颌脊椎动物,八目鳗类鱼,但似乎没有从我们最近的脊索动物的祖先3- - - - - -7]。它是可能的,因此,他们在脊椎动物的进化中发挥了关键作用导致一个强大的皮肤和一个强大的心脏。
细胞桥粒是由少量的定义良好的分子组件(图1)。这些粘附分子,desmosomal钙粘着蛋白desmoglein和desmocollin的plakin desmoplakin连接中间纤维的粘附分子(IFs)和犰狳蛋白质plakoglobin plakophilin链接粘附分子desmoplakin和出现调节desmosomal组装和大小。有关详细信息,请参阅最新评论(1,9- - - - - -16]。
2。上皮细胞体内:神话和特定的联接的一些注意事项
本文的主要议题将是一个考虑细胞桥粒的函数体内特定参考他们的粘附特性。它相对容易研究细胞行为和文化功能。细胞细胞器很容易可视化、提取和受到广泛的分析技术。获得的结果往往是惊人的,但它们体内有关吗?在最坏的情况下,他们可能是完整的文物;他们最多可以显示有关体内机制,但这需要证明。理想但也许不切实际的目标是为所有在组织培养发现试图展示他们的体内相关性紧随其后。
我们有一个引人注目的例子在细胞粘附。焦接触很小,通常的细长结构1的顺序米长度的基底表面细胞在固体表面传播文化的方法分离约15海里的基础(17]。Cytoplasmically他们提供插入点压力纤维肌动蛋白。他们很容易被干扰可视化便餐显微镜、电子显微镜、荧光成像的任何一个惊人的数量的相关蛋白与他们(17,18]。他们是迷人的结构,但其体内相关性是什么?这个问题似乎很难得到解决,尽管它是开始19,20.]。一个极端的观点,希望错误的,将是他们文化的工件和他们的研究没有阐明相关的体内细胞粘附机制。
细胞桥粒主要发生在上皮细胞。体内这些细胞为上皮细胞,这是连续或汇合的细胞表提供动态的身体隔间之间的壁垒。答题纸的融合是至关重要的;没有它不能维护上皮细胞的屏障功能。如果融合被在一个健康的人,上皮修复本身尽快恢复屏障,最容易和戏剧性地出现在表皮伤口愈合。
融合和屏障功能的维护上皮细胞的似乎是一个强迫性的行为。细胞间连接,包括细胞桥粒,这个过程是关键因素。两个普遍的神话在细胞生物学(i)细胞失去粘附在细胞分裂和细胞分裂(ii)是由细胞间接触抑制的,所谓的“接触抑制细胞分裂”。前概念似乎出现了看孤立成纤维细胞分裂时围捕的文化。当然细胞分裂需要改变形状和细胞接触的一些改造。但上皮细胞汇合的床单,在文化和体内保持紧密和细胞分裂和细胞桥粒粘合连接处并且21)(图2)。如果不是这样,上皮的屏障功能受损每次细胞分裂。开车去保持融合和屏障功能也体现在上皮细胞表时细胞凋亡。垂死的细胞通常是挤塑板,这将会使一个洞好像什么都没有做。事实上挤压单元的邻居搬来填补这一缺口,压缩自己连接和可能使无缝障碍函数的连续性22]。虽然连接保持在这些过程,很可能局部地区连接的调制细胞表面可能需要为了促进细胞形状的变化。
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细胞分裂期间的维护和信息联系图形表明分工不抑制上皮细胞细胞间接触。仔细分析纤维母细胞分裂已经表明,这也不是被联系23]。片刻的思考细胞体内就可以得出结论,多细胞生物的存在是不可能的如果有这样一个“接触抑制细胞分裂”。体内所有的上皮细胞在连续或细胞汇合的床单,然而许多上皮细胞表现出快速细胞营业额包括连续细胞分裂来补充失去的细胞。这怎么可能,如果细胞分裂抑制通过细胞间接触吗?在说这也承认信息粘附可以导致飞机的规定,在某些情况下,细胞分裂的速度,后者可能是特别重要的在某些情况下,例如,在癌症(24- - - - - -27]。
细胞分裂期间保留连接的关键原因是,不惜一切代价必须维护上皮屏障。小皮肤伤口可以容忍暂时提供孔迅速插入的凝块,表皮覆盖恢复与合理的活泼。当表皮屏障严重受损,如广泛的燃烧,其后果是致命的。细胞间连接是至关重要的屏障,说明了一些人类突变小鼠和设计缺陷(28- - - - - -32)损失的交界表皮屏障功能妥协导致快速的新生儿死亡。不那么明显,但同样重要的是内部的维护上皮屏障。肠道屏障功能下降引起炎症性肠病和气道上皮屏障被破坏都在哮喘和入侵的过敏原,导致增强的过敏原交付和呼吸道过敏(33,34]。
当口译研究培养的上皮细胞应关注的文化融合程度的观察。许多这样的观察subconfluent细胞。这是好的只要是承认subconfluent上皮细胞在异常或“激活”状态大致相当于细胞在伤口的边缘。这些细胞的行为从根本上不同于上皮细胞的行为在文化或细胞表,最重要的是,体内。一个简单的例子说明这一点。团subconfluent MDCK等培养的上皮细胞治疗肝细胞生长因子(HGF)(散射系数)将散射,接受epithelial-mesenchymal过渡(EMT)和表达下调他们的细胞间连接35,36]。其他生长因子与其他类型的上皮细胞产生类似的效果。然而,治疗汇合的上皮细胞与胶质瘤或其他生长因子对信息没有任何影响附着力(37]。因此,尽管生长因子和EMT是迷人的散射行为,一些上皮的变化相当于伤害或“激活”会出现他们成为所需相关上皮细胞体内。然而,这种信号的重要作用细胞迁移的体内机制在特定方面,例如,肢芽发展,是明确的38]。
对许多目的汇合的细胞更容易比subconfluent细胞研究。然而,融合是必要的,如果想方法在文化的“正常”情况下上皮细胞体内。
3所示。Calcium-Induced细胞桥粒组装及其意义
经常会有这样的说法:desmosomal粘附是依赖于钙的。这是因为以下。(一)desmosomal粘附分子,desmocollin desmoglein,钙粘蛋白家族的成员和绑定钙;(b)细胞桥粒(和其他连接)并不会形成时细胞培养的细胞外钙离子浓度< 0.1毫米;(c)当钙离子浓度提高,细胞桥粒之间形成快速细胞培养(b);(d) desmosomal附着力丧失subconfluent或早期融合性的细胞,当细胞外钙枯竭。
这都是毋庸置疑的,但它必须意识到,在组织细胞桥粒不表现,以这种方式不规范。首先组织液的钙浓度是严格保持在1毫米左右。变化从这个水平造成严重后果对许多身体机能包括神经传导、肌肉收缩。因此不可能在细胞外钙离子浓度变化的极端与体内细胞粘附的监管。在最坏的情况下,对联接的变化引起的“钙交换”文化可能完全出土文物。另一方面“钙交换”可能是一个合适的模型来连接装配体内,但这需要严格测试。
Calcium-induced细胞桥粒大会似乎是一个简单的过程稳定的附着力。在低钙培养基培养细胞(LCM)合成desmosomal组件(39,40]。的desmosomal钙粘着蛋白或总成desmosomal蛋白质half-desmosomes的形式,运输到细胞表面,它们无法参与胶粘剂绑定(39,41]。他们因此内化和退化,所以在中国大陆短半衰期。Desmoplakin在中国大陆,但通常也有短半衰期似乎仍在细胞质中与细胞骨架相关的点状的形式,或更扩散池(42,43]。当钙离子浓度提高,细胞粘附和细胞桥粒装配在触发接口,这一过程持续长达36小时MDCK细胞(42- - - - - -46]。这样的细胞桥粒变得相对稳定结构;然而desmocollin仍然相当移动(47]。
附着力触发,因为钙的浓度必须维持细胞外钙粘蛋白1毫米域扩展配置,这样它们粘附主管(48]。体内每一个新兴到细胞表面钙粘着蛋白分子立刻暴露在如此高的钙浓度(M细胞内钙范围),因此将立即成为粘附能力。因此只有钙开关体内可能发生在一个分子中从细胞内释放到细胞外环境。
类似的争论表明,钙损耗不诱导体内交界粘附的损失。另一方面,损耗或细胞外钙螯合物可以作为实验测定desmosomal粘性。钙损耗用于subconfluent或早期文化汇合的上皮细胞诱发真正desmosomal附着力丧失,这是一个分裂的细胞桥粒通过细胞间区域,导致形成的半桥粒随后内化的细胞(49,50]。这大概是因为上述过程的逆转;细胞外钙粘着蛋白域失去扩展,adhesion-competent配置。然而,这种类型的“calcium-dependent”desmosomal粘连,虽然细胞普遍遭遇的文化,似乎是罕见的体内,只有在遇到特殊情况下细胞组织“激活”造型或改造,如胚胎发育或伤口关闭。
4所示。细胞桥粒与中间纤维形成不溶性的复杂
Fey顺序等人汇合的上皮细胞中提取生成核matrix-intermediate灯丝(NM-IF)支架51]。这是剩下的细胞骨架网络后提取与非离子去污剂Triton x - 100,高盐,核糖核酸酶和DNase。NM-IF包含交叉的组件包括细胞桥粒,验证了电子显微镜。解散NM-IF有必要把它与钠十二烷基硫酸盐(SDS)和还原剂或尿素。即使从中间纤维分离,细胞桥粒仍高度不溶性。因此从牛鼻上皮细胞桥粒隔离治疗柠檬acid-sodium pH2.6柠檬酸缓冲液,溶解角质纤维,需要透析几个小时对SDS-containing缓冲以解散他们(52,53]。
这样的不溶性是一种细胞桥粒的韧性指标,符合他们的极强的附着力的作用。生物学家的观点它很难研究蛋白质相互作用等细胞桥粒,因为溶解它们扰乱了交互。许多生化过程如拉化验进行各种培养细胞可溶性分数的解释必须非常非常的谨慎,当应用于desmosomal组件因为他们不提供相关信息完整细胞桥粒。他们透露适用于上游活动的相互作用,也就是说,细胞桥粒大会之前,或者下游事件,即蛋白质离开后细胞桥粒。他们可能也反映出相互作用在细胞桥粒,但不应该认为他们没有进一步的证据。
5。细胞桥粒“调制”需要上皮细胞融合
使用钙螯合试验已经表明,虽然desmosomal附着力的维护是最初钙依赖,它的成熟成为功能独立钙(37,45,46,54)(图3)。成熟,calcium-independent细胞桥粒不失去附着力和分裂细胞间隙,细胞外钙枯竭。尽管其他类型的结,紧,粘合连接处并且可能分解导致重大损失的细胞间粘附,细胞桥粒保持细胞附着,继续绑定在一起(37,50,54]。这可能会导致细胞采用星状外观,虽然很大程度上圆形的,他们仍然附着在细胞桥粒点积累在收缩过程中(37)(图3)。
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开发独立的钙需要文化融合。如果细胞维持在subconfluent密度、钙独立不发展(37]。在发病汇合的上皮细胞培养的钙独立是渐进的,在某种意义上,它需要几天的所有细胞获得成熟细胞桥粒(37,54]。交界的成熟也见于紧密连接缓慢,通常需要数天的支流文化发展这transepithelial电阻是最大57- - - - - -59]。
为了保持desmosomal calcium-independence、文化融合也必须维护。如果一个细胞表calcium-independence已达到100%是刮伤,伤口边缘的细胞重新获取钙依赖在大约一个小时(37]。这个效果是传播从伤口边缘细胞板。没有证据能找到为细胞外扩散因素的参与或细胞骨架的释放紧张的传播。最可能的解释是,某种形式的信息交流通过缝隙连接,如细胞间钙信号,但这还没有被证明。
6。Calcium-Independence是体内细胞桥粒的正常状态
上皮细胞的动物组织细胞汇合的床单和保持所以除非受伤或患病。如果上述观察细胞桥粒的粘附特性在细胞培养的体内相关性,可以预见,细胞桥粒体内钙一般应该独立。这种情况已经严格证明的表皮,让小块切除小鼠表皮EGTA几个小时和检查联接的结构由电子显微镜(55]。200年发现所有细胞桥粒检查保留粘附和明显的结构经过6个小时的潜伏期在EGTA(图4)。以前它在更广泛的调查,发现成年小鼠组织通过免疫荧光细胞桥粒calcium-independence是常态37]。除了这些是表皮包括气管、食管,舌头,肝脏和心脏肌肉。这是表明(钙粘蛋白染色)粘合连接处并且内化EGTA处理,所以毫无疑问,螯合剂能穿透组织。
(一)
(b)
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这是令人惊讶的发现calcium-independence是如此普及的;没有calcium-dependent细胞桥粒被发现,甚至在表皮的基底层。据推测细胞桥粒表皮的组装可能是一个持续的过程,因为细胞营业额。这可能表明desmosomal粘附体内迅速成熟,或者新形成的细胞桥粒是极其罕见的,因此很难找到。为了确定desmosomal calcium-dependence体内发生在任何阶段中,我们介绍了在发展中小鼠表皮细胞桥粒(t·e·a·j·梅里特木,和d·r·加罗德表明未发表)。用免疫荧光法和电子显微镜分析结果,我们发现表皮细胞桥粒仍然完全依赖钙直到E12汽油(胚胎第12天),但E14灯头75%的表皮细胞拥有calcium-independent细胞桥粒。由E19这增加了近100%。相比之下,依然粘合连接处并且钙依赖。这样看来,desmosomal粘性是发育调节。
我们的结果应该与同期相比结果组织的青蛙Rana侵害暴露在非特异性螯合剂EDTA和电子显微镜检查60]。Borysenko和狂欢显示细胞桥粒的复层鳞状上皮和腺上皮细胞对EDTA但那些简单的柱状上皮细胞EDTA-sensitive。后者的结果是在协议与胃腺体的分泌酸的细胞,研究中发现EDTA诱导desmosomal readdition变化逆转的钙(61年]。因为我们的研究表明,哺乳动物简单的上皮细胞如MDCK容易开发calcium-independent细胞桥粒,看来,哺乳动物和青蛙在这方面可能有所不同。有趣的是,研究的壁细胞桥粒Sedar和福特没有细胞间中线,而那些青蛙的表皮,所示Borysenko和陶醉,有着非常独特的中线这个观察的重要性(见下文)。
7所示。在受伤的表皮细胞桥粒回到Calcium-Dependence
文化实验表明汇合的细胞表导致细胞桥粒受伤恢复从独立钙钙依赖。为了确定是否相似的变化发生在体内,wound-edge表皮上皮细胞从老鼠在EGTA孵化和细胞桥粒检查电子显微镜(55]。发现这些细胞桥粒钙依赖的53.3%伤害后48小时63.8%,72小时(图4)。因此desmosomal粘聚性的变化显示在伤害通过简单的上皮细胞在组织文化也是一个表皮体内现象表明细胞培养潜在细胞桥粒监管组织提供了一个良好的模型。
8。Calcium-Independent细胞桥粒是Hyperadhesive
因为钙的独立性使细胞桥粒困难或无法分离,它似乎代表了一个强烈粘附状态。为了测试这个我们比较的粘性dispase-detached张表皮角化细胞(HaCaT)和calcium-dependent calcium-independent细胞桥粒使用分段分析(54]。以确保我们真的比较粘合度我们证实了电子显微镜,碎片被分裂细胞桥粒在细胞间地区发生,而不是通过破坏细胞。微分单元破坏也可能增加表碎片的数量机械应力,但会显示其他细胞特性的差异,比如细胞骨架的改变,而不是粘性疾病细胞破坏的情况下发生(见下文)。结果表明,床单与calcium-independent细胞桥粒比那些更有凝聚力calcium-dependent细胞桥粒。此外,这种更大的凝聚力坚持EGTA的存在,表明这是一个真正calcium-independent现象。
更大的粘性calcium-independent细胞桥粒被称为“hyperadhesion”,因为它是一个独特的和非常重要的属性。它是独特的,因为它似乎没有一个特性的其他主要胶粘结,adherens结,总是钙依赖根据所有的报告和我们的经验与培养的细胞和组织。是非常重要的,因为它是脊椎动物组织的力量和完整的基础。毛茸茸的动物相比人类是一个极薄的上皮细胞层包围,表皮,这是他们唯一的保护严重的环境压力等物理磨损和脱水。它不能这样做没有desmosomal hyperadhesion,结合其细胞紧密连接成一个艰难的,有凝聚力的上皮细胞。此外他们心肌,可以生成一个几乎1/3的大气压力,再次要求心脏细胞之间的紧密衔接。
它早就公理,桥粒提供附着力强但实际上从未被证实,这强大的附着力是一个可控制的属性依赖细胞桥粒成熟并要求calcium-independent胶粘剂由钙粘着蛋白绑定。粘性强的假设是基于大量的考虑。首先,细胞桥粒是最丰富的在表皮组织,如抵抗身体压力是至关重要的。其次,desmosomal粘附desmosome-intermediate灯丝的细胞间连接复杂,形成细胞骨架网络扩展在组织控制它。这样一个令人振奋的网络需要等效强度每一点也不会函数(1]。第三,一些人类疾病影响desmosomal组件削弱影响最大的组织,如表皮和心脏16,62年,63年]。第四,几本构或条件删除desmosomal基因的老鼠也会导致疲软的表皮和/或心脏32,64年- - - - - -67年]。hyperadhesion提供的演示实验确认一个亘古不变的信念。
9。收购Hyperadhesion涉及细胞桥粒的组成没有发生任何改变
hyperadhesion及其监管一个简单的解释可能是,这些组件的一个或其它是招募从细胞桥粒调节胶粘剂改变或丢失。我们曾发现抑制蛋白质合成的环己酰亚胺并没有阻止细胞桥粒让这个解释可能的转换。因为hyperadhesion的程度HaCaT细胞表很容易量化,这些细胞可以很容易和快速的细胞桥粒两种状态之间的转换(见下文),我们做了定性和定量比较desmosomal细胞表达一种状态和其他组件。细胞表达plakoglobin desmoplakin,两个亚型desmoglein和desmocollin plakophilin和三个亚型。没有定性的或定量的不同细胞之间的任何组件的两个胶状态,也没有任何组件的本地化细胞桥粒在细胞外围(54]。
10。Hyperadhesion细胞桥粒结构提出了一个依据
一个引人注目的和独特的功能细胞桥粒的结构的存在是一个电子致密中线之间的等离子体膜在细胞间隙60,68年,69年]。中线是相邻细胞之间的粘附界面的中心,因此可能代表hyperadhesion结构专业化。其他主要胶粘结,adherens结,不采用hyperadhesion出现,特别是缺乏中线。重大发现是,在表皮wound-edge上皮细胞桥粒,这通常是钙依赖,缺乏一个中线和细胞间隙比hyperadhesive ca.10%窄,midline-possessing完好无损的表皮细胞桥粒(55]。的细胞间隙calcium-dependent adherens结通常报道是窄比细胞桥粒。胚胎表皮也缺乏中线的calcium-dependent桥粒,但中线一起收购hyperadhesion (t . e .木村et al .,未发表)。因此hyperadhesion似乎配一个更广泛的细胞间隙和中线的存在,而calcium-dependence似乎伴随着一个狭义的细胞间隙没有中线。
短论文雷恩等人提供唯一重要的洞察的结构desmosomal空隙直到最近[70年]。这种结构的最显著特征是其规律性。渗透豚鼠心肌电子致密的示踪剂,镧,透露一个高度规则的结构出现中线的锯齿形由交替横桥连接到等离子体膜(光明与黑暗交替平行线)70 - 75年的周期性。切向部分通过这些结构显示数组的密度75周期性或二次粒子阵列55中心距的致密颗粒间距(70年]。
为了形成晶体,分子必须包到常规数组。当晶体结构部分电子商务领域的经典钙粘蛋白,N-cadherin,出版了,它被形容为一个“粘合拉链”,类似于细胞桥粒的超微结构而不是adherens结(71年,72年]。后来出版的晶体结构完整的电子商务领域的非洲爪蟾蜍C-cadherin产生一个模型,似乎更像一个细胞桥粒56]。我们被显著的相似性C-cadherin中的周期性结构和之前报道的雷恩et al。70年]。同源模型Dsc2和Dsg2生成使用C-cadherin ectodomain作为模板。造型的desmosomal钙粘蛋白(Dsc2和Dsg2)水晶包装观察C-cadherin显示它是可行的生产类似的数组,尽管它们之间的适度的序列的身份(ca.30%) [55]。然而,一些细节上的差异之间的分子间和分子内相互作用desmosomal钙粘着蛋白可能的预期。模型的最终质量Dsc2和Dsg2与C-cadherin结构。所有等价的均方根偏差碳Dsg2 Dsc2是1.03和1.04。
为了Ca模型2 +独立细胞桥粒结构我们计算一个三维数组Dsc2分子生成的晶体对称细胞C-cadherin [55]。Dsg2类似数组生成。在这些数组,粘附界面是一致的x设在(沿着晶体x设在)(图5显示了Dsc2数组)。结构似乎desmosomal中线账户很好,表现出非凡的协议所表现出的重复周期性雷恩et al。70年)因此,我们建议这个3 d数组是一个很好的模型高度有序,quasicrystalline细胞桥粒结构观察超微结构的研究。
最令人兴奋的发展一直是研究细胞外领域的组织细胞桥粒的冷冻电子断层扫描(玻璃部分73年]。这种技术使close-to-native条件下三维分子结构的可视化。三维重建显示一系列常规的密度沿中线每隔70年,和一个弯曲的形状类似C-cadherin的x射线结构。
怎么可能为细胞桥粒之间交替calcium-independent hyperadhesion没有改变他们的分子组成和钙依赖性?我们建议的有序排列的电子商务领域desmosomal钙粘蛋白是动态变量。支持是我们的观察,中线结构并不明显在胚胎和wound-edge calcium-dependent上皮细胞桥粒。很可能,这种细胞桥粒有更少的电子商务领域的有序排列,因此显得更加分散的电子显微镜。因此我们建议一种锁定机制运作;有序排列,EC域锁在一起给附着力强,不容易分离,而在有序排列越少,附着力较弱,分离是可能的。我们也建议锁形式可能包括钙离子的截留,“钙独立”的一个可能的解释。
细胞桥粒结构的另一种观点是,desmosomal钙粘着蛋白在desmosomal空隙形成一系列错综复杂的结,而不是一个规则的结构(74年]。在作者看来,这样的安排是不太可能占细胞桥粒的动态属性和为他们伟大的粘合强度。本文研究了细胞桥粒从新生小鼠表皮。可能他们的钙粘着蛋白出现不规则的,因为细胞桥粒钙依赖,尽管这似乎不太可能有两个原因。首先他们中线,在我们的经验总是与钙独立相关。其次,研究发展的监管desmosomal粘附在鼠标表皮表明钙的主要变化独立E14灯头和E19: 100%的角质细胞钙独立的附着力,在成人(木村在,未发表)55]。一个更可能的解释是,细胞桥粒研究钙独立,结构扭曲的准备期间,涉及冷冻置换和树脂包埋。
11。一个有序的细胞间区需要一个命令斑块
的胞质域desmosomal钙粘着蛋白躺在desmosomal斑块。有序排列的细胞外领域似乎需要一个同样有序排列的胞质域,因此一般的斑块。一些超微结构的研究提供了初步证据表明,斑块有平行于膜层状结构和周期性结构在直角。
因此,desmosomal斑块显示丝状或定期组织平行垂直于质膜和片状组织。早前透露了冷冻断裂研究[75年- - - - - -78年]。Cryosections Tokyasu组织准备的方法揭示电子不透明板。17海里的质膜而负染法聚乙烯醇alcohol-embedded材料披露的存在至少两个薄片在外层致密斑8,79年]。米勒et al。79年]指出横向周期大约2.6 nm的地区可能对应于内部致密斑(IDP)和北et al。8)观察细纤维垂直于膜外层致密斑(ODP)。一个非常类似的情况出现了迅速冷冻,冷冻电子显微镜的完全水化人类表皮(80年,81年]。desmosomal斑块显示- 11 nm地区毗邻介质电子密度等离子体膜(PM),后跟一个7 - 8纳米厚电子致密层显示一个横向约7海里的周期性。
主要的挑战,阐明desmosomal斑块的结构是其密度。最有效的方法分析电子显微镜(然后迄今为止一直在电镜下观察79年,82年- - - - - -84年]。最详细的标签然后研究采用定量分析,电镜下观察N - c终端DP, PG, PKP 1和Dsg的c终端3,Dsc 2 a和2 b Dsc产生分子desmosomal斑块的地图(8]。这表明ODP地区犰狳蛋白质可能与DP的n端和胞质域desmosomal钙粘蛋白的糖基DP在于国内流离失所者按照其绑定IFs的已知函数。映射的本地化数据从北等人的研究8]在他报告的结构等。80年,81年]表明,斑块密度的净资产等人报道对应于这个地区的大量蛋白质的相互作用。
12。蛋白激酶C调节Desmosomal粘性
自调制desmosomal附着力不涉及蛋白质组成的变化,另一种机制可能涉及某种类型的由内向外被发现等信号调制的粘合度,例如,整合蛋白(85年,86年]。这样也有细胞桥粒被治疗的观察表明MDCK和HaCaT细胞蛋白激酶C (PKC)的激活物迅速转换从hyperadhesive钙依赖细胞桥粒37,54]。相反,PKC抑制剂诱导hyperadhesiveness calcium-dependent桥粒。因为(我)MDCK细胞中PKC同功酶相对较少,(ii)常规PKC抑制剂同功酶有效calcium-dependence / hyperadhesion转换,和(3)PKC是局部细胞的细胞膜calcium-dependent desmosom es但分散在细胞胞质hyperadhesive细胞桥粒,这是得出结论,PKC扮演重要的角色在这个转换(37]。这也是体内的情况吗?
在正常小鼠表皮,所有细胞桥粒似乎hyperadhesive, PKC表达最强烈的基底层,细胞质扩散分布,丝毫没有colocalisation细胞桥粒。(n . b . PKC表达可能不同层之间的表皮在人类和老鼠87年]。)然而,在wound-edge表皮细胞桥粒主要是钙依赖的地方,PKC十分本地化desmosomal斑块(55]。这强烈表明,PKC在调节过程中发挥作用desmosomal粘性体内但不构成明确功能的证据。
在开发calcium-dependent表皮细胞桥粒在E12汽油可以转换为hyperadhesiveness治疗与传统PKC同功酶抑制剂6976表明体内,如文化、PKC参与desmosomal监管(木村et al .,未发表)。然而,PKC−−/老鼠发达正常细胞桥粒显示发育调控与野生型老鼠一样的时机hyperadhesion,表明额外的监管机制或其他同功酶弥补PKC的缺失。如果上述观察PKC的relocalisation表皮伤口愈合的功能意义,抑制/激活的同工酶应该可以预见影响伤口愈合,这是目前正在测试。
我们惊奇地发现最近MDCK细胞的治疗与一般的酪氨酸磷酸酶抑制剂钠pervanadate造成大量calcium-dependent转化细胞桥粒的subconfluent MDCK细胞hyperadhesion [88年]。这种治疗的增加导致了酪氨酸的磷酸化plakoglobin desmoglein 2,然而仍然在复杂的可溶性细胞分数。观察也清楚地表明,蛋白质酪氨酸激酶除了PKC可能参与调节desmosomal粘性。
怎么可能蛋白激酶调节desmosomal粘性吗?给出明确的本地化的PKC desmosomal斑块在转化细胞桥粒,最可能的机制似乎涉及磷酸化desmosomal斑的一个或多个组件。这可以导致斑块内的构型变化,进而可能导致斑块的无序化和细胞外的顺向无序化领域的desmosomal钙粘着蛋白导致钙依赖性。将恢复秩序脱磷酸化导致hyperadhesion。这样的机制将不需要改变细胞桥粒的主要组件,根据我们的研究结果,虽然它可能需要招聘和/或蛋白激酶和磷酸酶的损失。的困难是确定哪些desmosomal蛋白(s)是磷酸化目标的关键。
我们和其他人有代谢所示标签和免疫沉淀反应,所有主要desmosomal组件在培养细胞磷酸化在正常情况下(89年,90年]。磷酸化的丝氨酸/苏氨酸或酪氨酸对于plakoglobin desmoglein [88年,91年- - - - - -94年]。这些实验的困难在于知道desmosomal组件有关的起源;只有磷酸化的变化发生在细胞桥粒本身可以占胶的变化。变化发生在可溶性细胞分数不相关,尽管它们可能与细胞桥粒组装。
另一种方法是已知或潜在的诱变磷酸化网站。定量分析的位置PKC在表皮的斑块wound-edge细胞桥粒两相的分布,建议一个峰值躺在几纳米的内在传单的质膜和外层致密斑内的其他55]。基于我们之前的desmosomal斑块的分子映射,没有desmosomal组件可以被消除的基础上与PKC colocalisation [8]。因此我们进行了诱变守恒的共识磷酸化网站的胞质域desmocollin 2和desmoglein 2的desmosomal钙粘着蛋白与最广泛的组织分布,推理,网站参与这样一个关键管理流程可能是守恒的(a . Smith, s .哈达德、z .聂和;d·加罗德表明未发表)(图6)。突变体蛋白表达在MDCK细胞和细胞在早期评估增加hyperadhesiveness汇合的文化。发现联合突变S729A和S738A Dsc2 S810A和T1051A Dsg2增加的百分比sub-confluent /早期融合性的细胞与hyperadhesive细胞桥粒22%与6%相比细胞转染野生型质粒编码蛋白质。RNAi损耗的内生Dsg2这个数字增加到37%左右。此外,两种突变显著放缓的速度愈合的伤口化验。这些,而适度的影响可能表明监管desmosomal粘性是一个复杂的过程,涉及多个站点在几个desmosomal蛋白质。
13。体内细胞桥粒Downregulation:掩饰和拆卸
组织内稳态的一个重要方面是分子和细胞器的营业额。在上皮组织,如表皮细胞桥粒,需要这样的营业额是明确的。为角化细胞迁移穿透表皮层,个别细胞桥粒的蛋白质组成的变化,基底表示desmosomal钙粘蛋白和plakophilin被逐渐取代了其他亚型调节在上层1,10),而其他组件,desmoplakin plakoglobin,不有多个亚型,继续表达。现在还不知道这个变化是如何实现;可以是通过分子内交换现有细胞桥粒,可能在培养细胞(47现有的差别),或对这些细胞桥粒和更换新的不同的成分。这两个可选方案中,没有证据前体内,而后者,有证据表明没有从完整的据我所知,正常表皮,将差别但从细胞桥粒的情况下对这些将增加,如伤口愈合和疾病。
表皮细胞桥粒的Downregulation wound-edge似乎被克罗夫特首次报道,泰琳(95年]。直观看来,对多层角化细胞迁移层形成一个他们必须降低细胞间粘连。减少但不能废除,因为维护信息粘连出现上皮细胞的基本协调迁移表(96年]。当检查wound-edge表皮我们感到惊讶,我们从来没有发现半桥粒(55]。(显然细胞桥粒分裂时发生钙螯合,但似乎没有。差别的“正常”的方法对这些)相反,总体而言,显然wound-edge细胞内部完整细胞桥粒经常被观察到。这表明吞没整个细胞桥粒,差别可能的机制对这些一致的机制desmosomal吞没之前提出的艾伦和Potten [97年]。膜过程之一来自一对细胞被建议吞噬细胞桥粒封闭在胞质囊泡内的主角。决定的成员细胞对细胞桥粒是未知的。这种机制将符合发现肌动蛋白细胞骨架参与掩饰的一半在培养细胞(细胞桥粒98年]。我们研究的难题是,大多数的内化细胞桥粒似乎并未包含在液泡,原因还不清楚。性细胞桥粒,通常至少部分相关的液泡,已报告从不同的皮肤损伤(见[55)供参考),但目前还不清楚这是体内差别细胞桥粒对这些基因的一般机制。
经常被称为差别细胞桥粒对这些细胞桥粒“拆卸”,很大程度上培养细胞研究的基础。“拆卸”意味着对象的溶解或破坏成它的组成部分或在这种情况下它的组成分子。为了这是证明必须显示分子出现在细胞的可溶性部分以前纳入细胞桥粒。作者提交,这是很少,如果有的话,这个案子。对比非离子detergent-soluble和不溶性分数本身是一个好的开始,但这是不够的,因为一些desmosomal组件输入不溶性分数合成后不久,可能之前并入细胞桥粒(99年]。因此可溶性和不可溶性分数之间的差异可能是预防大会而不是促进拆卸。此外,在缺乏任何令人信服的证据相反,进行这样的研究无一不成熟,calcium-dependent细胞桥粒,体内相关性的怀疑。没有证据表明作者意识到发生在活体内细胞桥粒拆卸。
即使calcium-dependent分裂细胞桥粒在文化在细胞外钙螯合,没有证据表明它们分解。在这种情况下细胞桥粒分裂在中线(图4),所得的半桥粒内化到细胞质液泡(49,50]。这样的半桥粒逐渐运送到细胞的细胞核周围的地区,继续所以即使新一轮的细胞桥粒大会是由再次恢复细胞外钙(47,50]。这表明,细胞桥粒不拆卸和组装的组件reutilised新细胞桥粒。我们的未发表的研究基于immunofluorescent colocalisation所有主要组件的性细胞桥粒,重申他们的不溶性内在化细胞内化desmosomal半不拆卸(;McHarg,霍普金斯,林·加罗德表明未发表)。
14。从人类疾病的一些启示和建议
寻常天疱疮(PV),一个潜在的致命的猛烈的疾病的皮肤和粘膜,自身抗体的desmosomal钙粘着蛋白Dsg3(在一些病人和Dsg1)造成信息损失粘连或皮肤棘层松解(One hundred.,101年]。建议选择对皮肤棘层松解但不一定是相互排斥的机制包括直接破坏desmosomal粘连由于位阻的自身抗体和激活自体抗体绑定(由外向内的信号的16,102年]。
超微结构分析的文献之回顾PV似乎表明,直接破坏desmosomal附着力不是主要的事件(103年- - - - - -107年]。而interdesmosomal地区有广泛的信息附着力损失和可能的细胞内解理desmosomal背后的斑块,可能表明细胞骨架的削弱,也许通过信号机制涉及plakoglobin [102年,103年]。相比之下丰富分裂细胞桥粒插入角蛋白细丝被发现在一个小鼠模型的PV (108年]。这个模型包括大量desmoglein 3零老鼠对desmoglein 3然后转移接种小鼠的脾细胞Rag2零老鼠,然后产生antidesmoglein 3和发展光伏(的症状109年]。巧妙的尽管该模型,上述结果中断desmosomal粘附应该谨慎,因为没有保证函数通过相同的机制产生的抗体PV自身抗体。
一系列出版物报道工作的角化细胞治疗与PV自身抗体在文化显示细胞桥粒表达下调,desmoglein 3是枯竭和内化110年- - - - - -115年]。然而,所有这些工作可能是在角化细胞拥有calcium-dependent细胞桥粒,,我们已经表明,不代表体内的情况。最近的一项研究中,比较了角质细胞之间calcium-dependent细胞桥粒和hyperadhesive细胞桥粒表明hyperadhesion大幅抑制光伏autoantibody-induced皮肤棘层松解和掩饰的粘附分子包括desmoglein 3和钙粘蛋白(116年]。进一步的工作是要确定在多大程度上hyperadhesive角质细胞在文化提供一个合适的模型对PV但Cirillo等人的结果是非常令人鼓舞的。
虽然光伏自身抗体的主要效应似乎没有直接破坏现有desmosomal附着力,能抑制细胞桥粒的从头组装,在复层上皮细胞(必须是一个持续的过程117年]。疾病的进程中,这将导致细胞桥粒和损失的差别逐渐对这些信息附着力。因此它应该有趣知道上述结果与calcium-dependent角质细胞在体内文化一一对应。也可能是这样,inter-desmosomal粘附在PV的主要损失可能类似于表皮伤害从而导致激活PKC和顺向削弱desmosomal附着力为我们描述了55]。在这种情况下抑制PKC可以提供一种新的治疗天疱疮,Cirillo等人以及其他人建议(116年,118年]。
是人类疾病提供任何建议hyperadhesion如何监管?一定数量的猜测在这一点上可能出现。
一个致命的acantholytic表皮松解大疱被描述(119年]。这是由两个不同的隐性突变的发生在carboxy-terminal域desmoplakin导致的损失如果附件细胞桥粒,结果完全符合分子细胞生物学研究的角色desmoplakin如果附件(32,120年- - - - - -123年]。这导致大规模生产过程中表皮皮肤棘层松解、不是因为desmosomal附着力损失,但由于细胞破坏背后desmosomal斑块(119年]。仔细检查的电子显微图在后者的论文表明,尽管缺乏IFs,细胞桥粒否则完美包括正常血小板细胞间隙的结构和清晰的中线。如果我们是正确的在我们建议的中线与hyperadhesion一致,这将表明hyperadhesion并不取决于desmosomal交互与细胞骨架。
外胚层的dysplasia-skin脆弱性综合症,第一个人类疾病证明源于desmosomal组件的突变,结果从plakophilin-1的基因的突变124年]。实际上plakophilin-1淘汰赛,这种情况会导致皮肤起泡,完全没有头发,甲肥厚和不致命的可能是由于其他的补偿plakophilin亚型。有小的表皮细胞桥粒没有中线和内部致密斑,和IFs的超然。表皮角化细胞隔离病未能开发desmosomal阻力损耗的细胞外钙,因此hyperadhesion [125年]。这表明plakophilin-1有助于发展desmosomal hyperadhesion。同样,鼠标角质细胞缺乏plakoglobin不开发hyperadhesion (; McHarg、穆勒和·加罗德表明未发表的观察)。
上述观察连同我们的上述诱变desmosomal hyperadhesion钙粘素表明,建立和监管可能是一个复杂的过程,涉及多个desmosomal组件和多个激酶。一个实验调查hyperadhesion及其调控的分子基础是目前在进步。
确认
作者感谢海伦。托马森博士和塞琳娜McHarg最有帮助的评论手稿。作者的工作是由英国医学研究理事会和Wellcome Trust。