探索的本质Desmosomal 3 d钙粘素协会

文摘

细胞桥粒是一个复杂的装配协调相邻细胞间粘附的蛋白质分子。细胞桥粒成分是建立和组件之间的空间关系已确定。细胞间粘附和信息是由细胞外领域的交互desmosomal钙粘蛋白,即desmocollins desmogleins。高分辨率方法提供了洞察结构钙粘着蛋白之间的相互作用。然而,缺乏理解的架构完整细胞桥粒和物理原理其粘合强度尚不清楚。电子断层扫描(ET)研究提出的三维可视化数据desmosomal钙粘着蛋白分子分辨率。本文讨论了使用等为代表的两种钙粘素协会模型优点。我们讨论样品制备的可能作用在结构上的差异模型和自适应变化的可能性之间的结构作为一个直接后果机械压力和分层。

1。Desmosome-a历史的角度来看

细胞桥粒的超微结构一直是许多调查的主题,因为它在1864年首次被意大利病理学家Bizzozero [1]。谢弗(2)之后,介绍了“细胞桥粒”一词从希腊“不溶”意义债券和“躯体”意义的身体。在这个时代细胞桥粒被认为是一个cytoplasm-filled细胞间桥。这一假设没有被电子显微镜(EM)研究细胞桥粒的波特(3),这是第一个显示细胞桥粒相邻细胞之间的联系。一种新的染色方法为EM雷恩和同事(4]表明,离散密度直径4纳米粒子提供了细胞之间的连接。这些粒子被安排在一个交错排列方式对对方膜建立zipper-like细胞间粘附机制。在1970年晚些时候的超微结构的工作集中在细胞桥粒形成(5),并辅以生物化学和分子生物学方法。后者技术应用于识别细胞桥粒组件和描述他们的相互作用6- - - - - -10每个组件)使生产抗体。单个细胞桥粒组件之间的空间关系被确定,然后在电镜下观察在新兴市场层面,本地化(11]。一旦建立了单个组件参与细胞间粘附,高分辨率EM (12),x射线晶体学(13),核磁共振(NMR) (14),和分子力的方法(15)被用来研究细胞外协会之间的跨膜糖蛋白命名desmosomal钙粘蛋白,从而阐明细胞桥粒抵抗机械剪切力的能力。

目前的主要焦点调查涉及细胞桥粒在细胞分化的作用16- - - - - -18,癌症19和心脏的遗传性疾病和皮肤20.]。然而,恢复兴趣desmosomal函数的结构机制变得更加突出在过去几年中随着电子断层扫描(ET)。等提供了高分辨率成像的细胞复合物在自然细胞环境,从而缩小之间的差距单分子结构研究(核磁共振、x射线晶体学)和细胞(透射电子显微镜(TEM)、光学显微镜)的水平。等研究提供的三维可视化数据desmosomal钙粘着蛋白分子分辨率协会(21- - - - - -23)补充生化和分子数据。然而,差异已观察到的组织desmosomal钙粘蛋白,质疑在样品制备原生结构的保护。

本文的目的是讨论(1)细胞桥粒结构和它的重要性在维护组织的完整性;(2)钙粘蛋白的高分辨率模型关联;和(3)电流等模型desmosomal钙粘素关联原位。

2。细胞桥粒结构和组织的完整性

今天,细胞桥粒被广泛公认为胶粘结组织中普遍受到剪切力(如皮肤、心脏和许多上皮细胞)。细胞桥粒保持组织组织和提供机械强度通过连接中间丝(如果)网络相互邻近的细胞,从而产生一个支架,传播在整个组织(24]。

在细胞边界结构细胞桥粒类似铆钉直径约300海里。他们有两个主要领域:细胞外核心域(ECD)或“desmoglea”~ 30 nm中线宽,被一个密集的地区,和细胞质致密斑位于平行于质膜和密度较低区分开了。儿童早期开发由细胞外领域的跨膜糖蛋白属于钙粘着蛋白超家族,通常调解calcium-dependent信息粘附在脊椎动物组织(25- - - - - -27]。的desmosomal钙粘着蛋白被称为desmocollin (Dsc)和desmoglein (Dsg)及其胞质尾绑定到一个异构细胞质的组件装配(desmoplakin (DP) I和II, plakoglobin (PG)和plakophilin (PKP))在细胞内形成细胞质致密斑的表面膜。通过提供锚定地点,如果这个斑块间接连接细胞的细胞间钙粘着蛋白如果网络(图1)。

图1

一层析片细胞桥粒连接两种对立的角化细胞(由两个蓝色箭头)划定的表皮新生的老鼠。中间丝(标签和标记黄色的阿斯泰里克斯)从邻近的细胞彼此互联通过跨膜钙粘蛋白的蛋白质。细胞内连接蛋白质内部的致密斑(标记为国内流离失所者是一个结构框架,包括钙粘着蛋白胞内域,plakoglobin, plakophillin,和n端结构域desmoplakin)和外层致密斑(标记为ODP是一个结构框架杆组成的域和c端域desmoplakin)联系的中间纤维细胞外核心领域(ECD)。儿童早期开发由细胞外的领域desmosomal钙粘蛋白,即desmocollins desmogleins。钙粘着蛋白相互作用的区域作为一个密集的中线处平分ECD desmocollins和desmogleins之间由于异染的关联。比例尺代表50 nm。

通常细胞桥粒结构的破坏造成了灾难性的后果组织的完整性和生物的生存能力。例如,淘汰赛Dsc-1导致表皮脆弱,屏障缺陷、异常分化、增生和脱发28]而淘汰赛Dsc-3渗透角质层的屏障缺陷原因和老鼠出生后不久死亡和严重脱水(29日]。在植入目标Dsc-3零突变是致命的纯合突变体(30.]而有针对性的Dsg-2零突变是致命的植入后不久。对于Dsg-2、缺陷被认为是在发育早期细胞桥粒独立当Dsg-2生存所需的胚胎干细胞和胚胎早期(31日]。

细胞质蛋白质斑块的重要性,如DP或PG也明显的突变研究。Dsp突变体胚胎早期死亡e5.5 - 6.5由于缺陷导致扩张失败的胚胎外的组织发展中胚胎蛋筒(32]。大多数PG-null胚胎从e10.5 - 12.5起死于心脏衰竭33]。然而,那些PG-null出生的老鼠生存展览皮肤水泡和心脏异常(34]。突变的细胞桥粒组件,比如迪拜和PG人类遗传疾病,可以导致心脏16)、皮肤(35),和头发缺陷(36]。甚至Dsg-2 mis-expression与人类有关鳞状细胞癌为例,胃癌,是underexpressed,过表达(37)或调节(38]。然而,组织的依赖性细胞桥粒完整性是最明显的自身免疫性疾病寻常天疱疮(39)和表皮剥脱的毒素在葡萄球菌烫伤皮肤综合症(40]。寻常天疱疮引起皮肤棘层松解(即。,the loss of cell-cell adhesion between keratinocytes) due to binding of autoantibodies to the EC1 domain of Dsg-1 and Dsg-3 [41),从而抑制信息粘附通过空间位阻42]。在葡萄球菌烫伤皮肤综合症肤浅的表皮分裂是由表皮剥脱的毒素引起的丝氨酸蛋白酶,它劈开Dsg-1 EC3和EC4之间再次破坏角质细胞之间的粘附和信息43]。最近的证据表明,抗体绑定desmosomal钙粘着蛋白触发外部级联,这可能实际上放大疾病发病机理(44支持细胞桥粒的前提是一个动态而非静态的结构。

3所示。钙粘蛋白的高分辨率模型关联

当第一次形成,细胞桥粒钙粘素协会相对较弱,但最终他们能够把自己锁在hyperadhesive状态(45]。不像早期的细胞桥粒,这hyperadhesive结是由钙螯合剂,抵抗破坏的乙二醇bis (2-aminoethyl醚)- N, N,,-四乙酸(EGTA),称为钙独立45]。在伤口愈合的情况下已经证明细胞桥粒可以恢复到弱,钙依赖的状态,当细胞移行上皮的再生是必要的。这些观察表明,细胞桥粒并不是一个静态的实体和能够应对环境因素。控制这些胶状态的机制被认为涉及到蛋白激酶C信号,直接影响钙粘素协会在儿童早期开发46]。虽然没有高分辨率结构desmsomes尚未解决这些州,有证据表明,钙粘着蛋白组织成分。理解钙粘素协会在这些胶状态的模式将是一个非常重要的步骤,确定信号可以改变粘附性和提供可能的目标治疗条件相关受损细胞桥粒完整性。

钙粘素协会在儿童早期开发是一个钙依赖的过程,定义了这个家庭的粘附分子。钙粘蛋白是由一个细胞外部分有5个串联Ig-like域(数字2(一)和2(b)),一个跨膜螺旋和胞质域设计与各种蛋白质组成细胞内的斑块。每个细胞外域由~ 110氨基酸(47],采用三明治褶皱希腊主要的拓扑(14,48的维度。连续三个钙离子是绑定到循环连接域通过保守序列图案(49,50]。x射线晶体数据显示,这三个连续域之间的钙离子结合,协调守恒的氨基酸在一个域的底部和顶部的下一个和这个协调是相似的四个interdomain接口。这样钙结合赋予刚性域界面和已被证明诱导扩展整个分子的胞外部分(12]。在完全伸展状态,假设一个弯曲的结构(分子51)和一个角度之间的~ 100°n端EC1域和近膜EC5域(50]。

图2

β ^{2 2 2 2 2 2 2} 50 I型或经典钙粘着蛋白结构从x射线晶体研究。结构的细胞外部分钙粘着蛋白分子(也称为ectodomains和缩写EC)显示为5个串联Ig-like域,每个域采用希腊关键三明治褶皱的拓扑。每个域之间存在三个钙离子(绿色球体)赋予刚性域界面和诱导整个结构假设扩展定义倾斜的曲线~ 100°之间的长轴的EC1,和5。二硫键,O-linked糖,和N-linked糖在青色,红色,和蓝色分别(a)。在经典钙粘着蛋白n端附近的守恒的色氨酸残基的EC1已被证明是至关重要的过程中粘附在desmosomal也是守恒的钙粘蛋白(Trp缩写空间填充表示和描述了紫色的同时,和b。这Trp是明显的钙粘着蛋白分子在什么时候旋转(b))的翼展EC1域之间的联系从反对细胞钙粘着蛋白分子膜形成链(c和二聚体界面旋转在d)。EC1域绑定反对钙粘着蛋白之间的相互作用是突出在放大视图(e),侧链的被建议作为一个可能的结合位点的EC1疏水口袋内相应的合作伙伴从反对细胞膜钙粘蛋白。Trp侧链(显示为一个骨干蠕虫跟踪)可以插入一个大凹腔(描绘成灰色阴影在分子表面模型)的反对Trp EC1域(f)。守恒在desmosomal钙粘着蛋白Trp假设经典钙粘着蛋白研究的互动是一个令人信服的模型desmosomal钙粘素协会,形成对称并指反对细胞膜钙粘着蛋白之间的相互作用,和被称为链二聚体模型(g),钙粘着蛋白ectodomains反对细胞由蓝色或粉红色的颜色。Trp侧链(空间填充表示)中描述的颜色代表细胞。黄色代表二硫键。修改从[从AAAS]允许转载。

大多数结构研究cadherin-cadherin交互进行了经典钙粘着蛋白或I型钙粘蛋白。附近的守恒的色氨酸残基n端已被证明是至关重要的粘附在这种类型的钙粘蛋白(数字2(c)和2(d))。侧链的²已经建议绑定在一个疏水口袋EC1晶体的邻居,可能对应于一个伙伴反对细胞膜的钙粘蛋白(13,48,50)(图2(e))。这种交互称为链二聚体(图2(f))。虽然desmosomal钙粘着蛋白参与异染的交互而经典钙粘着蛋白参与亲同种抗原的交互,有趣的是,尽管它们的功能区分,Trp²也保存在desmosomal钙粘素和异染的相互作用被认为是至关重要的。异染的交互可以由链(或称为cis)或侧(或称为反式)交互。横向交互描述钙粘着蛋白域关联相同的细胞表面,而链相互作用描述钙粘着蛋白域对细胞表面之间的关联。反式,侧链和cis的交互将用于本文依照上述用于原来的工作。由于更大的约束力的合作伙伴选择desmosomal钙粘着蛋白替代模型链二聚体模型(图3(一个))被认为是在数字3(b) -3(e),这些是如下。(1)钙粘着蛋白胶二聚和侧链协会通过EC1域包含的表面/残留物(13)(图3 (b))。(2)横向二聚作用通过EC1 / EC2钙结合位点(49,51)(图3 (c))。(3)横向EC1和EC2域之间的交互(50)(图3 (d))。(4)粘结剂之间的相互作用反平行的钙粘着蛋白分子在其全部length-interdigitation模型(52)(图3 (e))。

(一)

(b)

(c)

(d)

(e)

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(b)
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图3

^{2 2} 53 可视化表示的替代desmosomal钙粘素协会模型链的二聚体(A),考虑异染的交互的desmosomal钙粘蛋白。个人desmosomal钙粘着蛋白ectodomains(1至5)描绘成椭圆,并相应颜色明显不同的侧链相互作用。相同的彩色编码用于单独的侧链相互作用在丝带表示。钙粘着蛋白ectodomains从一个细胞表面分别有色黑色或浅蓝色和ectodomains从敌方细胞表面绿色所示。(b)钙粘着蛋白二聚作用通过EC1域包含的表面残留物(残留未显示)。横向二聚体与链二聚体从一个对立的细胞。插入显示了Trp的丝带表示介导lateral-contact。(c)横向二聚作用通过EC1 / EC2钙结合位点了钙粘蛋白的棒状形状ectodomains。域的插图显示了一个丝带表示对二聚体从相同的细胞表面,钙离子的位置是由球体和黑暗的颜色还是浅蓝色代表钙粘着蛋白c ectodomains。(d)侧链二聚体之间的互动在EC1 EC1和EC2交互连在了一起。左边的插图是一个丝带表示介导氨基端域之间的联系;正确的插图是横向的丝带表示EC1和EC2域之间的相互作用。(e)粘合剂之间的交互反平行的钙粘着蛋白分子完整。链之间的相互作用发生两个以上电子商务领域的三种类型的胶复合物的形成不同的长度。修改从[从Birkhauser 1 - AG)同意。

链二聚体,并指模型是最有可能的候选人钙粘着蛋白异染的交互。这是因为没有证据通过胶粘剂互动/包含EC1域表面或通过EC1-EC2横向二聚钙结合网站(54- - - - - -57]。然而,链二聚体模型强调对称EC1域之间的交互和并指模型意味着交互的EC1 EC2-EC5截然不同。最近的一项研究使用分子内力显微镜可能解决两个模型之间的差异(58]。本研究证实了多个结合位点的存在钙粘蛋白和提出钙粘着蛋白推在一起,形成多种债券,他们形成一个平行对齐中间的细胞外间隙。曲率的增加EC2-4域必须适应这种并行交互之间的中点细胞允许平分ECD[中线的形成59]。这样的钙粘素协会将允许域EC1之间交换域提出的夏皮罗et al。13)和Boggon et al。50),可以解释的存在之间的关联其他细胞外领域提出了朱et al。52]。

4所示。电子断层扫描Desmosomal钙粘素关联

在前一节中描述的模型,提供证据的可能模式desmosomal钙粘素关联。然而,解释了钙粘着蛋白识别特定约束力的合作伙伴的能力仍然悬而未决。困难在于人工分子结构所需的核磁共振或x射线晶体学。相比之下,允许在本机细胞细胞桥粒结构的研究环境。

在过去的十年中TEM硬件的技术进步、成像软件,和样品制备方法大大增加了仪器的分辨能力。等已经得到普及的技术作为一种高分辨率成像方法,因为它提供了三维可视化数据从任何给定的不对称对象和桥梁结构之间的差距在分子水平和细胞水平上研究[60]。最重要的是等允许调查细胞复合物分子结构的细胞在自然环境中,因此可以用来阐明他们的结构关系。目前,大量的数据调查desmosomal钙粘素协会收集的ET。在阐述研究结果我们将简要介绍等的概念和方法。这种理解应该允许读者按照讨论的差异出现在每个desmosomal钙粘素关联模型和这些差异的可能原因。

4.1。电子断层扫描

的原则,创建一个三维(3 d)对象从二维(2 d)预测是氡(61年]。理论预测被DeRosier[然后付诸实践后60当计算技术成为可用。的步骤创建一个3 d对象涉及收集二维投影图像在不同倾斜角度。2 d预测被表示为一个二维傅里叶变换,对应于对象的中央部分的三维傅里叶变换,即正常成像角度。通过不同角度倾斜对象,对象的整个傅里叶变换可以可以取样。的解决方法是依赖于范围和增量的倾斜角度。由于实际使用平面样本的局限性,倾斜范围是有限的,而倾斜的增量是依赖于电子剂量,可以容忍的样本。实际上,技术的分辨率取决于样品保存和数据收集的方法参数(62年]。这两个点在下一节将简要讨论。

4.2。样品保存

水是重要的生物样本,因为几乎所有的生物大分子的表面生物膜亲水性大分子组装,。由于接触化学的性质组织瞬态与水形成氢键,形成水化壳。这个外壳可以防止分子聚合和维护蛋白质构象。出于这个原因,原生生物样品不符合高真空条件下维护EM和一般脱水之前被嵌入在一个硬塑料和分段。

这个过程是与生俱来的破坏组织的组件和样品制备的主要目标是保护细胞结构规模比所需的分辨率。保存标本与交联化学物质帮助它抵御在脱水聚合和提取。然而,分子构象的选民往往受此影响固定,不代表原生状态。

冷冻固定是一种选择,利用细胞的高含水量,利用它作为一个物理固定剂。从理论上讲,它有可能保护生物结构在原子水平。无定形冰,一个非晶的玻璃态的水,是冷冻固定的目标。两种技术目前cryofix样本用于ET和选择取决于样本的大小。高压冷冻(高通滤波器)是用来保存批量样品。该技术主题样本2045巴的压力,从而减少水的熔点最低的251 K。在几毫秒的液态氮喷射冷却样品在玻璃化温度以下。跳水冻结技术通常用于小样本通常出现在水中悬浮体。样品在水中悬浮体分布稀疏到辉光放电有穴的碳网格和陷入1 m / s的致冷剂,嵌入在玻化冰。样品保存有两种方法可以在本国成像低温冷冻状态。 Both methodologies serve a purpose in cryofixation, namely, to preserved samples of differing sizes. Samples preserved in vitrified thin films created by plunge freezing are generally isolated macromolecular complexes that are small enough to fit in a 200–300 nm thick layer of water. Objects larger than 1 m是太厚正常TEM观察到,也太厚的玻璃化冷冻暴跌。这两个问题都可以通过高通滤波器之后,克服身体上的陶瓷样品切成薄片,可以与TEM观察到。这种方法被称为冷冻电子显微镜的玻璃部分(CEMOVIS)和已被证明是适用于组织保存在电子断层扫描(63年]。虽然cryoultramicrotomes商用削减这些部分,实际困难在处理这些薄的薄片组织,具体地说,在建立他们的坚持EM标本支持电影使这个方法非常的技术要求及其应用有限几个全球专业实验室。

另一种技术,即冻结替换了以便cryofixed标本成像在室温下以最小的变化从玻璃化的状态。冻结替换的过程包括用高通滤波器产生的无定形冰的溶剂,同时保持样本玻化(冻)状态。固定液可以被添加到溶剂,这样细胞成分保留的水化壳是慢慢被溶剂的脱水作用。轻微的固定条件和脱水等最小化工件与聚合和提取。当样品最终达到室温时,增加步进式温度后,脱水,可以嵌入在环氧树脂处理和成像。

4.3。数据采集

是否我们的目标是图像内的生物样品玻璃冰或环氧树脂的辐照样品的电子会损害标本和改变结构的兴趣。低剂量期间使用的显微镜技术等数据采集标本上的电子剂量最小化,最大化生成图像的信噪比(64年]。

4.4。原位细胞桥粒钙粘素协会在3 d模型

在2 d细胞桥粒很容易识别TEM显微图的层状结构,突出密集的反对细胞表面之间的中线处,和中间丝插入电子致密细胞质斑。只有两个型号的desmosomal钙粘素协会在3 d描述,他们的研究结果仍有争议。每个模型将在下一节中描述和讨论他们之间的分歧。

他和同事21)调查了desmosomal钙粘着蛋白相互作用的表皮新生鼠。表皮是由高压冷冻处理其次是冻结替换和嵌入在环氧树脂在室温下。超薄部分被切割和染色与传统铀铅和污渍。x线断层照片收集通过倾斜大约两正交轴和x线断层照片生成各向同性分辨率约2海里。作者的观察卫星传回的预测横跨整个细胞间隙(28 nm宽)认为对应中线形成致密钙粘素协会(图的面积4(一))。这些像手指一样的预测是通过3 d体积和跟踪被发现是安排在一个不规则的方式只翼展交互(图4 (b)我)。这些观察与并指模型不一致,尽管有些相似的分子包装C-cadherin的x射线晶体中观察到。特别是,钙粘着蛋白分子的弯曲特性被电子断层扫描并像C-cadherin ectodomains [50]。因为C-cadherins 30 - 35%序列的身份desmosomal钙粘着蛋白ectodomains [59]C-cadherin钙粘蛋白的晶体结构被安装到个体密度跟他们的互动。三个不同的几何形状像字母W(图中被发现4 (b)(二),S(图4 (b)3)、希腊字母(图4 (b)iv)。反式交互发生在W(23%)和S(43%)的钙粘蛋白对,而添加第三个分子与cis交互了形状(40%)(图4 (b)v) W形状相似双重对称链二聚体中观察到x射线结构,它创建了一个独家分子配对由于相互绑定的²侧链的疏水口袋二聚的伙伴。然而,和形状扭曲这种对称允许非对称大组之间相互作用的分子。特别是,s形也形成反式交互和与旋转的w型低分子相对于上一个。这个旋转的拉Trp之一²侧链疏水口袋里的邻居,从而可用于绑定的第三个分子。添加第三个分子产生了字,自由Trp使用²形成一个独联体交互。有趣的是这种策略添加额外的分子的顺式和反式似乎产生互动的网络(图6分子4vi)。在这样的网络,随机安排的钙粘着蛋白交织在中线形成一团分子(图4vi)。尽管扭曲链二聚体界面的x射线结构,作者得出结论Trp²插入邻近分子的亲水的口袋内负责许多交互网络。这种相互作用可能因为肽连接Trp的灵活性²EC1域和连续EC2-EC5域之间潜在的灵活性。钙结合在电子商务领域的连接器可能控制的整体灵活性钙粘着蛋白分子,控制这些不同的倾向观察到的形状。灵活性也观察到EC5域的方向相对于膜。这些EC5域观察形成对与其他EC5域或三胞胎。有趣的是,附近的分子参与EC5组膜与不同分子在中线,提供一个机制来传播沿平面膜的相互作用。总之,这次调查强调了至关重要的作用的²及其疏水口袋表明Trp²可以调解顺式和反式的交互。这种相互作用可能是由于钙粘蛋白的灵活性最大化钙粘着蛋白之间的相互作用形成了连接。结果钙粘着蛋白在中线的混乱的安排可能形成细胞,而细胞内的域之间物理债券可能负责横向稳定的群体。

(一)

(b)

(c)

(d)

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(b)
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图4

21 65年 22 两个模型的desmosomal钙粘素协会从两种方法生成的准备。单个TEM投影的新生小鼠表皮细胞桥粒由高压冷冻保存冻结替换(A)紧随其后。浓密的中线是可见的平分细胞外核心域(ECD)(白线)。钙粘着蛋白生成细胞外空间分离的不规则nonsymetrical时尚。钙粘素协会模型生成的双重轴新生小鼠表皮(我)的x线断层照片保存在。C-cadherin晶体结构已经追踪到密度ECD认为是钙粘蛋白。模型显示不规则然而密集中线处钙粘素协会是由翼展协会。钙粘蛋白的安排不同的链二聚体模型。发现三种不同的几何形状像字母W (b ii), S (b iii),希腊字母(b iv)。反式作用主要发生在W和S而,独联体的相互作用主要是添加了年代发生如果第三个分子(b v)。一个添加第三个分子在独联体6分子之间形成一个网络协会(b vi)。一个TEM投影玻化人类表皮的细胞桥粒加工的冷冻电子显微镜(c)玻璃部分。密集并定期安排钙粘蛋白可以看到生成的细胞外空间以直接的方式(白线)和关联形成密集的中线。模型生成的钙粘素协会从一个轴x线断层照片玻化人类表皮处理的c (d)。钙粘素协会的丝带表示模型显示了弯曲的周期安排钙粘着蛋白密度与互反式和独联体协会组织的翼展。两个截然不同的几何图形在模型中是可见的。W形状形成反式交互(见d i)而形成的v字形cis交互产生的包装在一个高度常规zipper-like组织。然后组织更好的可视化模型的旋转从d我,露出两个反式交互和独联体交互(d ii)。从[4 B图片修改从AAAS]允许转载。图片4 c &修改,爱思唯尔)允许转载,图片4 d从[)由麦克米伦出版社有限公司规模允许酒吧50 nm。

在2 d钙粘蛋白的新模式关联。他et al。65年]反驳他所观察到的不规则或随机钙粘素协会et al。21]。从人类表皮细胞桥粒被CEMOVIS成像。的细胞外域desmosomal钙粘着蛋白被可视化为密集和定期安排但突出以直接的方式从对方细胞膜(图4 (c))。钙粘着蛋白密度周期性的中线处5 nm宽33海里ECD内。钙粘蛋白的差异协会是由传统的样品制备的有害影响,引用在脱水聚合力量可能造成钙粘着蛋白形成了观察随机协会(66年]。然而,这样的结论来自一个2 d投影和制备技术,这是众所周知的,创建部分被压缩在30 - 45%之间沿切削方向(67年]。

最近,一个3 d模型的人类表皮细胞桥粒是由他提出et al。22]。表皮是由CEMOVIS处理和超薄cryosections组织然后在低剂量成像模式。x线断层照片是由对单一轴倾斜,从而产生一个各向异性的分辨率大约3.4海里。钙粘蛋白的研究验证了定期安排在2 d但~ 7海里间隔沿中线处而不是5 nm之前报道。在3 d中,这些周期性阵列密度曲线(在一个角度细胞膜),类似C-cadherin的x射线结构,采用一个组织与交替的反式和cis的交互。作者高度保守Trp²很可能参与胶粘剂绑定和两个不同的几何图形。w型(正如他等人所描述的模式21])形成了反式来自反对细胞表面分子之间的相互作用。然而,不同于他等人模型(21)v字形源自同一细胞膜分子之间的相互作用形成了cis交互。这些交互可能限于EC1域时凹表面面对彼此。这样的安排在中线形成交替顺式和反式二聚体产生的包装在一个高度常规zipper-like组织(图4 (d)》)。

存在的两个3 d模型描述钙粘着蛋白相互作用,它们的区别在于一个描述了钙粘着蛋白相互作用与周期性和不规则。解释这些模型的差异,钙粘素包装在不同的组织或不同制备方法影响的结果。欧文等人的研究。23]试图评估制备方法的影响在两种类型的钙粘着蛋白相互作用3 d组织从两个不同的物种。在这项研究中高压冻结,冻结代替环氧树脂的超薄部分新生小鼠上皮和良好的牛鼻地层spinosium第一次与电子断层扫描。细胞桥粒结构显示相似的特征样本虽然钙粘蛋白的密度和如果在鼠标上皮(图低得多5(一个))相比,牛鼻(图5 (b))。显著的差异在儿童早期开发之间的距离被组织。小鼠皮肤ECD的距离()确认现有的结果他et al。21),而牛鼻ECD的距离()明显大于鼠标。为了比较的影响细胞桥粒结构制备方法,纯化分离细胞桥粒从牛的鼻子被用作样品因为证据确凿的生化宪法(68年,69年),因为毫克量的细胞桥粒芯容易分离,组成的质膜和胞内组件以及一些细胞内丝状物质。断层扫描,孤立的细胞桥粒被冻结和成像玻化悬浮在低温低剂量模式。以这种方式需要切片没有必要因此消除任何可能的压缩构件可能是由分割造成的。在3 d的基本见彩色细胞桥粒三层的特性原位观察,不是由不同的中线和膜分离在细胞内的残余物质。不规则的球状细胞内空间内密度模式符合存在的未解决的钙粘着蛋白分子沿着中线处(图组5 (c))。钙粘着蛋白分子的这种不规则分组观察之前在冻结代替鼠标表皮。因此,本研究建议冻结协议用于替换没有造成重大重组细胞间内的钙粘素包装区域。作者假设,如果任何压缩工件被淘汰的可能性,钙粘素协会之间的差异报告冻结代替resin-embedded新生小鼠表皮和冷冻人的前臂表皮水分部分可能是由于不同的机械条件由受人尊敬的组织经验。组织放置在重复,定向压力,不规则的钙粘着蛋白分子可能会重新形成一个拟序数组提供最大的定向粘合强度。

(一)

(b)

(c)

(一)
(b)
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图5

地层spinosium 23 http://www.biochemsoctrans.org/ 电子断层扫描的细胞桥粒freeze-substituted resin-embedded表皮新生老鼠的(a)。钙粘着蛋白密度可以看到生成的细胞外空间和个人中间纤维投射向细胞膜在细胞质中。插图提供了一个不规则的放大视图中线钙粘素协会创建稠密的性质。牛的鼻子(b),钙粘着蛋白密度可以看到生成的细胞外空间但钙粘着蛋白分子的密度明显高得多。密集的中线处可以观察到通过查看片掠射角,然而,在一些地区,钙粘蛋白的不规则自然协会是可见的(箭头),可以看到放大的插图。膜突出线条和箭头的钙粘蛋白a和b。(c)冷冻电子断层扫描的孤立的细胞桥粒冻清白的状态。一片从x线断层照片显示细胞桥粒,蜷缩在边缘提供直接的钙粘着蛋白组织。这两个影响是清晰可见,中线组成的球状密度可以看到二等分(嵌入)的细胞外空间。这些球状密度(箭头)可能对应于先前出现在freeze-substituted钙粘着蛋白分子的组织样本。与许可,复制生物化学学会()。酒吧规模50 nm。

5。结论,观点,和未来的前景

细胞桥粒有一个内在的机械作用维护上皮细胞的完整性,这一特点已经被很好地记录下来了。细胞桥粒还在指挥组织形态发生过程中发挥作用,感应环境信号,调节组织内稳态,和作为一个表型限定词。在一个稳定的水平上,这些过程是由蛋白质构成的互联控制细胞桥粒。特别感兴趣的是如何desmosomal钙粘着蛋白亚型导致组织形态发生和表型的决心。这些过程几乎肯定是由细胞间相互作用控制desmosomal钙粘蛋白,本文的主题。特别是,钙粘着蛋白交互模型使用孤立的钙粘着蛋白域提供了各种模式的钙粘素关联的证据。在电子x线断层照片来自老鼠和人类皮肤细胞桥粒样品,高度保守Trp²及其疏水口袋里被认为是最可能的胶粘剂绑定机制。无论是结构显示了并指任何证据模型的基础上提出分子间作用力测量。然而,这两个模型的区别在于一个观察钙粘着蛋白相互作用与周期性和不规则。虽然制备方法的差异可能是导致观察到的差异,比较研究冻结代替样品跟当地的陶瓷样品的牛鼻细胞桥粒建议冻结替换能够保留分子详细的组织。结构差异的另一个解释可能是不同的力学条件的各种组织:新生小鼠皮肤,牛鼻,人的前臂皮肤。~ 30%增加Dsg-3和Dsc-3表达在厚和薄的皮肤很可能意味着不同的机械差异如何影响细胞桥粒成分(70年,71年),间接钙粘素协会模式。因此,进一步分析desmosomal钙粘素协会是明确演示desmosomal的适应性反应的钙粘素协会机械应力。事实上,尽管细胞桥粒的基本组织是守恒的不同物种和组织,他们有不同的多肽组成(72年,73年]。事实上,细胞桥粒的变化频率,直径(74年和儿童早期发育厚度75年在一个给定的组织)都被观察到。不同的钙粘蛋白表达谱在表皮也记录(71年]。这些变化被认为反映了表皮的胶粘剂的需求分层收益(70年),但可能也反映出,细胞桥粒动态,能够形成一个更稳定的结构同时允许角化细胞保持胶粘剂性能(76年,77年]。理解分化和机械剪切的影响在细胞桥粒结构协会代表一个具有挑战性的,但未来调查的重要任务。

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