2. OD BUNĚK KE TKÁNÍM

Živočich jako mnohobuněčný organismus

Prvotní organismy byly jednobuněčné a vrcholem jejich evoluce jsou nálevníci s vysoce specializovanými organelami. Vyšším stupněm organismů jsou kolonie a mnohobuněčné organismy. Rozdíl mezi kolonií a mnohobuněčnými organismy je, že buňky mohou do kolonie vstupovat a vystupovat, ale v mnohobuněčném organismu je pospolitost buněk geneticky dána, buňky se zde diferencují a specializují na určité funkce. Jednotlivé buňky kolonie jsou svou vnitřní stavbou shodné se stavbou ostatních buněk mnohobuněčného organismu a jsou schopny samostatné existence. Tvorbou kolonií jsou známy např. řasy. Tkáňová buňka má většinu vlastností a organel samostatné buňky (genetickou inf. v jádře, plazmatickou mem., vlastní metabolismus), ale mimo to může být specializována na určitou činnost nebo funkci. První mnohobuněčné organismy se na Zemi objevily asi před 600 mil. let.

Adheze buněk

• Všechny tkáňové buňky jsou ve vzájemném kontaktu mezi sebou nebo s extracelulární matrix (ECM - je sekretována buňkami a má mechanickou a utvářecí funkci – migrace buněk do příslušných míst).
• Seskupení buněk ve tkáni předpokládá vzájemnou adhezivitu jejich b. povrchů (hlavně u epitelů), která se dále musí realizovat i ke složkám ECM.

Migrace buněk

• Některé bb. jsou schopny migrovat určitým směrem (pravděpodobně chemotaxe na určitý chemický signál nebo kontaktním vedením, kdy buňky migrují v tkáňové kultuře stejným směrem s orientací vláknitého nebo molekulární konfigurace polarizovaného substrátu).
• Existuje určitá polarita, kterou buňky rozpoznávají.
• Buňky se řídí i podle molekulárních gradientů některých látek (malé molekuly, ionty).

Buněčná adheze k substrátu

• Obecně je buňka schopna adherovat k nebiologickým substrátům (sklo, plastik aj.), je to dáno vlastnostmi cytoplasmatické membrány nebo buněčného povrchu a sekreční aktivitou buňky, která v místech kontaktu vylučuje ECM lnoucí k substrátu.
• Podstatou této adheze jsou zpočátku fyzikální a fyzikálně chemické jevy: elektrostatické, hydrofobní a van der Waalsovy interakce mezi molekulami styčných povrchů – slabé vazby.
• V další fázi se účastní vylučovaný materiál zesilující adhezi (reorganizace styčných míst a vytvoření morfologických spojů).

Adheze specifická a nespecifická

• Adheze mezi buňkami:

— a. nespecifická ( mezi buňkami odlišných typů)

— a. specifická (mezi buňkami stejného typu)

Adhezivita pozitivní a negativní

• Adhezivita pozitivní – např. buňkami mezodermu jsou a. pozitivní jak k entodermu, tak ektodermu.
• A. negativní – např. buňky ektodermu a entodermu k sobě neadherují, podobně jako buňky v neurální liště.
• Jde o vlastnost b. povrchu – glykoproteiny v cytoplazm. mem. (glykokalyx).
• Adhezivita je studována hlavně in vitro (tkáňové a b. kultury).

Lektiny a agregační faktory

• Lektiny = glykoproteiny (rostlin i živočichů), které jsou schopny vázat se specificky na oligosacharidy a monosacharidy glykoproteinů (tedy i v cytoplazmatické mem.).
• Účastní se i adsorpce bakterií a virů na b., konjugace řas, kvasinek, adheze spermií na vajíčko.
• Agregační faktory = složité makromolekulární komplexy (proteoglykany a glykoproteiny), které se uvolňují z povrchu buněk při pokusné disociaci tkáně. Jsou syntetizovány b. a ihned vázány na její povrch.

Tkáňová a druhová specifita

• Tkáňová (org.) specifita potlačuje u obratlovců dokonce druhovou (skupinovou) specifitu: např. disociované bb. zárodečných jater myší a kuřete vytvoří po smísení chimérický reagregát.
• Vysoce druhově specifická je naopak reagregace bb. hub (Porifera), kde je také nejlépe poznán reagregační faktor a mechanismus – dezagregaci bb. lze provést protlačením živočicha přiměřeně tlustým plátnem a po smísení bb. obou druhů, druhově specifické bb. po delší kultivaci se spojují a vznikají opět 2 noví druhově různí živočichové.

Složení a velikost agregačního faktoru

• Druhově specifická agregace je zprostředkována mimobuněčným agregačním faktorem, který je komplexem proteoglykanu a pravděpodobně glykoproteinových molekul (průměr částice je 100 nm a m.h. je asi 20 000 000; za přítomnosti Ca2+ iontů dále polymerizuje).
• Váže se na specifické proteinové receptory na povrchu bb. jen stejného druhu (1. krok), za přítomnosti vápenatých iontů se vzájemně váží jednotlivé částice (2. krok). Tím se uskuteční adheze bb.

Molekuly buněčné adheze
(cell adhesion molecules – CAMs; anchoriny)

• V současné době jsou studovány integrální membránové proteiny mající přímý vztah k adhezi b. x b. (CAMs) a b. x substrát (SAMs).
• Více je známo o CAMs – 2 skupiny: 1) adheze pouze za přítomnosti Ca²⁺ iontů (cadheriny), 2) nezávisle.
• Vykazuje značnou tkáňovou a embryogenetickou specifitu.
• Předpokládá se, že se skládají ze 3 peptidů: transmembránový, cytoplazmatický a na povrchu mem. (zdroj adhezivity). Cytoplazmatická část -  cytoskelet (aktin) a další proteiny (vinculin, talin) – vnitřní struktury b. a mimobuněčné prostředí.
• Přítomnost odpovídajících si komplementárních míst (zámek-klíč) na b. povrchu (nebo ECM), dále na přítomnosti Ca2+ iontů (výjimka u fibroblastů, kde je i nezávislý mechanismus adheze k substrátu vedle sebe).

Diferenciační adhezivita buněk

• Tato teorie nebere v úvahu molekulární uspořádání mem., ale celkovou vazebnou energii, která k adhezi vede.
• Ve směsi různých bb. se uskuteční nejprve nespecifická adheze, pak se realizuje adheze specifická – bb. stejného typu. Ve směsi různých bb. se bb. s vysokou hodnotou vazebné energie poskládají uvnitř a naopak bb. menší energií budou vně. Této teorii vyhovuje různá adhezivita různých typů bb. uvnitř orgánů a vyhovuje i termodynamickým zákonům.
• Specifická adheze a rozpoznávání vychází z existence vnitřního regulačního mechanismu – tvorba mezibuněčných spojů. Cukerná složka glykoproteinů a glykolipidů je zodpovědná za vzájemné přilepení buněk v místech kontaktu, přičemž dochází k místnímu shlukování glykoproteinů (glykolipidů) v těchto místech díky horizontálnímu pohybu v lipidické dvouvrstvě.

Jak se mezi sebou buňky v tkáni dorozumívají?

• Bb. vytvářejí často mnohobuněčné vrstvy a to hlavně v epitelech a plní různé funkce od ochranné po vylučování různých látek.
• Mezibuněčné spoje představují vysoce specializované lokální úpravy cytoplazmatické mem.
• Typy spojů: mechanické, těsnící a komunikační.

Mechanické (adhezní) a těsnící spoje

• Pásový desmozóm
• Bodový desmozóm
• Hemidesmozóm
• Mechanicky drží bb. při sobě a umožňují jejich funkci jako strukturální jednotky. Jsou všude tam, kde tkáň mechanicky namáhána (kožní epitel, srdeční sval aj.).
• Těsnící spoje – nejen mechanické, ale spojují bb. tak těsně, že zabraňují průniku molekul prostorami mezi nimi.

• Těsný s.

• Přepážkový s.

Komunikační spoje

• Vodivý spoj
• Chemická synapse
• Hemidesmozóm
• Umožňují průchod malých molekul z b. do b.
• U chemické synapse se ovšem komunikace děje nepřímo a je charakteristická pro nervové bb.

Pásový desmozóm (zonula adherens)

• Vytváří cirkulární pás kolem obvodu sousedících bb. v epitelech blíže k jejich apikálnímu konci, který odpovídá stejnému pásu v b. sousední.
• Mezi bb. je 25-30 nm mezera s vláknitým materiálem, který je udržuje u sebe. Pod desmozómem je cytoplasma zahuštěna a probíhají zde aktinové filamenty, které jsou kontraktilní à změna tvaru b. – uzavírání trubicovitých útvarů z epitelů.

Bodový desmozóm (macula adherens) a hemidesmoóm

• Tvoří knoflíkovité destičkovité útvary zahuštěné cytoplazmy pod cytoplasmatickou mem.
• Mezimembránový prostor je kolem 30 nm s keratinovými filamenty, které spojují oba útvary přes mem. – zpevnění b. útvarů.
• Hemidesmozóm: poloviční útvar, který spojuje b. s extracelulární matrix (nebo bazální mem.). Obsahuje také keratinová filamenty, které chrání před deformací.

Těsný spoj (zonula occludens)

• Sousedící mem. jsou přiloženy těsně bez mezib. prostor a jsou spojeny proteinovými částicemi.
• Těsné spoje se nejvíce vyskytují v epitelech a zajišťují jejich neprodyšnost pro molekuly ve vodě a udržují polaritu bb.
• Transport mezi 2 bb. je zjišťován bazálním a laterálním souborem transportních proteinů.

Přepážkový spoj a vodivý spoj

• Přepážkové spoje jsou charakteristické pro epitely bezobratlých. Cytoplazmatické mem. se tak do kontaktu nedostanou.
• Bazální mem. – opora epitelu ležící pod ním, která je složena z bílkoviny kolagenu a navazuje na pojivovou tkáň.
• Vodivý spoj (nexus) – mezib. prostor 2-4 nm, který je přemostěn těsně vedle sebe proteinovými částicemi (konexon – 6-6,5 nm)

Vodivé spoje

• Mem. bb. leží vedle sebe a mezi nimi je štěrbina asi 2-4 nm. Ve štěrbině jsou proteiny, které vedou přes plazm. mem. Vytvářejí 2 kanálky, které na sebe navazují.
• Konexony sousedících mem. se těsně přikládají k sobě. Kanál má průměr (1,5 nm).
• Můžeme je najít mezi epiteliálními i dalšími bb. a umožňuje výměnu iontů a malých molekul.

Elektrická synapse

• Nejrozšířenější vodivý spoj mezi bb., kterými jsou elektricky propojeny a současně jimi mohou procházet molekuly o velikosti 1000-1500 D (sacharidy, aminokys., nukleotidy a steroidní hormony). Regulace je prováděna pomocí koncentrace vápenatých iontů.
• Elektrická synapse nervových bb. je rychlejší než chemická. Podobně funguje spojení bb. v srdeční a hladké svalovině.
• Zvláštní význam má toto spojení během časné embryogeneze, kdy jsou takto spojeny všechny bb.
• K přerušení těchto spojů dojde během diferenciace.

Extracelulární matrix (mezib. materiál – ECM)

• Je to materiál, který vyplňuje prostory mezi bb. v mnohob. org.
• Jedná se o důležitou složku tkání mnohob. živočichů, především pojivové tkáně (obratlovci).
• Podobně i epitely obsahují extracelulární matrix ve formě bazální mem.
• Také u bezobratlých se nachází speciální ECM ve formě kutikuly, skořápek a lastur.
• Její význam není pouze strukturální, ale hraje důležitou roli i v embryogenezi – usměrňování migrace bb., při jejich proliferaci a diferenciaci. Mimo to je důležitá pro metabolismus a tvar bb.

Makromolekuly tvořící ECM

• Jsou produkovány bb. jako jsou fibroblasty, chondroblasty a osteoblasty.
• 2 skupiny makromolekul:
• tvořící výrazné vláknité struktury
• netvořící vlákna (amorfní složka).
• Vláknité struktury: kolagen, elastin – fibrilární, označují se jako adhezivní glykoproteiny. Nacházejí se blízko b. povrchu – pericelulární složky ECM (nektiny).
• Amorfní struktury: polysacharidy – glykosaminoglykany, proteoglykany tvoří rosolovitou až gelovitou hmotu, ve které je vláknitá složka. Hydratovaná forma – vodní fáze (difůze živin, metabolitů a hormonů mezi krví a bb. – tkáňový mok).

Kolagen

• Vláknité glykoproteiny přítomné u všech mnohob. živočichů (nejvíce bílkovin u savců 25% ).
• Tato vlákna mají odolnost vůči tahu a tlaku a jsou tvořena 3 a-řetězci polypeptidů, které se mezi sebou obtáčejí a vytvářejí strukturu, která se nazývá helix (vlákno – 300 x 1,5 nm, častý je glycin, hydroxy- a lysin, hydroxy- a prolin). Polypetidové řetězce à ribosomy, ER, GC – prokolagen a jeho glykosylace, hydroxylace. Mezi molekulami kolagenu dochází k zesíťování.
• hlavních typů kolagenních vláken je 5:

• I – kůže, šlacha, vazy, kost, dentin, rohovka (90% kolagenů)

• II – chrupavka, chorda, sklivec

• III – kůže, cévy

• IV – bazální mem.

• V – v pojivech mimo chrupavku.

Elastin

• Pružnost v ohybu a natažení (kůže, plíce, cévy), společně s kolagenem zabrání natažení a ohybu nad mez únosnosti.
• Vyskytuje se v malém množství v kůži, ale velkých cévách a specializovaných vazech tvoří až 50% sušiny.
• 2 složky - amorfní (90% vlákna) a mikrofibrilární – fibrily (f=10-12 nm).
• Najdeme ho u obratlovců, ale ne u bezobratlých (nahrazen abduktinem – měkkýši, resilin – hmyz).
• Konformace molekuly se blíží náhodně svinutému klubku.
• Syntéza probíhá ve fibroblastech – tropoelastin.
• K zesíťování dochází mimo b. – vlákna i plochy.

Fibronektiny

• Jsou adhezivní glykoproteiny na povrchu bb., v ECM, v bazálních mem. a tělních tekutinách. Podle původu se liší ve struktuře i v chemických vlastnostech.
• Společný základ: 2 podjednotky, které jsou vázány disulfidicky a mol. hmotnost = 220 000. Váže se ke kolagenu, heparinu a fibrinu. Indukuje adhezi b. k substrátu i buňkám.
• Je syntetizován a přítomen kolem fibroblastů, endotelových bb., chondrocytů, glií a monocytů.Vytváří fibrilární síť a je ve značném množství přítomen v krvi (plazma - 0,3 g/l). Stimuluje bb. k pohybu a migraci bb. (embryogeneze).

Laminin

• Glykoprotein přítomný v bazálních mem. epitelů přímo v místech sousedících s bb.
• Podílí se na interakci mezi nimi a bazální mem.
• Je tvořen 3 řetězci o m.h. 200 000 (a-řetězec) a 1 řetězcem (b-řetězec). 12-15 % sacharidů – symetrický kříž.
• Zprostředkovává vazbu bb. s kolagenem IV. Na bb. se váže podobně jako fibronektin. Podílí se na tvorbě bazální mem.

Bazální membrána

• 40-120 nm tenkou strukturu dělíme na světlé části lamina lucida (laminin, fibronektin) a tmavou lamina densa. Pod ní je vazivo – l. reticularis.
• Specializovaná ECM, která podkládá všechny epitely, obklopuje jednotlivé svalová vlákna, tukové a Schwanovy bb. Odděluje bb. od okolního, podložního vaziva nebo 2 odlišné b. vrstvy. Je bariérou proti vnikání některých jiných b. typů (fibroblasty) do epitelu, naopak propouští lymfocyty, makrofágy a výběžky nervových bb. Podílí se na diferenciaci a ovlivňuje metabolismus bb. Dráha pro migraci e. bb.