Hücre-hücre veya hücre-ekstrasellüler matris arasındaki etkileşimden sorumlu olan hücre yüzeyi proteinleri olan "Hücre Adhezyon Molekülleri" hakkında sunum.

1. Hücre Adezyon Molekülleri
Özgün Özalay
Ege Üniversitesi – Sinirbilim
www.ozgunozalay.com

2. Hücre Adezyon Molekülleri
Hücre-hücre veya hücre-ekstrasellüler matris arasındaki etkileşimden sorumlu
olan hücre yüzeyi proteinleridir.
Karşı hücre yüzeyinde bulunan moleküllerle etkileşime geçerler. Bu etkileşim 2
türlü olabilir;
Homofilik etkileşimler: Özdeş moleküller arasında gerçekleşen trans
etkileşimler.
Heterofilik etkileşimler: Farklı moleküller arasında gerçekleşen etkileşimler.
Sinir sisteminde, sinaptik bağlantıların oluşmasında her açıdan, gelişimden
düzenlemeye kadar, çok önemli göreve sahiptirler. Sinaptik bağlantıların düzgün
bir şekilde yapılması ve düzenlenmesi, nöral ağlardaki bilgi akışının sağlıklı
olması için vazgeçilmezdir.
Bu moleküllerin aracılık ettiği biyolojik süreçler adeziv veya repulsive(inhibitör)
olabilir. Ancak hücre yüzeyinde bu moleküllerin pek çok çeşidi bulunduğundan
ve tüm süreç başka hücreler arası sinyallerle de modüle edilebildiğen tek bir
molekülün etkisinden ziyade net etkiden söz etmek daha doğrudur.

3. Sınıflandırma
4 ana gruba(superfamily) ayrılmıştır.
I.IgCAMler
II.Cadherinler
III.Integrinler
IV.CLTD(C-tip lektin benzeri domain) proteinleri
Bu gruplardan ilk 3'ünün sinir sistemindeki pek çok süreçte görev aldığı
gösterilmiştir. Ancak CLTDler daha çok immün sistemde görev yapmaktadır.
Yangılı MSS bölgelerine lemfosit üretimi ve migrasyonunda görevleri vardır.
Bu grupların dışında, netrin/neurexin ve semaforin ailesinden bazı adezyon
molekülleri sinaps oluşumu ve plastisitedeki fonksiyonel görevleri nedeniyle
günümüzde ilgi çeken araştırma konularından biri olmuştur.

4. IgCAM Grubu
IgCAM grubunun tipik özelliği, immünoglobulinlerin Ig bölgesine benzer amino
asit dizisine benzer bir Ig-benzeri bölgesinin olmasıdır.
Yapısal olarak, Ig bölgeleri, 70-110 amino asitten oluşan benzersiz bir
immünoglobulin katlanmasına sahiptir.
Ig-benzeri bölgeler proteinlerde sıklıkla bulunur. Insan genomunda 750'den
fazla, en azından 1 Ig-benzeri bölge içeren protein tanımlanmıştır.
Çok farklı tiplerine rağmen en çok görülenler, immünoglobulinlerin sabit ve
değişken bölgelerinde bulunmalarına göre isimlendirilen alt tipleri 2 tanedir;
I.C tip (Sabit)
II.V tip (Değişken)

6. IgCAM Grubu
IgCamler çeşitli hücre tiplerinde, neredeyse tüm organlarda bulunmaktadır.
Daha çok kalsiyumdan bağımsız hücreler arası iletişime 2 şekilde aracılık
ederler;
1)Homofilik etkileşimler: IgCAM A => IgCAM A
2)Heterofilik etkileşimler: IgCAM A => IgCAM B
Ancak IgCAMler, hücre ve ekstrasellüler matris arasında da heterofilik
etkileşimlere neden olabilirler.
2 ana gruba ayrılır;
1) Bir (Po ve Thy-1 proteinleri) veya daha fazla (MAG) Ig-benzeri bölgesi olanlar
2) Ig-benzeri bölgesine ek olarak fibronektin tip III tekrarları olanlar

8. IgCAM Grubu
Po PSS myelininde hızlı ve etkili bir saltatuar etki yaratılması.
Thy-1 Daha sık nöronal yapılarda bulunmasına rağmen bazı glial
hücrelerde de bulunabilir. Yetişkin beynindeki sinapsların stabilize edilmesinde
görev aldığı düşünülüyor.
MAG(Myelin-assc glycoprotein) SSS ve PSS'de bulunur ve gelişim ve
rejenerasyon sırasında myelinizasyonda görev alır.
NCAM En eski nöral CAM. IgCAMler için prototip olarak kabul edilse de,
uzun sialic asit polimerleri olan özgün bir glikan yapısına sahiptir. Bu glikan diğer
glikoproteinler üzerine nadiren bulunur ve nöral gelişim ve sinaptik plastisite
üzerinde kendine özgü etkileri vardır. 3 ana isoformu vardır, NCAM 120, NCAM
140 ve NCAM 180.
Özellikle fibronektin tip III tekrarları olan IgCAMler Roundabout (Robo) ailesi
reseptörlere sahiptirler. Bu reseptörler axon yönlendirilmesinde rol almaktadır.

10. Cadherin Grubu
Cadherinler birkaç alt aileden oluşan bir transmembran protein ailesidir.
Tüm cadherinlerde en azından 2 adet ekstrasellüler cadherin tekrarları(EC)
bulunmaktadır. Her tekrar, kendi üzerine katlanmış, herbiri 7 β-telinden oluşan iki
yüzeye sahiptir. Bu yüzeyler adezyon ve hücre-hücre temasına aracılık ederler
ve kalsiyum ile birbirlerine tutunurlar(Calcium-dependant adherent protein)
Cadherinlerin çok çeşitli biyolojik fonksiyonları vardır. Bunlar arasında hücre
tanımlamasının düzenlenmesi, doku morfogenezi, tümör ilerlemesi, sinaps
formasyonu ve sinaptik aktivite gibi çok önemli fonksiyonlar vardır.
En iyi çalışılan alt ailesi trans homofilik adezyonda fonksiyonu gösterilmiş
Tip-I(klasik) Cadherinlerdir. Önceleri her tip cadherinin homofilik olduğu
düşünülüyordu ancak artık N-cadherinlerin R-cadherinlere de düşük affiniteyle
bağlanabildikleri gösterilmiştir. Tip-I cadherinler ekstrasellüler bölgelerinin
üzerinde sabit kavisli bir yapı oluştururlar.

13. Cadherin Grubu
Karşılıklı iki EC1 tekrarları arasında N-terminal β-ipleri değişimi sonucu oluşan
yapıya iplik dimer(strand dimer) adı verilir. Yapısı önceden sanılanın aksine bir
fermuar şeklinde değil kafes şeklindedir.
İyi bilinen Tip-I Cadherinlerin trans homofilik adezyonu dışında diğer
cadherinlerin yapı-fonksiyonu hakkında çok az bilgi mevcuttur.
Sinir sisteminde en azından 30-40 farklı Cadherin bulunmaktadır. Gelişimin
erken safhalarında proliferatif nöroepitelyumda N-Cadherin çok miktarda
bulunmakta ve görev yapmaktadır.
Belli bir Cadherin içeren fiber traktlar, aynı Cadherin bulunan gri madde
bölgelerinin bağlantısını sağlamaktadır. Böylece spesifik bir Cadherin ile tüm bir
nöral devre işaretlenebilmektedir.

14. İntegrin Grubu
İntegrinler hücrenin ekstrasellüler matrise bağlanmasından sorumlu ana hücre
yüzey reseptörleridir. Ayrıca IgCAM ailesiyle etkileşime girerek hücre-hücre
adezyonunda da önemli rol oynarlar.
Non-kovalent bağlı α ve β alt üniteleri, basit bir transmembran bölgesi ve kısa bir
sitoplazmik kuyruğu olan trans-membran heterodimer proteinlerdir.Memelilerde
24 adet farklı (18 α ve 8 β) alt ünitesi bulunmaktadır.
Çoğu integrin geniş protein ligandlarında görece kısa bir peptid sekansını
tanıyarak görev yapar. Bu ligandlar arasında genelde Arg-Gly-Asp(RGD) amino
asit sekansı ortaktır. Günümüzde, RGD içeren ligandları tanıyan en azından 8
integrin bilinmektedir. Genel olarak integrin bağlanma motifi olarak düşünülse de
tüm integrinlerin RGD sekansını tanıdıkları gösterilmemiştir.
Eldeki yeni verilerle integrinlerin tek bir ligand tipine özel olmadığı ve pek çok
integrin-bağlama ligandlarının birden çok integrin tarafından tanındığı
anlaşılmıştır.

15. Integrin Grubu
Integrin, sentez yapan hücrenin hücre iskeleti ile ekstrasellüler ligand arasında
oluşan bağda fonksiyon görür. Neredeyse tüm integrinlerde bağlantı aktin hücre
iskeletinedir. Ancak bu bağ direkt değil, integrinlerin büyük multi-moleküler
proteinler üretip bunlarla aktin hücre iskeletine tutunmasıyla oluşan indirekt bir
bağdır.
Integrinler daha çok PSS'de görev almaktadırlar; nöromusküler kavşak(motor
nöron terminali ile kas fiberi arasındaki sinaptik bağlantı) ve glial
hücrelerin(Schwann) gelişimi.
Integrinlerin MSS'deki görevleri; migrasyon, diferensiyasyon, axon ve dendrit
büyümesi, sinaps oluşumu ve myelinizasyon. Bunlara ek olarak lemfositlerin
yangılı MSS'e girişinde rol oynarlar.

16. Integrin Grubu
Integrinler transmembran reseptörleri arasında çift taraflı sinyal iletimi
yapmalarından dolayı farklı bir yere sahiptir. Integrin fonksiyonu hücre içi
sinyallerle düzenlenebildiği gibi(içten-dışa sinyalizasyon) ekstrasellüler
ligandların bağlanması hücre içi sinyal yolaklarını harekete
geçirebilmektedir(dıştan-içe sinyalizasyon).
Integrinler diğer bir önemli fonksiyonuda myelinizasyondur.
PSS'de; myelin yapımından sorumlu laminin reseptörleri α6β1, α6β4 ve α7β1
gösterilmiştir. Knock-out sıçan deneylerinde Schwann hücrelerinde β1 ve β4
integrin alt üniteleri olmayan sıçanlarda myelinizasyonun yapımında ve
bakımında bozukluklar görülmüştür. Abaxonal yüzeyde bulunan integrin α6β4,
Schwann hücrelerinin basal laminaya tutunmasında önemli rol oynamaktadır. β1
alt ünitesi olmayan sıçanlarda ise aktif myelinizasyon sırasında Schwann
hücrelerinin radyal bir şekilde gönderdiği uzantıların oldukça bozulduğu
gözlemlenmiştir.
SSS'de; oligodendrositlerin de laminin reseptörü (α6β1) olmasına rağmen henüz
integrinlerle bu reseptörlerin arasındaki ilişki pek iyi tanımlanamamıştır.

17. Integrin Grubu

18. İşbirliği ve İletişim
Nöronlar arası sinapslar oldukça özelleşmiş hücre-hücre
kavşaklarıdır.Nöronların sinapslar oluşurken çok fazla sayıda istenmeyen
potansiyel aday arasından kendilerine uygun sınırlı sayıdaki hedeflerine
yönelmeleri yüksek bir kesinlik gerektirmektedir.
Yapılan çalışmalarda gelişim süresince meydana gelen bu sıkı kontrol gerektiren
sürecin tamamen olmasa da büyük oranda moleküler sinyallerle düzenlendiği ve
tam fonksiyonel bir sinaps oluşumunda adezyon moleküllerinin hayati rol
oynadığı anlaşılmıştır.
SSS'nin karmaşık yapısından dolayı günümüzde çalışmalar eksitatör
glutamaterjik sinapslarla sınırlıdır.

19. İşbirliği ve İletişim

21. Nöron ve Glia Hücre İskeleti
Özgün Özalay

22. Hücre İskeleti
Biyokimyasal ve immunolojik markerlarla işaretlenmiş nöronal toplulukların
fonksiyonları(bulundukları yerler) morfolojik yapılarıyla çok yüksek oranda ilişkili
bulunmuştur. Hücre morfolojisinin altında yatan protein ve hücresel yapıları
anlmak, nöral fonksiyonların anlaşılması için temeldir.
Hücre iskeleti , hücre şeklinin oluşturulmasında ve düzenlenmesinde önemli bir
rol oynar. Ökaryotik hücrelerde birkaç görevi vardır;
Hücre içinde yapısal bir organizasyon sağlayarak metabolik bölümlerin
oluşmasına yardımcı olur.
Hücre içi transport için yol görevi görürler.
Hücresel yapı için çekirdek altyapıyı oluşturur.

23. Hücre İskeleti
Ökaryotik hücrelerde birbirleriyle etkileşim halinde olan 3 farklı yapı
bulunmaktadır;
1)Mikrotübüller (MTs)
2)Nörofilamentler (NFs)
3)Mikrofilamentler (MFs)

25. Mikrotübüller (MTs)
Nöronal MTs, diğer ökaryotik hücrelerde bulunanlara yapısal olarak
benzemektedir.
Ana yapı 50kDa tübülin alt ünitelerinin bir polimeridir. α ve β-tübülin
heterodimerleri uç uca hizalanarak protofilamentleri oluşturur. Bunlardan 13
tanesi dış çapı 25nm olan içi boş bir tüp oluşturmak için lateral olarak birbirlerine
eklenirler.
β-tübülin alt ünitesi ,yeni tübülin
dimerlerinin eklenmesi için tercih edilen
uç olan pozitif uçta bulunmaktadır. Karşı
negatif uç, benzer tubulin
konsantrasyonlarında daha yavaş
büyüme gösterir. Yeterli serbest
mikrotübül varlığında, her iki uçtaki
ekleme/çıkarma işlemlerinin dengesi net
mikrotübül gelişimini belirler.

26. Mikrotübüller (MTs)
Mikrotüllerin sabitlenmesi(anchoring) ve nükleasyonunda üçüncü farklı bir
tubulin sınıfı olan γ-tübüline ihtiyaç vardır.
Axonal MTs 100 nanometreden daha uzun olabilirler ancak uniform polariteleri
vardır(pozitif uçların hepsi distal yönde).
Dendritik MTs daha kısa ve genellikle karışık polarite gösterirler(%50 artı uç-
distal).

29. Mikrotübüller (MTs)
Tübülin izotipleri, post-translasyon modifikasyonları ve MAP etkileşimlerinin
meydana geldiği karboksi terminuslarında farklılık gösterirler.
Çoğu α ve β-tübülin izotipleri tüm dokularda bulunmaktadır, ancak bazı
izotipler belli dokularda daha fazla bulunur. Class III ve IV β-tübülinleri
nöronlara özgüdür.
Her bir tübülin izotipinin hücresel fonksiyonu henüz bilinmemekle birlikte
yapılan çalışmalarda farklı tübülinlerin nöronların gelişimi ve fonksiyonu
sırasında farklı roller üstlendikleri anlaşılmıştır.
Beyin MTs çeşitli post-translasyonel modifikasyonlara sahiptirler. Memeli
tübülini saflaştırılıp analiz edildiğinde 20'den fazla farklı isoform
gözlemlenmiştir.
En sık çalışılan post-translasyonel modifikasyon tipi α-tübülin detirozinasyon
ve asetilasyondur.

30. Mikrotübüller (MTs)
Canlı vücunda MTs, microtubule-associated protein (MAP)lerin heterojen
setlerini içerir. MAPs, serbest tübülinlerden ziyade MTs ile etkileşime girer ve
MTs içindeki tübülinleri ekleyip/çıkararak iskelet bütünlüğünü sağlamaya
yardımcı olurlar.
Beyin MAPs 2 aile olarak gruplanabilir;
1) MAP1 (1A ve 1B)
2)MAP2/tau (2A ve 2B) ve tau proteini

31. Intermediate Filament (IFs)
Hücre iskeleti elemanlarından biri olan IFs, sıradışı hücre özelleşmesi
göstermesinden dolayı sıklıkla hücre farklılaşması belirteci olarak kullanılırlar.
Nörofilamentler (NFs) diğer IFs den farklıdırlar, çünkü yüzeylerinde yan kollara
benzer uzantıları vardır. Bu nedenden dolayı nöronal olmayan hücrelerdeki IFs
sıkı paketlenmiş olmasına karşın NFs geniş boşluklara sahiptirler.
Sinir sisteminde, farklı hücresel dağılım ve gelişim gösteren çok çeşitli IFs
bulunmaktadır. Moleküler heterojenitelerine rağmen tüm IFs 8-12 nm çapında
katı, iplik benzeri fiberler şeklindedirler. NFs yüzlerce mikrometre uzunluğunda
olabilir ve yan kollara sahiptir, glia ve diğer non-nöronal hücrelerde daha kısa ve
yan kolları yoktur.

32. Intermediate Filament (IFs)
Myelinli axonlardaki primer tip IFs, 3 alt ünite proteinden (nörofilament triplet)
meydana gelmiştir;
1)NF high-molecular-weight alt ünitesi (NFH)
2)NF middle-molecular-weight alt ünitesi (NFM)
3)NF low-molecular-weight alt ünitesi (NFL)
NF triplet proteinleri, sadece nöronlarda
bulunan ve karakteristik bölgesi bulunan
tip IV IF proteinleridir.

33. (a) Mechanical support. The epidermis is a good example to illustrate this function that is shared by all major types of intermediate filament (see Table 1). Keratin intermediate
filaments are abundant in keratinocytes, ranging from > 10% of total proteins in progenitor basal cells to > 70% in late-differentiating cells. Changes in filament colour reflect
differential expression and composition of keratins in basal, early- and late-differentiating cells (differentiation proceeds with the arrow). Keratin filament networks extend
throughout the entire cytoplasm in individual keratinocytes and are integrated between cells by attachment at desmosome cell–cell junctions (red dots) and between basal cells
and the basal lamina by attachment at hemidesmosomes (yellow dots). This organization maximizes the mechanical support provided by keratin filaments. (b)
Cytoarchitecture. In motor neurons, the radial growth of axonal processes requires their interaction with neurofilaments (light blue) to exhibit correct stoichiometry between the
light (NF-L), medium (NF-M) and heavy (NF-H) subunits (see Table 1). The large C-terminal tail domains of NF-H (red) and NF-M (orange) subunits are hyperphosphorylated
and project away from the filament core, thereby determining interfilament spacing and axonal calibre. The many neurofilaments interact with the less frequent microtubules
(dark blue) and with subcortical actin filaments (dark green) through cytoskeletal linker proteins, such as plectin and BPAG1 (yellow). Adapted from reference 32. A
cytoarchitecture role has also been shown for nuclear lamins and other cytoplasmic intermediate filaments, such as desmin and keratin. (c) Cell migration. In circulation,
lymphocytes resist haemodynamic and mechanical stresses, owing in part to their vimentin intermediate filament network (see Table 1), which is organized in a cage
configuration at the cytoplasmic periphery (left cell). After chemokine-induced chemotaxis, for example at sites of active inflammation, vimentin intermediate filaments are
rapidly move to the perinuclear region at the cell uropod. This is made possible partly through the site-specific phosphorylation of vimentin subunits (depicted by a change in
filament colour in the cell, right), and correlates with a softening of the viscoelastic properties of the cytoplasm, presumably to allow the pliability needed during extravasation.
The same general principles underlie the ability of epithelial cells to migrate into a wound site after injury. (d) Signal modulation. Cytoplasmic intermediate filaments can bind

34. Nörofilamentler (NFs)
Tüm nöronların NFs yoktur. (Eklembacaklılar). Ayrıca sinir sisteminde olgun
oligodendrositler IFs içermezler.
IFs hücre yaşamı için şart değildir ancak geniş myelinli fiberlerde NFs axonal
hacmin büyük bir kısmını oluşturur ve toplam beyin proteinlerinin önemli bir
kısmını oluşturur.
Nöron ve gliadaki NFs, hücresel ve axonal hacmi regüle ettiği gibi geniş çaplı
fiberlerde axonal kalibrasyonu sağlarlar.
NFs sıradışı bir metabolik stabilite gösterirler ve bu özellikleri, onları nöronal
morfolojiyi sağlama ve düzenlemeye çok uygun hale getirir.

37. Aktin MFs
Aktin MFs nöron ve glialarda bulunur ancak daha yoğun olarak kortikal
bölgelerde plasmalemmaya yakındırlar. Özellikle presinaptik terminallerde,
dendritik dallar ve büyüme konilerinde konsantre olmuşlardır.
MFs , membran iskeletinin ana bileşenidir ve bu olgun nöronlardaki ana
görevidir.
Aktin iskelet aynı zamanda Golgi complex (GC)
morfolojisinde önemi bir rol oynar. Aktin ve
ilişkili proteinler(spectrin,myosin) GC ile ilgilidir
ancak rolleri henüz anlaşılamamıştır. Ancak
aktin filamentlerinin sitoplazmik düzenlenmesi,
GC'nin subcellular lokalizasyonu ve şekli ile
direkt ilişkilidir.

38. Axon ve Dendritler
Bir nöronun farklı bölgelerinde hücre iskeleti hem kompozisyon hem de
fonksiyon anlamında farklılıklar gösterir. Nöronun polarize şeklini koruyabilmek
için hücre iskeletinin, sitoplazma ve membran elemantlarının belli bir hedefte
hedeflenip birleşmesi gerekmektedir.
Postmitotik nöronlar ilk olarak pek çok nörotik uzantılar yapar/uzatır. Bu erken
nöritler boy olarak oldukça kısadır, ve hepsinin pozitif uçları hücre gövdesinin
distal tarafına uzanmıştır, MTS, MAP2 ve TAU proteinlerine sahiptir.
Akson oluşturan nöronlarda sadece bir nörit diğerlerinin boylarını geçer ve
büyümeye devam ederek tek aksonu oluşturur. Yön bilgisi içermeyen kültür
şartları altında akson sağlıklı büyüyemez ve stokastik olur. Akson büyüdükçe
MAP2 proteinini kaybeder bu sırada TAU proteininden zengin hale gelir ve
fosforile olur.

39. Axon ve Dendritler
Akson ve dendritler olgunlaştıkça farklılıkları belirginleşir. Aksonlarda MTs pozitif
uçları hücre gövdesinin distalinde uniform oryantasyona, dendritlerde ise MTs
her iki oryantasyona da sahiptir.
MAP2 mRNA dendritlere taşınan ve yerel olarak translasyona uğrayan birkaç
özel mRNA çeşidinden biridir.
TAU sadece büyüyen aksonal uzantılarda değil aynı zamanda akson olacak
uzantının ilk oluşumunda da etkili gözükmektedir. Eğer TAU expresyonu bloke
edilirse akson oluşmaz.
Aksonal ve dendritik mikrotübüllerin her ikisi de diğer hücrelerde olduğu gibi
MTOC de nükleasyon sürecini tamamlarlar. MTOC ile ilişkili kalmak yerine nöritik
MTs MTOC den serbestlenir ve nörite taşınır.

41. Etkileşim
Her hücre iskeleti elemanı farklı bir yapı, stabilite ve dağılıma sahip olmasına
rağmen her üçüde birbiriyle etkileşim halindedir.Birbirlerini tamamlayan
fonksiyonları ve koordine düzenlenebilirler.
Nöronların nasıl düzgün sinaptik bağlantılar yapabildikleri hala çok ilgi çekici bir
konudur. Bu işlemin ilk aşamaları nörit oluşması ve yön bulmadır. Büyüme
konisinin ucu bir ortam içinde büyüdükçe ekstrasellüler ipuçlarını yorumlayarak
büyüyen nöriti doğru yöne sevk etmektedir. Büyüme konileri hem çekici hem de
itici ipuçlarını değerlendirerek aktin ve MT iskeletlerini stabilize, destabilize ve
düzenleme yaparak yönlendirilmiş büyümesine izin verir.

42. Etkileşim
Akson ve aksonu miyelinleyen glia arasındaki ilişki askondan kaynaklanan
sinyaller ve buna glia hücresinin verdiği cevaplardan oluştuğu düşünülüyordu.
Ancak son çalışmalara göre aksonal iskelet de aynı zamanda glial iletişimlerden
etkilenmektedir. Aksonal hücre iskeleti elemanları çevreden gelen sinyaller
aracılığıyla sürekli bir modülasyon altındadır. Bu sinyaller aksonal dallanma,
sinaps oluşumu ve aksonal kalibrasyonda önemli roller oynamaktadır.