Termin 1 · Cellbiologi · PBL Fall 7
ECM
Bindvävsstruktur, celladhesion och vävnadsintegritet
01 · Fallet
Patientfallet
Mia, 22 år, söker för återkommande ledproblem. Besvären sitter inte i en enda led utan drabbar hud, leder och kärl samtidigt. Den kombinationen pekar bort från en lokal skada och mot en defekt i den extracellulära matrixen (ECM), det stödjevävnadsnätverk som håller ihop nästan alla vävnader.
Symtombild
- Hyperflexibla leder
- Kan böja tummen till handleden
- Återkommande luxationer
- Axlar och knän "hoppar ur led"
- Hudförändringar
- Mjuk, sammetsaktig, hyperelastisk hud
- Dålig sårläkning
- Atrofiska ärr, "cigarettpappersärr"
- Blåmärken
- Lätt att få stora hematom
- Kronisk smärta
- Muskulo-skeletal värk
Ledmobilitet: Beighton Score 8/9
- Tumme till handlov: bilateralt möjligt
- Lillfinger: hyperextension >90° bilateralt
- Armbågar: hyperextension >10°
- Knän: hyperextension >10°
- Framåtböjning: handflator på golv med raka ben
Hudförändringar
- Hyperelasticitet: huden kan dras ut >1,5 cm
- Sammetsmjuk textur: ovanligt len hudkänsla
- Translucens: kärl synliga genom huden
- Atrofiska ärr: tunna, vida ärr på knän och armbågar
Familjehistoria
Flera släktingar i rakt nedstigande led har liknande besvär, vilket talar för ett ärftligt tillstånd snarare än en förvärvad skada.
Mamma (48 år)
- Liknande ledproblem i ungdomen
- Hjärtklaffsprolaps (ekokardiografi)
- Återkommande tarmproblem
Mormor (74 år)
- Flera arteriella aneurysm
- Tidig artros trots "mjuka leder"
- Katarakt i ung ålder
Utredning och fynd
- Genetisk analys
- COL5A1-mutation, heterozygot patogen variant. Kollagen V-brist med reducerad mängd normalt kollagen V. Ärftlighet: autosomal dominant.
- Bildgivning
- Ekokardiografi: lindrig mitralisprolaps. Röntgen leder: normal benstruktur, inga frakturer. MR knä: förtunnad ledkapsel.
- Laboratorie
- Kollagentypning: abnorm kollagen V/I-ratio. Elektronmikroskopi: oregelbundna kollagenfibriller. Biokemiska markörer: förhöjda kollagennedbrytningsprodukter.
Differentialdiagnoser
Flera ärftliga bindvävssjukdomar ger överlappande symtom. De skiljs åt på vilken gen och vilket protein som är drabbat, och det är den molekylära diagnosen som styr prognos och uppföljning.
Bindvävssjukdomar
- EDS klassisk typ: COL5A1/COL5A2
- EDS hypermobil typ: okänd genetik, mildare
- Marfans syndrom: FBN1, mer kardiovaskulärt
- Osteogenesis imperfecta: COL1A1/COL1A2
Förvärvade tillstånd
- Benign ledmobilitet
- Hypermobilitetssyndrom
- Reumatoid artrit (ung debut)
Central fråga: hur kan en enda genetisk defekt i kollagen V förklara så vitt skilda symtom i hud, leder, kärl och organ? Kollagen finns i nästan all bindväv, så när byggstenen är defekt drabbas hela kroppen samtidigt. Resten av fallet bygger upp den förståelsen, från ECM:s grundkomponenter till hur cellerna fäster i och rör sig genom matrixen.
02 · Prioritera
Tentafokus
Det här måste du kunna på fallet:
- ECM-komponenternakollagen, elastin, proteoglykaner och basalmembran, och vad var och en bidrar med (styrka, elasticitet, volym, gränsyta)
- Kollagensyntesen i en intracellulär och en extracellulär fas, samt kollagentypernas lokalisering (typ I–V)
- Celladhesion via integrinerheterodimerer, inside-out vs outside-in och fokala adhesioner
- De fyra cell junctions (tight, adherens, desmosom, gap) och vad var och en kopplar
- Cytoskelettets tre system (aktin 7 nm, intermediärfilament 10 nm, mikrotubuli 25 nm) och deras motorproteiner
- Hur kollagen V-bristen i EDS klassisk typ ger systemisk vävnadssvaghet
ECM är inte passiv fyllnad utan en aktiv miljö som ger vävnaden form, fäster cellerna och lagrar signalmolekyler. När ramverket är defekt slår det mot hud, leder, kärl och organ samtidigt, precis som hos Mia.
03 · Struktur
Extracellulär matrix
ECM byggs av tre proteinklasser som kompletterar varandra och tillsammans ger vävnaden dragstyrka, elasticitet och volym. En bra bild är armering, gummiband och vattenkudde. När en av dem fallerar ändras vävnadens mekaniska egenskaper på ett sätt som är typiskt för just den komponenten.
Kollagen
Strukturell ryggrad, drag- och brotthållfasthet.
Elastin
Elasticitet och återfjädring, kan sträckas och återgå.
Proteoglykaner
Hydratisering och volym, bildar en hydrogel.
Elastin
Elastin ger vävnader förmågan att återta sin form efter sträckning. Det är därför rikligt där upprepad töjning sker: i kärlväggar, lungor och hud.
- Komposition
- Hydrofoba aminosyror, rikt på glycin och prolin
- Korsbindningar
- Desmosin och isodesmosin (unika för elastin)
- Egenskaper
- Kan sträckas kraftigt och återgå utan energiåtgång
- Lokalisering
- Kärlväggar, lungor, hud
En elastisk fiber är inte rent elastin. Den har en mikrofibrillär kärna av fibrillin (fibrillin-1 och -2) som amorft elastin avlagras på. Mikrofibrillerna är mallen under assembleringen. Därför kan en fibrillin-defekt ge elastiska problem trots att själva elastinet är normalt.
Proteoglykaner och GAG-typer
En proteoglykan är ett kärnprotein klätt med långa, negativt laddade glykosaminoglykankedjor (GAG). Den negativa laddningen drar till sig vatten och katjoner, och den vattenbindningen ger brosk och bindväv sin volym och kompressionsmotstånd.
| GAG | Lokalisering | Egenskap |
|---|---|---|
| Hyaluronsyra | Bunden ej kovalent till protein | Extremt hydrofilt, hög molekylvikt |
| Kondroitinsulfat | Brosk (dominerande GAG) | Kompressionsresistens |
| Heparansulfat | Basalmembran | Binder tillväxtfaktorer |
Proteoglykanernas funktioner följer av deras laddning och vattenbindning:
- Vätskehomeostas: binder vatten och skapar en hydrogel som ger volym.
- Jonbyte: den negativa laddningen binder katjoner reversibelt.
- Molekylfiltrering: fungerar som en storleks- och laddningsbarriär.
- Signalering: utgör en reservoar som lagrar och frisätter tillväxtfaktorer.
04 · Strukturprotein
Kollagen
Kollagen är ECM:s strukturella ryggrad och kroppens vanligaste protein. Den gemensamma byggstenen är en trippelhelix av tre α-kedjor, men typerna skiljer sig i lokalisering och struktur, och därmed i vilken sjukdom en defekt ger. Mias defekt sitter i typ V, så håll ett extra öga på den raden.
| Typ | Lokalisering | Funktion / patologi |
|---|---|---|
| I | Ben, hud, senor, ligament | Vanligast (~90 %), huvudsakligt strukturkollagen · Osteogenesis imperfecta |
| II | Brosk, glaskropp | Broskstöd och elasticitet |
| III | Kärlväggar, hud, inälvor | Tunnare fibriller · tidig sårläkning, kärlintegritet |
| IV | Basalmembran | Bildar nätverk (ej fibriller) · filtreringsbarriär, cellstöd |
| V | Co-distribuerat med kollagen I | Reglerar kollagen I-fibrillbildning · EDS klassisk typ (Mias defekt) |
Kollagen I är en heterotrimer, [α1(I)]₂α2(I); typ II är en homotrimer av tre identiska α1(II)-kedjor.
Kollagensyntesen är ovanlig på så vis att den fortsätter utanförcellen. Inne i cellen byggs en löslig prokollagen-molekyl med skyddande propeptider. Först efter sekretion klyvs propeptiderna bort, varpå molekylerna packar ihop sig till olösliga fibriller. Så undviks att fibrillerna bildas för tidigt och skadar cellen inifrån.
Intracellulär fas
- 1Pro-kollagensyntes i rER
- 2Hydroxylering av prolin och lysin (vitamin C-beroende)
- 3Glykosylering och trippelhelix-bildning
Extracellulär fas
- 1Sekretion och propeptidklyvning
- 2Självassociering till fibriller
- 3Korsbindning via lysyloxidas som stärker fibrillerna
05 · Specialiserad ECM
Basalmembran
Basalmembranet är en tunn, specialiserad form av ECM som ligger som en matta under allt epitel och endotel. Det avgränsar epitelet från underliggande bindväv och fungerar samtidigt som fäste och filter. Membranet är uppbyggt i två skikt med olika komponenter och roller.
Lamina lucida
- Lokalisering: närmast cellen
- Komponenter: laminin, entaktin/nidogen
- Funktion: celladhesion via integriner
Lamina densa
- Lokalisering: längre från cellen
- Komponenter: kollagen IV, perlekan
- Funktion: nätverk som ger strukturell integritet
Funktionerna följer av läget i gränsytan:
- Strukturellt stöd: förankrar epitelet mot underliggande vävnad.
- Filtreringsbarriär: central i den glomerulära filtrationen i njuren.
- Gränsdefinition: separerar vävnadsfack och hindrar epitelceller från att vandra fritt.
- Signalplattform: binder och presenterar tillväxtfaktorer för cellerna ovanför.
06 · Cell–ECM
Celladhesion & integriner
Integriner är de huvudsakliga receptorerna som fäster cellen vid ECM. De är heterodimerer av en α- och en β-underenhet och signalerar i båda riktningar genom membranet. Cellen kan reglera sin egen vidhäftning, och ECM kan i sin tur styra cellens beteende.
Inside-out signalering
Intracellulära signaler → konformationsändring → ökad affinitet
- Talin binder β-svansen
- Böjd → utsträckt konformation
- Ligandbindande site exponeras
Outside-in signalering
Ligandbindning → klusterbildning → intracellulär signalering
- Fokal adhesion-bildning
- Cytoskelett-koppling
- Kinasaktivering
Viktiga integrin-subtyper
Vilken ligand en integrin binder bestäms av kombinationen av α- och β-underenhet. Flera känner igen den korta RGD-sekvensen som finns i fibronektin och andra matrixproteiner.
| Integrin | Ligand | Funktion |
|---|---|---|
| α1β1, α2β1 | Kollagen I, IV | ECM-adhesion |
| α5β1 | Fibronektin (RGD) | Klassisk fibronektinreceptor |
| αVβ3 | Vitronektin, fibrinogen | Angiogenes, trombocytaktivering |
| α6β4 | Laminin | Hemidesmosom-bildning |
Fokala adhesioner
En integrin sitter inte ensam. Den samlas i stora proteinkomplex, fokala adhesioner, som länkar integrinerna till aktincytoskelettet och översätter mekanisk kontakt till intracellulära signaler.
| Protein | Roll |
|---|---|
| Talin | Binder integrinets β-svans, aktiverar integrinet och länkar det till aktin |
| Vinculin | Förstärker integrin–aktin-kopplingen, fungerar som kraftsensor och stabiliserar adhesionen |
| Paxillin | Ställning (scaffold) och signalnav, samlar nedströms kinaser |
| FAK (Focal Adhesion Kinase) | Tyrosinkinas som signalerar från adhesionen och reglerar cellmigration |
07 · Cell–cell (rolling)
Selektiner & immunglobuliner
När en leukocyt lämnar blodet vid en inflammation sker det i två steg med två molekylfamiljer. Selektinerna medierar den första, svaga och rullande kontakten mot endotelet. Sedan står immunglobulin-adhesionsmolekylerna för den fasta adhesion som krävs innan cellen kan krypa ut.
| Selektin | Expression | Funktion |
|---|---|---|
| L-selektin | Leukocyter | Initial rullning · ligander GlyCAM-1, CD34 |
| E-selektin | Aktiverat endotel | Rekrytering · induceras av TNF-α, IL-1 |
| P-selektin | Endotel, trombocyter | Akut inflammation · snabb translokation från Weibel-Palade-kroppar och α-granula |
Immunglobulin-adhesionsmolekyler
Dessa sitter på endotelet och binder integriner på leukocyten. Paret avgör vilken leukocyt som fastnar var.
ICAM-1 (CD54)
- Expression: endotel, leukocyter
- Ligand: LFA-1 (αLβ2)
- Funktion: fast adhesion och transmigration
VCAM-1 (CD106)
- Expression: aktiverat endotel
- Ligand: VLA-4 (α4β1)
- Funktion: rekryterar monocyter och lymfocyter
08 · Vävnadsintegritet
Cell junctions
Integriner fäster cellen i ECM. Cell junctions fäster cellerna i varandra. Fyra typer håller ihop vävnaden, och du skiljer dem åt på vad var och en kopplar: en tät barriär, aktin, intermediärfilament eller en direkt kommunikationskanal.
| Junction | Funktion |
|---|---|
| Tight junction | Semipermeabel barriär mellan celler |
| Adherens junction | Aktin–aktin-koppling mellan celler |
| Desmosom | Intermediärfilament-koppling för mekaniskt motstånd |
| Gap junction | Direkt kanal för intercellulär kommunikation |
Tight junctions
Tight junctions ligger högst upp mellan epitelcellerna och tätar mellanrummet. Hur tät barriären blir avgörs framför allt av vilka claudiner som uttrycks.
Claudiner
- ~27 medlemmar
- Bestämmer permeabiliteten
- Vävnadsspecifika
Occludin
- 4 transmembrandomäner
- Reglerar stabiliteten
- Styrs via fosforylering
JAM
- Immunglobulin-lika
- Cell–cell-adhesion
- Roll i leukocyt-transmigration
Adherens junctions
Aktin–aktin-koppling via kadheriner och cateniner.
Kadheriner
- E-cadherin: epitel, Ca²⁺-beroende homofil bindning, förloras vid EMT
- N-cadherin: neuroner och endotel, viktig för neural utveckling och migration
Cateniner
- α-catenin: länkar komplexet till aktincytoskelettet
- β-catenin: kopplar cadherin till α-catenin
- γ-catenin (plakoglobin): alternativ till β-catenin
- p120-catenin: reglerar cadherinets stabilitet
Desmosomer
Desmosomer kopplar i stället intermediärfilament mellan cellerna, vilket ger vävnaden motståndskraft mot dragkrafter. Det märks tydligast i hud och hjärta.
Transmembranproteiner
- Desmoglein: cadherin-likt, autoantigen vid pemphigus
- Desmokollin: binder heterofilt till desmoglein
Intracellulära proteiner
- Plakoglobin: armadillo-familjen, likt β-catenin
- Desmoplakin: >300 kDa, förankrar intermediärfilamenten
Gap junctions
Gap junctions är den enda junctiontypen som direkt förbinder cellernas insidor via en kanal. Joner och små molekyler flödar då mellan celler utan att passera membranet.
- Struktur: 4 transmembrandomäner per connexin
- Hexamer: 6 connexiner bildar 1 connexon
- Kanal: 2 connexoner från intilliggande celler kopplas ihop
- Pordiameter: ~1,5 nm
Elektrisk koppling
- Hjärtmuskel: snabb spridning av depolariseringen
- Glatt muskel: synkroniserad kontraktion
- Nervvävnad: elektriska synapser
Metabolisk koppling
- Glukos, ATP: energidelning mellan celler
- Ca²⁺, cAMP: spridning av signalmolekyler
- Storleksgräns: molekyler <1000 Da
09 · Inre ställning
Cytoskelettet
Adhesionerna och junctionerna behöver något att förankras i, och det är cytoskelettet, cellens inre ställning. Tre filamentsystem skiljs åt på diameter, dynamik och funktion. Just den uppdelningen är en klassisk tentafråga.
| System | Diameter | Egenskap |
|---|---|---|
| Aktinfilament | 7 nm | Dynamiskt, styr cellform och migration |
| Intermediärfilament | 10 nm | Stabilt, ger mekaniskt motstånd |
| Mikrotubuli | 25 nm | Transport och cellpolaritet |
Aktinfilament & myosin
Aktinfilament är polära dubbelspiraler av G-aktin. Ändarna växer olika snabbt, och den polariteten driver både cellrörelse och kraftgenerering tillsammans med myosin.
Aktindynamik
- Nukleation: Arp2/3-komplex, formin
- Plus-end (+): snabb tillväxt
- Minus-end (−): långsam tillväxt
- Treadmilling: addition vid +, förlust vid −
Regulatorproteiner
- Profilin: underlättar G-aktin-addition
- Thymosin β4: binder upp fritt G-aktin
- Cofilin: destabiliserar F-aktin
- Capping-proteiner: blockerar plus-änden
Myosin-motorproteiner
Myosin II
- Filamentös och bipolär
- Står för kontraktil kraft
- Regleras via fosforylering av lätta kedjan
- Finns i stress fibers och kontraktil ring
Myosin I, V
- Monomera
- Membranassocierad transport
- Last: organeller och vesiklar
Aktin har fyra huvuduppgifter i cellen:
- Cellform: det kortikala aktinet bestämmer cellens morfologi.
- Migration: driver lamellipodier och filopodier framåt.
- Cytokines: den kontraktila ringen delar cellen.
- Endocytos: bidrar till invagination och avsnörning av vesiklar.
Intermediärfilament (10 nm)
Till skillnad från aktin och mikrotubuli är intermediärfilamenten icke-polära och tåliga, och deras uppgift är ren hållfasthet. Typen är vävnadsspecifik, vilket gör dem användbara som markörer i patologin.
| Typ | Lokalisering | Funktion / patologi |
|---|---|---|
| Keratiner | Epitelceller | Mekaniskt motstånd · Epidermolysis bullosa |
| Vimentin | Mesenkymala celler | EMT-markör, uttrycks vid malign transformation |
| Neurofilament | Axoner | Bestämmer axonkaliber |
| Laminer | Kärnmembran | Kärnstruktur · Laminopatier |
Mikrotubuli (25 nm)
Mikrotubuli är ihåliga rör av α/β-tubulinheterodimerer. De är polära och påtagligt dynamiska. Det gör dem till cellens transportbanor och till maskineriet som drar isär kromosomerna vid celldelning.
Polaritet & dynamik
- Plus-end: β-tubulin exponerad, snabb dynamik
- Minus-end: α-tubulin exponerad, långsam dynamik
- MTOC: microtubule organizing center (centrosomen)
Dynamisk instabilitet
- Growth: GTP-tubulin adderas
- Shrinkage: GDP-tubulin dissocierar
- Catastrophe: övergång growth → shrinkage
- Rescue: övergång shrinkage → growth
Motorproteiner
Kinesin
- Plus-end-riktad
- Anterograd transport (mot cellperiferin)
- ATP-driven
Dynein
- Minus-end-riktad
- Retrograd transport (mot kärnan)
- Större och mer komplext än kinesin
10 · Rörelse
Cellmigration & kemotaxi
ECM, integriner och cytoskelett samverkar när en cell ska röra på sig. Migrationen är en upprepad cykel i fem steg där framkanten bygger nytt fäste medan bakkanten släpper:
- 1Cellpolarisering, fram- och bakkant etableras: Rac driver lamellipodier, Cdc42 filopodier och RhoA kontraktiliteten i bakkanten
- 2Membranprotrusion, aktinpolymerisering skjuter fram framkanten; Arp2/3 ger förgrenade nätverk i lamellipodier och filopodier
- 3Adhesionsbildning, nya fokala adhesioner bildas i framkanten via inside-out-aktivering och ECM-kontakt, och mognar från focal complex till focal adhesion
- 4Cellkontraktion, myosindriven sammandragning via stress fibers drar cellkroppen framåt
- 5Bakkant-retraktion, de bakre adhesionerna bryts ned, integrinerna internaliseras och membranet dras in
Kemotaxi
Riktningen styrs av kemotaxi: cellen läser av en kemisk gradient och migrerar mot den högre koncentrationen. Små skillnader i koncentration förstärks till en tydlig fram–bak-polaritet inuti cellen.
- 1Receptorbindning, det kemotaktiska ämnet binder sina receptorer
- 2Signalförstärkning, små gradientskillnader förstärks intracellulärt
- 3Polarisering, asymmetrisk signalering ger cellen en fram- och en bakkant
- 4Riktad migration, cellen rör sig mot högre koncentration
PI3K/PTEN-axeln
- PI3K: aktiveras i framkanten
- PIP3: produceras som lipidmarkör för "fram"
- PTEN: bryter ned PIP3 och begränsar det till framkanten
- Rac: aktiveras nedströms PIP3
cAMP-signalering
- Adenylylcyklas: regional aktivering
- PKA: modulerar cytoskelettet
- CREB: transkriptionell respons
Leukocyt-extravasation
Det klassiska exemplet där allt knyts ihop är hur en leukocyt lämnar blodet: först selektiner (rullning), sedan integriner (fast adhesion) och slutligen migration ut genom kärlväggen.
- 1Selektin-medierad rullning, P-/E-selektin på aktiverat endotel binder PSGL-1 på leukocyten; svag, rullande kontakt
- 2Integrin-aktivering, kemokiner (IL-8, MCP-1) ger inside-out-aktivering så att LFA-1 binder ICAM-1; fast adhesion
- 3Diapedes, leukocyten kryper ut mellan eller genom endotelceller via PECAM-1 och JAM
11 · Fallåterkoppling
Fallintegration & klinik
Mias COL5A1-mutation förklarar hela bilden genom en enda mekanism: kollagen V behövs för att kollagen I ska kunna bilda normala fibriller. När typ V fattas blir typ I-fibrerna tunnare och svagare överallt där de finns, och det ger de spridda symtomen.
| Mekanism | Kliniskt fynd |
|---|---|
| Kollagen V-brist stör kollagen I-fibrillbildning | Tunnare, svagare kollagenfibrer |
| Defekt kollagennätverk i huden | Hyperelasticitet, dålig sårläkning, atrofiska ärr |
| Svaga ligament och ledkapslar | Hypermobilitet, luxationer, kronisk smärta |
| Försvagad kärlvägg | Ökad blödningstendens och blåmärken |
Klassisk vs vaskulär EDS
Att skilja Mias klassiska typ från den vaskulära är kliniskt avgörande. Genen avgör prognosen: vaskulär EDS är livshotande på grund av risken för spontana rupturer.
| Typ | Gen(er) | Risk / prognos |
|---|---|---|
| Klassisk (Mias typ) | COL5A1, COL5A2 | Normal livslängd, funktionsinskränkning · skyddande åtgärder |
| Vaskulär | COL3A1 | Arteriell- och tarmruptur · allvarligast, livshotande |
Klinisk handläggning
Defekten är systemisk, så det finns ingen botande behandling. Handläggningen är symtomstyrd och involverar flera specialiteter:
- Genetisk rådgivning: ärftlighetsmönster och familjeplanering.
- Ortopedisk vård: ledstöd, träning och att undvika luxationer.
- Dermatologisk vård: försiktig sårbehandling och UV-skydd.
- Kardiovaskulär uppföljning: klaffprolaps och eventuell aortadilatation.
- Smärthantering: kronisk smärta är vanligt och behöver behandlas i sig.
12 · Resurser