Tkanka nabłonkowa

HISTOLOGIA OGÓLNA (TKANKI)
Elementy składowe tkanki:
• komórki (o podobnym pochodzeniu,
zbliżonej strukturze i funkcji)
• substancja międzykomórkowa
(produkowana przez komórki)
Tkanka nabłonkowa
Główne rodzaje tkanek
zwierzęcych:
• tkanka nabłonkowa
• tkanka łączna
• tkanka mięśniowa
• tkanka nerwowa
FORMY:
• wyściółki (pokrywające zewnętrzne
i wewnętrzne powierzchnie organizmu)
• gruczoły (zespoły komórek nabłonkowych
pełniących funkcje wydzielnicze)
Nabłonki nie zawierają naczyń krwionośnych!
FUNKCJE:
• ochronna (np. naskórek)
• resorbcyjna (np. nabłonek jelitowy)
• wydzielnicza (np. gruczoły)
• regulacja transportu przez nabłonek (np. śródbłonek
wyścielający naczynia krwionośne)
• zmysłowa (np. kubki smakowe)
W obrębie jednego nabłonka mogą występować różne typy komórek
pełniące różne funkcje
Nabłonek jednowarstwowy płaski
KLASYFIKACJA
NABŁONKÓW
• liczba
warstw: - jednowarstwowe
- wielowarstwowe
• kształt
komórek: - płaskie
- sześcienne
- walcowate
W klasyfikacji należy zawsze
uwzględniać oba kryteria
W nabłonkach wielowarstwowych
kształt komórek dotyczy
warstwy powierzchniowej
Nabłonek jednowarstwowy
sześcienny
Główne funkcje:
wchłanianie, wydzielanie
Przykładowa lokalizacja:
kanaliki nerkowe,
gruczoły i ich przewody
Główne funkcje:
kontrola transportu
Przykładowa lokalizacja:
naczynia (śródbłonek),
pęcherzyki płucne (pneumocyty),
opłucna i otrzewna (międzybłonek)
1
Nabłonek jednowarstwowy
walcowaty
Główne funkcje:
wchłanianie, wydzielanie,
kontrola transportu, ochrona
Przykładowa lokalizacja:
przewód pokarmowy,
drogi żółciowe,
żeńskie drogi rozrodcze,
duże przewody wyprowadzające
gruczołów
Nabłonek wieloszeregowy
(wielorzędowy)
Odmiana nabłonka jednowarstwowego
walcowatego - komórki różnej wysokości
(niekiedy różne typy komórek)
i/lub jądra na różnych poziomach,
ale wszystkie komórki mają podstawy
na tym samym poziomie (przylegają
do blaszki podstawnej)
Główne funkcje:
ochrona, wydzielanie,
funkcja zmysłowa
Przykładowa lokalizacja:
drogi oddechowe, najądrze,
kubki smakowe
Nabłonek wielowarstwowy płaski
Nabłonek przejściowy
(urotelium)
Odmiany:
• nierogowaciejący
• rogowaciejący (komórki warstw
powierzchniowych obumierają, tracą
jądra i organelle)
Główne funkcje:
ochrona
nierogowaciejący
wielowarstwowy
na powierzchni komórki
kopułowate (baldaszkowate):
• niekiedy dwujądrzaste
• połączenia ścisłe i mechaniczne
• specyficzna szczytowa błona
komórkowa zawierająca sztywne
białkowe płytki (uroplakina)
powiązane z filamentami aktynowymi
Główne funkcje:
ochrona (szczelny - bariera
osmotyczna, bardzo
rozciągliwy)
rogowaciejący
Przykładowa lokalizacja:
nierogowaciejący: jama ustna, przełyk, rogówka oka, pochwa
rogowaciejący: naskórek
Inne nabłonki wielowarstwowe
(rzadkie)
TYP
dwuwarstwowy
sześcienny
FUNKCJA
kontrola
transportu
wielowarstwowy ochronna,
sześcienny lub
wydzielnicza
walcowaty
Lokalizacja:
drogi moczowe
Odnowa i regeneracja nabłonków
PRZYKŁADY LOKALIZACJI
przewody wyprowadzające gruczołów
potowych, ciałko rzęskowe oka
rejony przejściowe pomiędzy nabłonkiem
wielowarstwowym płaskim a jednowarstwowym,
walcowatym (jama gardłowa, odbyt), spojówka,
męska cewka moczowa, przewody
wyprowadzające ślinianek
Wszystkie nabłonki mają zdolność do szybkiej odnowy lub regeneracji
i zawierają niezróżnicowane komórki macierzyste
• w nabłonkach jednowarstwowych „stare” komórki obumierają na drodze
apoptozy i są zastępowane przez komórki różnicujące się z komórek
macierzystych
• w nabłonkach wielowarstwowych komórki stale migrują z warstw
podstawnych do powierzchniowych, gdzie ulegają złuszczeniu
2
Komórki macierzyste
– podstawowe informacje
Cechy komórek macierzystych:
• zdolność do samoodnowy
(wielokrotnych podziałów
bez różnicowania i „starzenia się”)
• zdolność do podziałów asymetrycznych
(jedna komórka potomna pozostaje
komórką macierzystą, a druga
rozpoczyna proces różnicowania)
Z powodu wysokiej aktywności proliferacyjnej komórek
nabłonkowych, najczęściej występujące nowotwory
(piersi, płuc, jelita grubego, szyjki macicy) wywodzą się
właśnie z tkanki nabłonkowej.
Noszą nazwę raków (carcinoma).
• zdolność do generowania w pełni zróżnicowanych, wyspecjalizowanych
komórek organizmu
Dwie główne odmiany komórek macierzystych:
Potencjał różnicowania komórek macierzystych
Komórki
macierzyste
Mogą się
różnicować w:
Przykłady
totipotentne
wszystkie
komórki
organizmu
komórki ze
wszystkich
listków
zarodkowych
(z wyjątkiem
łożyska)
komórki z
jednego listka
zarodkowego
zygota
pluripotentne
multipotentne
monopotentne
komórki
jednego typu
• zarodkowe (embrionalne)
• somatyczne („dorosłe”)
Embrionalne
komórki węzła
zarodkowego
mezenchymatyczna
komórka
macierzysta
komórka
macierzysta
m. sercowego
Komórki macierzyste mogą się charakteryzować różnym
„poziomem macierzystości”, czyli różnym potencjałem różnicowania
Somatyczne kom. macierzyste rezydują w specyficznych dla nich
rejonach (mikrośrodowiskach), w tzw. niszach
Nisza odpowiada za
sygnalizację regulującą
aktywność komórek
macierzystych
Elementy składowe niszy:
• komórki zróżnicowane
(sygnalizacja parakrynna
i kontaktowa)
• naczynia krwionośne
(sygnalizacja endokrynna)
• zakończenia nerwowe
(sygnalizacja neuralna)
• substancja międzykomórkowa
(sygnalizacja kontaktowa)
naczynia
(czynniki humoralne)
komórki
zróżnicowane
substancja
m-komórkowa
substancja
międzykomórkowa
rezydujące w tkankach dojrzałego
organizmu, również uzyskiwane z
krwi pępowinowej lub łożyska
pluripotentne
multipotentne, niekiedy
pluripotentne (?)
łatwe do uzyskania i hodowli
trudne do uzyskania* i hodowli
*(wyjątki: szpik i krew pępowinowa)
w hodowli „nieśmiertelne”
ograniczony czas hodowli
trudniejsza kontrola różnicowania
łatwiejsza kontrola różnicowania
stosowanie – zastrzeżenia etyczne
stosowanie – brak zastrzeżeń
Indukowane pluripotentne
komórki macierzyste
Zróżnicowanym komórkom można
„cofnąć” ich zegar biologiczny
i poprzez wprowadzenie do ich DNA
określonych genów (reprogramowanie
genetyczne) przekształcić je
w komórki macierzyste.
pobranie
fibroblastów skóry
hodowla fibroblastów
wprowadzenie „genów
macierzystości”:
(1) Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc
(2) Oct3/4, Sox2, Lin28, Nanog
zakończenia
nerwowe
Somatyczne KM wykorzystują niektóre szlaki sygnalizacji charakterystyczne
dla rozwoju zarodkowego (Wnt, Notch, Sonic hedgehog) i dla różnicowania
dojrzałych tkanek (BMP – białka morfogenetyczne kości, FGF, EGF, TGF α/β)
Somatyczne
uzyskiwane z węzła zarodkowego
blastocysty (co wiąże się ze
zniszczeniem zarodka)
selekcja zmodyfikowanych
genetycznie komórek
Indukowane komórki macierzyste
mają wszystkie własności
embrionalnych komórek
macierzystych
hodowla
indukowane pluripotentne
komórki macierzyste
3
Komórki macierzyste nabłonków
Leczenie komórkami macierzystymi
Dziś:
• białaczki
• chłoniaki
Jutro:
• niewydolność mięśnia sercowego
• cukrzyca (I typu)
• choroba Alzheimera
• choroba Parkinsona
• stwardnienie rozsiane
• uszkodzenia rdzenia kręgowego
• ogniskowe uszkodzenia mózgu (wylew, zawał)
• pierwotne niedobory immunologiczne
• choroby autoimmunizacyjne (toczeń, reumatoidalne zapalenie stawów)
• i wiele innych chorób, zwłaszcza o podłożu genetycznym
(zastosowanie genetycznie zmodyfikowanych komórek macierzystych)
Medycyna regeneracyjna i rekonstrukcyjna
Komórki nabłonkowe są spolaryzowane (biegunowe):
mają powierzchnię szczytową, boczną i przypodstawną
• w nabłonkach jednowarstwowych – zazwyczaj są to małe komórki
zlokalizowane przy blaszce podstawnej (komórki podstawne)
• w nabłonkach wielowarstwowych – są to niektóre (nie wszystkie)
komórki zlokalizowane w warstwie podstawnej
• niekiedy mają ściśle określoną lokalizację (nisza w konkretnym miejscu
wyściółki nabłonkowej bądź gruczołu)
Struktury występujące na szczytowej powierzchni komórek
nabłonkowych:
Powierzchnia szczytowa:
- mikrokosmki,
- rzęski (migawki),
- białka transportowe
Powierzchnia boczna:
- połączenia
międzykomórkowe
- kanaliki
międzykomórkowe
mikrokosmki
stereocylia
rzęski (migawki)
Powierzchnia przypodstawna:
- połączenia komórka – substancja międzykomórkowa
- białka transportowe
- prążkowanie przypodstawne
to wypustki cytoplazmy pokryte błoną komórkową
i zawierające elementy cytoszkieletu
Mikrokosmki
Stereocylia
• nieregularne
• zawierają wiązki filamentów aktynowych
• bardzo liczne, regularne =
brzeżek szczoteczkowy
to długie i grube mikrokosmki występujące na powierzchni
niektórych komórek nabłonkowych (w najądrzu, nasieniowodzie
i uchu wewnętrznym)
białka
„czapeczki”
fimbryna
miozyna I
willina
filament
aktynowy
Funkcja: zwiększają powierzchnię
błony, ułatwiając wchłanianie
(brzeżek szczoteczkowy jest
typowy dla nabłonków resorbcyjnych)
4
Układ mikrotubul w aksonemie:
Rzęski (migawki)
9 obwodowych dubletów
2 mikrotubule centralne
neksyna
ciałko podstawne
korzonek
• łodyga - część wystająca ponad powierzchnię,
zawiera aksonemę (układ mikrotubul)
• ciałko podstawne (= centriola)
• korzonek - wiązka włókienek białkowych
Ruch rzęsek generuje mechanoenzym dyneina, która przesuwa
względem siebie pary mikrotubul, powodując czynne zgięcie rzęski.
Elastyczna neksyna odpowiada za fazę bierną ruchu (powrót).
Skoordynowany ruch (metachronia)
licznych rzęsek tworzących tzw.
brzeżek migawkowy transportuje
po powierzchni nabłonka różne obiekty:
Ruch płynu
Rzęska
pierwotna
• śluz z przylepionymi cząstkami
pyłów w drogach oddechowych
• oocyty w jajowodzie
• plemniki w męskich drogach
rozrodczych
Regulacja
cyklu kom.
. Sygnalizacja
• pojedyncza, nieruchoma
• aksonema 9 x 2 + 0
• występuje w różnych komórkach
• zawiera receptory i białka
uczestniczące w regulacji cyklu
komórkowego i różnicowania
• w niektórych komórkach pełni rolę mechanosensora: jej
zgięcie otwiera kanały wapniowe i powoduje reakcję komórki
Połączenia
międzykomórkowe
Strefa zamykająca (połączenie ścisłe)
Strefa zamykająca
- połączenia ścisłe:
strefa zamykająca (zonula occludens)
Strefa przylegania
Desmosom
- połączenia mechaniczne:
strefa przylegania (zonula adhaerens)
desmosom
- połączenia komunikacyjne:
połączenie szczelinowe (neksus)
Połączenie szczelinowe
Błony sąsiadujących komórek
są połączone za pośrednictwem
stykających się ze sobą białek
transbłonowych (białka łączące)
Białka łączące: klaudyny i okludyny
Połączenia mogą występować
między komórkami wszystkich tkanek
Strefa (zonula): połączenie w formie ciągłego pasa otaczającego komórkę;
połączenia typu stref łączą w sposób ciągły (bez przerw) zespoły komórek
5
Strefa zamykająca jest wzmocniona
poprzez połączenie z filamentami
aktynowymi
W mechanicznych połączeniach międzykomórkowych połączone są nie
tylko błony komórkowe, ale również elementy cytoszkieletu (poprzez
białka pośredniczące)
(pośredniczące)
jony
uczestniczące
w połączeniu
filament
aktynowy
białko ZO
klaudyna
lub okludyna
Funkcje:
• uszczelnienie przestrzeni międzykomórkowych (kontrola transportu)
• bariera dla ruchu białek błonowych
(polaryzacja komórki)
transbłonowe
białka łączące
Desmosom
Strefa przylegania
filamenty
aktynowe
białka
pośredniczące
białka łączące: kadheryny
strefa
przylegania
białka
łączące
białka łączące:
desmogleiny
płytka desmosomowa
zbudowana z białek pośredniczących
filamenty pośrednie
Forma lokalna: punkt przylegania
Połączenie szczelinowe (neksus)
Komórki tworzą również połączenia mechaniczne
z substancją międzykomórkową (kontakty lokalne, półdesmosomy)
filamenty
aktynowe
filamenty
pośrednie
jednostka:
konekson
białka
pośredniczące
białka
łączące:
koneksyny
białka łączące: integryny
Kontakt lokalny
Półdesmosomy
Funkcja: umożliwia bezpośrednie przechodzenie substancji
niskocząsteczkowych (jonów, cząsteczek sygnałowych, ATP)
pomiędzy połączonymi komórkami
6
Kompleksy połączeń międzykomórkowych
Połączenia szczelinowe
umożliwiają:
Listewki graniczne (w niektórych
nabłonkach jednowarstwowych):
• bezpośrednie przewodzenie bodźców
elektrycznych między komórkami
• szybką wymianę sygnałów
chemicznych między komórkami
• synchronizację procesów
metabolicznych i różnicowania
(sprzężenie metaboliczne)
• strefa zamykająca
• strefa przylegania
• desmosom
Wstawki (pomiędzy komórkami
mięśnia sercowego):
Zamknięcie koneksonów i przerwanie komunikacji między komórkami
następuje w warunkach zagrażających komórce (spadek pH, nadmierny
wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia jonów Ca2+).
Prążkowanie przypodstawne
• strefy przylegania
• desmosomy
• neksusy
Blaszka podstawna - jedyna forma substancji międzykomórkowej
w tkance nabłonkowej
komórka nabłonkowa
blaszka jasna
blaszka ciemna
• głębokie fałdy przypodstawnej
błony komórkowej, zwiększające jej
powierzchnię
• w fałdach pionowo ułożone
mitochondria
Funkcja: aktywny transport
jonów przez błonę komórkową
Funkcje blaszki podstawnej:
• przytwierdza nabłonek do podłoża (poprzez integryny komórek
nabłonkowych)
• uczestniczy w regulacji przechodzenia substancji
wysokocząsteczkowych do rejonu podnabłonkowego (filtr)
• ukierunkowuje migrację komórek w procesach rozwoju i regeneracji
Blaszki podstawne są też wytwarzane przez komórki innych tkanek
Błona podstawna (w niektórych nabłonkach):
blaszka podstawna + dodatkowa warstwa włóknisto-siatkowata
wytworzona przez tkankę łączna (fibryle z kolagenu III, VII, fibryliny)
komórka nabłonkowa
blaszka
podstawna
błona
podstawna
Białka:
• laminina
• kolagen IV
• entaktyna
integryny
błona komórkowa
Proteoglikany:
• perlekan
Składniki blaszki
podstawnej tworzą
molekularną sieć
kolagen IV
laminina
entaktyna
perlekan
Gruczoły - zespoły komórek nabłonkowych
o specjalizacji wydzielniczej
Klasyfikacja:
• zewnątrzwydzielnicze:
kierują wydzielinę do określonego
miejsca przez przewody
wyprowadzające (np. ślinianki,
trzustka, małe gruczoły w ścianie
przewodu pokarmowego, dróg
oddechowych, w skórze).
Posiadają jednostki (odcinki)
wydzielnicze i przewody
wyprowadzające. Od każdego
odcinka wydzielniczego odchodzi
przewód wyprowadzający.
7
• wewnątrzwydzielnicze:
wydzielają do przestrzeni
międzykomórkowej,
skąd wydzielina (hormon) dostaje się
do naczyń krwionośnych,
a z krwią do odległych narządów
(np. przysadka, tarczyca, nadnercza)
Morfologiczna klasyfikacja gruczołów zewnątrzwydzielniczych
1. Ze względu na kształt
jednostek (odcinków)
wydzielniczych:
• cewkowe
• pęcherzykowe
cewkowy
2. Ze względu na układ odcinków
wydzielniczych i przewodów wyprowadzających:
• proste (nierozgałęziony
odcinek wydzielniczy,
pojedynczy przewód
wyprowadzający)
• rozgałęzione
(rozgałęziony odcinek
wydzielniczy)
• złożone
(rozgałęziony układ
przewodów
proste
rozgałęziony
wyprowadzających)
Nie posiadają przewodów
wyprowadzających, nie są
podzielone na jednostki
wydzielnicze (wyjątek:
tarczyca)
Klasyfikacja gruczołów zewnątrzwydzielniczych
ze względu na sposób wydzielania
pęcherzykowy
złożony
Małe gruczoły zewnątrzwydzielnicze:
w ścianach przewodu pokarmowego i dróg oddechowych
1. Wydzielanie merokrynowe
(ekrynowe) = egzocytoza
Tak wydziela większość gruczołów
2. Wydzielanie apokrynowe
Wydzielina lipidowa, nieotoczona błoną.
Od szczytowych części komórek odrywają się
pęcherzyki zawierające wydzielinę.
Gruczoły apokrynowe (zapachowe) skóry,
gruczoł mlekowy
cewkowe proste
cewkowe rozgałęzione
3. Wydzielanie holokrynowe
Komórki gromadzą wydzielinę, obumierają
i rozpadają się na fragmenty.
Gruczoły łojowe
cewkowe złożone
pęcherzykowe złożone
Duże gruczoły zewnątrzwydzielnicze - zawsze złożone,
tworzą odrębne narządy (ślinianki, trzustka, wątroba, gruczoł mlekowy)
8