Deze samenvatting is gebaseerd op collegejaar 2012-2013.

Afbeelding 1-9 ECB blz 13 geeft een weergave van de grootte van een cel en zijn componenten. Iedere deelvenster is een 10x vergroting van de duim, huid, huidcel, mitochondrium, ribosoom, atomen dat een onderdeel vormt van vele eiwitten waaruit onze lichaam bestaat.

Cellulaire samenhang:weefsels,stamcellen en tumoren

Cellen zijn de bouwstenen van organismen. De cellen zijn in groepen gerangschikt in weefsels: zenuw, spier, epitheel en bindweefsel.

Weefsel bestaat uit:

o     Cellen
o     Cytoskelet filamenten
o     Extracellulaire matrix/ECM (vezels en grondsubstantie), geeft stevigheid aan de weefsels bv botten. Celbinding ontstaat door de ECM of door cell-junction/verbinding.

De meercellige organisatie van dieren en planten is onafhankelijk ontwikkeld en hun weefsels zijn opgebouwd door middel van verschillende beginselen. Dierlijke weefsels zijn meer divers. Roofdieren moet sterk en behendig zijn. Daarbij hebben ze weefsel nodig dat in staat is om snel kracht te leveren en van vorm kan veranderen. De osmotisch opgezwollen cellen (door turgor) van een plant zijn zwak en kwetsbaar maar worden door een sterke externe omringende celwand omsloten. De celwand biedt bescherming, stevigheid aan de cellen en geven vorm aan een plant. De principe van hoe een weefsel is samengesteld is in beide gevallen hetzelfde met heleboel cellen en ECM gerangschikt in verschillende structuren. Bot en pees bevat veel ECM. De spier en huid bevat weinig ECM maar daarbij speelt het cytoskelet van de cellen van belang voor de mechanische belasting.

Epitheel en Cel-Cel verbindingen

Functies epitheel is om een barrière te vormen. Je kan verschillende epitheel types aan de hand van de celstructering indelen op:

1.      Het aantal lagen:

o     Eenlagig epitheel bv darmepitheel
o     Meerlagig epitheel
o     Pseudomeerlaging

2.      De vorm (Afbeelding 20-18 ECB blz 700):

o     Kubisch epitheel (vierkant)
o     Cilindrisch epitheel (langvormig)
o     Plaveisel epitheel (plat)

Cellen zijn met elkaar verbonden via epitheliale bladen/sheets. Deze hebben een barrière functie om selectief bepaalde moleculen buiten te houden Voedingstoffen kunnen naar binnen, afvalstoffen verlaten de cel, binnendringen van micro-organisme en verlies van vloeistoffen wordt ermee voorkomen. Een epitheliale sheet heeft twee vlakken (Afbeelding 20-19 ECB blz 701):

1.            Het apicale/top oppervlak, deze is vrij en blootgesteld aan de lucht en/of een waterige vloeistof.

2.            Het basale oppervlak, rust op een ander weefsel waarop het is bevestigd.

Om het basale oppervlakte te ondersteunen ligt hieronder een dunne en harde structuur, het basale lamina, bestaande uit een speciaal type collageen (type IV) en verschillende andere moleculen, waaronder een eiwit genaamd laminine. Laminine hebben een ‘plak’functie voor intergrines moleculen in het van plasma membraan van epitheelcellen. De apicale en basale kant van het epitheel zijn chemisch verschillend, daarom heb je een gepolariseerde intern milieu nodig binnen de cel. Bv cilinder epitheel van de dunne darm bestaat uit 2 celtypes: absorberende cellen voor voedingopname en slijmbekercellen die slijm uitscheiden om de inwendige bekleding van de darmen beschermt en bevochtigd. De absorberende cellen importeren voedsel moleculen vanuit de darmen door de apicale zijde en exporteren vervolgens deze moleculen door de basale zijde naar het onderliggend weefsel met behulp van specifieke membraan transport eiwitten in de apicale en basale membranen .

De verschillende celverbindingen hebben hun eigen karakteristieke membraan eiwitten om naastgelegen cellen tegen elkaar aan te houden.

Verschillende types van cel-cel verbindingen worden gevonden in epitheel (Afbeelding 20-22 ECB blz 702):

o     Tight junction, door epitheel bladen van naastgelegen cellen samen te voegen wordt een afsluitende verbinding gevormd
o     Adherens junction, vormt een hechtende verbinding (cadherines) door actine bundels van de ene cel met de buurcel samen te voegen
o     Desmosomen, vormt een hechtende verbinding (cadherines) door het samen voegen van intermediare filamenten. Deze rangschikking van cellen iverschaft veel kracht aan het epitheel blad bv epidermis
o     Gap junction, vormt communicatieve verbinding waarbij selectieve kanaal worden aangelegd voor kleine wateroplosbare moleculen inclusief ionen die door de cellen kunnen passeren
o     Hemidesmosomen (Cel-extracellulaire matrix) verankert de intermediare filamenten van een cel in de basaal membraan

De tight junctions worden gevormd uit eiwitten genaamd Claudins en Occludins (Afbeelding 20-23 ECB blz 703), en voorkomen weefsellekkages van moleculen tussen cellen. Tight junctions spelen ook een belangrijke rol bij het handhaven van de polariteit van de afzonderlijke epitheelcellen zoals in de darm apicale en basale epitheliale membraancellen.

Er zijn 3 soorten junctions/verbindingen die het epitheel bij elkaar houden voor mechanische bindingen. Adherens junctions en desmosomen verbinden de ene epitheelcel aan de andere, terwijl hemidesmosomen de epitheelcel verbinden aan de extracellulaire matrix, ook wel de basaal membraan. Adherens junctions en desmosomen worden beide gevormd door de zogenaamde cadherines. Een cadherine molecuul in het plasmamembraan van een cel bindt direct een identieke cadherine molecuul in het plasmamembraan van buurcel (Afbeelding 20-25 blz 704).

Bij een adherens junction worden de cadherines intercellulair verbonden aan actine cytoskelet filamenten. Bij een desmosoom  worden ze verbonden aan keratine intermediare cytoskelet filamenten. Door deze actine filamenten kan het epitheel door bepaalde manier van contractie van het apicale membraan in een buis- dan wel blaasvorming structuur oprollen. Bv embryonale vorming van de neurale buis waaruit uiteindelijk het centrale zenuwstelsel wordt gevormd.

Blaren is een goede illustratie van hemidesmomes verbinding waarbij de epitheel cellen niet stevig genoeg zijn verbonden aan laminine moleculen van de basaal membraan van het onderliggend weefsel.

Gap junctions vormen kanalen/connexen die het passagen van kleine moleculen

(Dopamine sluit Gap-juncties van retina neuronen als een respons op hoge lichtintensiteit. Hierdoor treedt een omschakeling op van elektrische signaal transductie van staafjes fotoreceptoren (lichtgevoelige detectoren) naar kegeltjes fotoreceptor (detecteert licht en details bij felle licht).

Stamcellen

Cellen in het weefsel variëren enorm in hun vernieuwingstempo, turnover-tijd. Aan de ene kant heb je zenuwcellen, waarvan de meesten je hele leven lang meegaan en dus niet vervangen worden. Aan de andere kant heb je de cellen in de darmwand die om de paar dagen vervangen worden. Tussen deze extremen is er een spectrum van verschillende tempo en soorten van cel vervanging en weefsel vernieuwing. Het menselijke bot heeft een turnover-tijd van 10 jaar. Oude bot matrix wordt opgegeten door osteoclasten (verwant aan macrofagen), terwijl nieuwe matrix door osteoblasten  (verwant aan fibroblasten) wordt gevormd. Rode bloedcellen worden in het beenmerg aangemaakt, in de bloedcirculatie vrijgelaten en na 120 dagen verwijderd en vernietigd. De opperhuid, de buitenste laag van de epidermis schilfert continue  af en wordt door de onderlaag vervangen. De huid heeft een turnover-tijd van 2 maanden. Ons leven is afhankelijk van deze vernieuwingsprocessen. Een hoge dosis ioniserende straling heeft een blokkerend werking op de celdeling en daardoor een remmende werking op cel vervanging. Bestraling kan de darmwandcellen binnen enkele dagen zodanig beschadigen met reactie daardoor diarree en waterverlies.

In normale gezonde mensen is een controle mechanisme die de balans tussen cel aanmaak en cel afbraak handhaaft. Bij kanker is deze controle mechanisme verloren waardoor er overmatige cel aanmaak is.

Veel van de gedifferentieerde cellen die voortdurend vervangen moeten worden, zijn zelf niet in staat om te delen. Rode bloedcellen, epidermale cellen van de opperhuid, de absorberende en slijmbekercellen van de darmwand zijn voorbeelden van deze type cellen, ook wel aangeduid als eindstadia/terminale gedifferentieerde cellen. Vervanging van terminaal gedifferentieerde cellen wordt gedaan uit een voorraad van prolifererende voorlopercellen, die voornamelijk afkomstig zijn van een klein aantal delende stamcellen. Deze stamcellen en prolifererende voorlopercellen zetelenen in de overeenkomstige weefsels als de gedifferentieerde cellen. Stamcellen zijn cellen die niet tot hun eindstadia zijn gedifferentieerde en kunnen ongelimiteerd blijven delen (althans net zo lang als het menselijk levensduur). Stamcel kunnen delen in een dochter stamcel of in een terminaal gedifferentieerde cel (Afbeelding 20-35 ECB blz 711). Stamcellen hebben een onopvallende uiterlijk waardoor ze moeilijk te identificeren zijn. Toch hebben ze een transcriptie regulatoren die er zorg voor dragen dat de voorlopercellen de juiste gedifferentieerde cellen zullen worden. Het patroon van cel vervanging verschilt van stamcellen naargelang naar het soort weefsel. De darmwandcellen zijn gerangschikt in een eenlagig epitheel van villi en crypten. De absorberende en slijmbekercellen van deze epitheel wordt gevormd door stemcellen onder in de crypten. Geleidelijk zullen zij zich opwaarts uitgroeien naar de top van de villi om vervolgens uitgescheiden te worden in de darmen. De huid daarentegen is een gelaagde epitheel met stamcellen en voorlopercellen vastgehecht aan het basaal membraan die loodrecht naar buitenwaarts afreizen (Afbeelding 20-37 ECB blz 713).

Een embryonale stamcellen kunnen uitgroeien tot een verscheidenheid aan gedifferentieerde nakomeling celtypes. Darmstamcellen kunnen differentieren tot absorberende-, slijmbeker- en andere secernerende cellen. Hematopoëtische stamcellen uit het beenmerg kunnen differentieren tot rode bloedcellen (zuurstof binders) en verscheidene witte bloedcellen (infectie bestrijders).  Een controle mechanisme stelt de stamcel systeem in staat om nieuwe cellen aan te laten maken voor de geschikte locatie en in de juiste hoeveelheid. Het controle mechanisme werkt op verschillende moleculaire signalen mechanisme tussen stamcellen, voorlopercellen en hun omgeving. De Wnt eiwitten zorgen ervoor dat stamcellen en voorlopercellen in de darm crypten epitheel in een proliferatie fase blijven doordat ze zowel Wnt eiwitten uitscheiden als Wnt receptor bevatten, stimuleren ze henzelf om continue te delen in absorberende dan wel slijmbekercellen. Dezelfde stamcellen produceren daarnaast een andere signaal zodat de Wnt eiwitten gedeactiveerd zijn bij buiten de crypten gelegen cellen. Bij darmkanker is er een defect in de Wnt signaal regulatie mechanisme waardoor een verstoring optreedt van de darmwandbekleding. Embryonale stamcellen kunnen gebruikt worden voor weefselherstel. Bij een muismodel waarbij de bloed stamcellen volledig waren vernietigd door bestraling, heeft hematopoëtische stamcellen getransfusie geleid tot het ontwikkelen van nieuwe bloedcellen. Waardoor de muis van de dood is gered door bloedarmoede, infectie of beiden. Dezelfde benadering wordt toegepast bij leukemie patiënten die bestraling (of chemotherapie) hebben gehad als behandeling met daarop volgend beenmergtransplantatie. Daarbij is het van belang dat de getransplanteerde cellen niet genetisch verschillen ten opzichte van de cellen van de patiënt, anders worden zij door het immuunsysteem afgestoten en vernietigd.