Nataša Resnik1, Peter Verami2
Dezmosomi - stabilni, a dinamični medcelični stiki
Desmosomes are Stable, but Dynamic Cell Junctions
IZVLEČEK
KLJUČNE BESEDE: dezmosomi, avtoimunske bolezni, bakterijski toksini, dedne bolezni, novotvorbe
Dezmosomi so najstabilnejša vrsta medceličnih stikov. Prevladujejo v tkivih, podvrženih mehanskim obremenitvam, kot so epiteliji in srčna mišica. Dezmosom sestavljata dve simetrični dezmosomski polovici, ki ju gradita transmembranski del za povezovanje med celicami in cito-solna plakna regija, kamor se pritrjajo intermediarni filamenti. Mehanska obremenitev tkiv v določeni točki se po intermediarnih filamentih sosednjih celic prerazporedi na večjo površino tako, da zmanjša nevarnost poškodbe tkiva. Sposobnost prilagajanja dezmosomov različnim mehanskim in fiziološkim zahtevam celic kaže, da so poleg stabilnosti to tudi prilagodljive celične strukture. Na sestavljanje in ločevanje dezmosomske povezave vplivajo spremembe zunajcelične koncentracije Ca2+, fosforilacije dezmosomskih proteinov in encimi, ki proteo-litsko cepijo dezmosomske proteine. Po prekinitvi dezmosomskih polovic dezmosomski proteini potujejo v lizosome oz. nelizosomske predelke. Novi dezmosomi se nato sestavijo iz novosin-tetiziranih proteinov ali iz zalog citosolnih dezmosomskih proteinov. Dinamika ločevanja in sestavljanja dezmosomov je pomembna za vzpostavljanje in vzdrževanje celovitosti tkiv zlasti
pri preoblikovanju tkiv, med embriogenezo in diferenciacijo tkiv. Posledice delovanja avto- -
protiteles, bakterijskih toksinov na dezmosomske proteine ali mutacij dezmosomskih genov 259 so vzrok za oslabljeno funkcijo dezmosomov in povzročajo dezmosomske bolezni.
ABSTRACT
KEY WORDS: desmosoms, autoimmune diseases, bacterial toxins, hereditary diseases, neoplasms
Desmosomes are the strongest cell junctions. They are especially abundant in tissues such as the epithelium and the cardiac muscle, which are subject to mechanical stress. A desmo-some consists of two desmosomal halves, which contain a transmembrane region for intercellular binding and a cytosolic plaque region that anchors intermediate filaments. The intermediate filament network in adjacent cells distributes spot loads on the tissue across the entire surface, thereby reducing the risk of tissue injury. The desmosome dynamics are controlled by changes in extracellular Ca2+ concentrations, phosphorylation of desmosomal proteins and the activity of enzymes which proteolytically cleave desmosome proteins. Splitting of desmosomal halves leads to the transport of desmosomal proteins into the lysosomes or non-lysosomal compartments. Desmosomal proteins from de novo synthesis and from cytosolic pools of desmosomal proteins enable the assembly of new desmosomes. These dynamic attributes of desmo-somes are important prerequisites for the acquisition and maintenance of tissue homeostasis during morphogenesis, embryogenesis and tissue differentiation. Desmosomes are weakened either by autoantibodies, bacterial toxins or mutations, causing desmosomal diseases. In this review, desmosomes are portrayed as stable and dynamic structures that are subject to mechanical and physiological changes.
1	Nataša Resnik, univ. dipl. biol., Inštitut za biologijo celice, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani, Lipičeva2, 1000 Ljubljana.
2	Doc.dr. Peter Veranič, univ.dipl.biol., Inštitut za biologijo celice, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani, Lipičeva 2, 1000 Ljubljana.
260
UVOD
Medcelični stiki so specializirani predeli celične membrane, ki omogočajo povezavo in komunikacijo med celicami. Celice v epiteli-jih se med seboj povezujejo s štirimi vrstami medceličnih stikov:
•	tesnimi stiki,
•	adherentnimi stiki,
•	dezmosomi in
•	presledkovnimi stiki.
Dezmosome ali maculae adherentes je prvi odkril in ugotovil njihovo povezovalno funkcijo italijanski zdravnik Bizzozero leta 1864 (1). So točkovni in mehansko najstabilnejši medcelicni stiki, ki prevladujejo v tkivih, ki so bolj podvržena mehanskim silam. Dezmosomi so prisotni v vseh epitelijih, v interkalarnih diskih srčne mišice, arahnoidnih možganskih ovojnicah in dendritičnih celicah limfnih vozlov. Na stična področja dezmosomov se pripenjajo intermediarni filamenti, ki so zelo prožni in hkrati tudi obstojni citoskeletni elementi. Intermediarni filamenti sosednjih celic se tako preko dezmosomov povezujejo med sabo. To omogoča, da je pritisk na posamezen del tkiva manjši ter tkivo odpornejše na mehanske pritiske in natezne sile, saj se obremenitev prerazporedi po mrežah inter-mediarnih filamentov. Čeprav dajejo dezmo-somi tkivu mehansko stabilnost, morajo biti ti stiki ob določenih celičnih procesih (med celičnimi delitvami, migracijo, diferenciaci-
jo in regeneracijo) prilagodljivi in dinamični. Takrat je prerazporeditev medceličnih stikov zaradi spremembe oblike celic nujna.
ZGRADBA DEZMOSOMOV
Na elektronskomikroskopski sliki vidimo, da je dezmosom sestavljen iz dveh simetričnih, elektronsko gostih plakov diskaste ali ovalne oblike (premera 100-500 nm in debeline 15-20 nm) (slika 1). Nitaste strukture, ki se pripenjajo na plak, so iz skupine intermediar-nih filamentov. Medcelični del stika, kjer transmembranski proteini povezujejo sosednji celici, je podoben zadrgi.
Dezmosomski proteini, ki gradijo vsako simetrično podenoto dezmosoma (dezmo-somsko polovico), so organizirani v dve biokemijsko, strukturno in funkcionalno različni domeni: transmembranski povezovalni del in citosolni dezmosomski plak, na katerega se pripenjajo intermediarni filamenti (2). Sestava in struktura dezmosomov sta odvisni od vrste celic, stopnje diferenciacije in vrste tkiva (3).
Transmembranski del dezmosoma
V povezavah dezmosomskih proteinov sosednjih celic sodelujejo transmembranski proteini iz družine kadherinov. Vsem kadhe-rinom je skupno, da tvorijo od Ca2+ odvisne povezave, od koder izvira tudi njihovo poime-
Slika 1: Dezmosom vurotelijskikulturiRT4. Okvir prikazuje dezmosom medcelicamaRT4 (presevna elektronska mikrografija). Vpovečanem področju v okviru sta elektronsko gosta dezmosomska plaka (obrobljena rdeče), povezana z intermediarnimi filamenti (puščici). Vmedceličnem področju dezmosomski kadherini povezujejo sosednji celici.
PL

Dsg	|
TI"
Dsg	I
PKP
DP
PG
Psc PL
PKP
-V~~
TRANSMEMBRANSKI DEL
J

DEZMOSOMSKI PLAK
PL	plazmalema	Dsg	dezmoglein	PG	plakoglobin
CD	zunajcelične domene (1-5)	Dsc	dezmokolin	DP	dezmoplakin
&	Ca2+	PKP	plakofilin	IF	intermediarni filamenti
•	mesto za prepoznavo povezave				
Slika 2: Proteinska zgradba dezmosoma. Dezmosom je zgrajen iz dveh dezmosomskih polovic. Vsaka je sestavljena iz transmembranskih proteinov (DDsc in Dsg), ki povezujejo sosednji celici. Dsc in Dsg imajo 5 zunajceličnih domen, med katerimi so vezavna mesta za Ca2+. Zunajcelična domena I je ključna za prepoznavo povezave. Na citosolni strani Dsg in Dsc je dezmosomski plak, ki ga gradijo PKP, PG in DP. IF se pritrjajo na DP.
261
novanje (Ca2+ adherent proteins). Med dez-mosomske kadherine spadajo dezmogleini in dezmokolini (slika 2). Obstajajo v različnih izooblikah (dezmogleini 1-4, dezmokolini 1-3) in se izražajo tkivno specifično ter odvisno od stopnje diferenciacije. Povezujejo se v orientaciji cis (paralelne povezave med kadherini ene celice) in trans (antiparalelne povezave med kadherini sosednjih celic). Tvorijo homofilne (dezmoglein-dezmoglein ali dezmokolin-dezmokolin) in/ali heterofil-ne (dezmokolin-dezmoglein) povezave (2). Izmenično pojavljanje povezav cis in trans oblikuje zadrgi podobno strukturo. Na zunaj-celične domene dezmosomskih kadherinov se veže Ca2+, ki stabilizira molekule kadheri-na in omogoča medcelične povezave (4, 5). Citosolni deli dezmosomskih kadherinov se povezujejo s proteini plakne regije.
Dezmosomski plak
Glavna vloga plaknih proteinov je povezovanje transmembranskih proteinov s citoske-letnimi elementi. Plakni proteini imajo več vezavnih mest za medsebojno povezavo, povezavo z dezmosomskimi kadherini in z inter-mediarnimi filamenti. Plak gradijo plakofilini (plakofilini 1-3), plakoglobini in dezmopla-kini. Plakofilini in plakoglobini se povezujejo z dezmosomskimi kadherini in drugimi pro-teini v plaku (slika 2) ter določajo velikost dez-mosomov (6, 7). Dezmoplakini pa so nujni za ustrezno povezavo plakne regije z interme-diarnimi filamenti in s tem za nastanek funkcionalnega dezmosoma (slika 2) (8, 9). Vrsta intermediarnih filamentov, ki se pripenja na dezmoplakine v epitelijih, so citokeratini (slika 3), v srčni mišici pa najdemo dezmin in
-J* f
AR
v*
■ s
¿¿i
Ali i
3
.■rtr.
ilOefc
u
Slika 3: Imunofluorescenčna označba dezmoplakina (zelena) in citokeiatina7 (rdeča) vurotelijskih celicahRM. Mreža citokeratinov se razpreda po celotni citoplazmi. Snopi citokeratinskih flamentov se pripenjajo na dezmoplakin. Filamenti citokeratinov 7 sosednjih celic se med seboj povezujejo preko dezmosomov.
262
v možganskih ovojnicah vimentin (10). Plek-tin, envoplakin, periplakin in vsi drugi plak-ni proteini so pomožni proteini, ki okrepijo pripenjanje intermediarnih filamentov na plak, niso pa potrebni za začetek tvorbe dez-mosoma (1). Podobno kot dezmosomski kad-herini se tudi plakni proteini izražajo tkivno specifično.
Aktinski filamenti so pomembni za sestavljanje dezmosomov na plazmalemi, saj se ob njih dostavljajo dezmosomski skupki dezmo-plakina in plakofilina (12). Ce se organizacija aktinskega citoskeleta poruši, se dezmosomski proteini zbirajo v citosolu (1). Za pravilno oblikovanje mreže kortikalnih aktinskih filamentov pa so potrebni funkcionalni dez-mosomi (13).
DEZMOSOMI IN CITOSKELETNI ELEMENTI
Ceprav so intermediarini filamenti nujni za vzpostavitev mehansko stabilnih dezmosomov, so za njihov nastanek in delovanje pomembni tudi mikrotubuli in aktinski filamenti.
Mikrotubuli sodelujejo pri oblikovanju novih dezmosomov, pri diferenciaciji celic pa lahko služijo dezmosomi tudi kot organizacijski centri mikrotubulov. Novejše raziskave kažejo, da se med diferenciacijo epidermisa v keratinocitih centrosomski protein ninein prestavi iz centrosoma na dezmoplakin, kar povzroči preureditev mikrotubulov v kortikal-no mrežo ob plazmalemi (11). Dezmoplakin tako postane sidrišče za mikrotubule, centro-som pa ostane mesto nukleacije mikrotubulov.
SINTEZA, POVEZOVANJE IN SESTAVLJANJE DEZMOSOMSKIH PROTEINOV
Ker dezmosome gradijo glikozilirani membranski proteini (dezmosomski kadherini) in neglikozilirani citosolni proteini (dezmopla-kini, plakofilini, plakoglobini), njihova sinteza poteka na ločenih lokacijah v celici. Dezmo-somski kadherini se sintetizirajo v zrnatem endoplazemskem retikulumu in se nato v Gol-gijevem aparatu preoblikujejo v kompleksne glikoproteine (14). Iz trans Golgijevega mrežja se odcepljajo transportni vezikli z dezmosom-skimi kadherini (slika 4), ki se s pomočjo mikrotubulov prenesejo vplazmalemo (14, 15).
Plakni proteini se sintetizirajo na prostih ribosomih v citosolu (slika 4). Dezmoplakini
in plakofilini se v citosolu povezujejo z inter-mediarnimi filamenti v skupke (slika 4) (12). Ti se do plazmaleme transportirajo na tri načine:
•	s polimerizacijo intermediarnih filamen-tov, ki teče od perinuklearnega področja proti plazmalemi (16),
•	z motornimi proteini po aktinskih filamen-tih (12) ali pa
•	z vezikularnim transportom skupaj z dez-mosomskimi kadherini, ki se prenašajo na plazmalemo ob mikrotubulih (slika 4) (15).
V citoplazmi je stalna zaloga dezmosomskih kadherinov in plaknih proteinov (16, 17), vendar ti proteini prispevajo manjši delež za
sestavljanje dezmosomov kot na novo sinte-tizirani (18).
Ko so dezmosomski proteini prisotni na plazmalemi, se najprej oblikujejo majhni, razvijajoči se dezmosomi, z njihovim združevanjem pa večji, zreli dezmosomi. Dinamičnost teh struktur se ohrani tudi po oblikovanju zrelih dezmosomov. V A431 rakastih epi-dermalnih celicah dezmosomi po plazmale-mi neprestano difundirajo, se zlivajo in tudi cepijo (19). Med zrelimi dezmosomi se v 30 minutah izmenja okoli 60% dezmogleina (20).
Za fizično povezavo sosednjih dezmosomskih polovic sta potrebna tako fiziološka koncentracija Ca2+ kot tudi bližina sosednjih celic. Predpogoj za vzpostavitev dezmosomov
Povezovanje dezmosomskih proteinov
Internalizacija dezmosomskih proteinov
\(C) /
| dezmoglein dezmoko l in
dezmopl akin
plakofilin
ribosom
NELIZOSOMSKI KOMPARTMENT
intermediarni filamenti GA Golgijev aparat ER endoplazemski retikulum
263
Slika 4: Transport, povezovanje in sestavljanje dezmosomskih proteinov (levo): (!) odcepljanje veziklovzdezmosomskimi kadherini iz trans Golgijevega mreija, (2) sinteza plaknih proteinov na prostih ribosomih v citosolu, (3) skupki plakofilinov, dezmoplakinov in intermediarnih flamentov, (a) transport skupkov dezmoplakinov, plakofilinov in intermediarnih filamentov na plazmalemo s polimerizacijo intermediarnih filamentov ali zmotornimi proteini po aktinskih filamentih, (b) transport dezmoplakinov, plakofilinov in intermediarnih filamentov v veziklih skupaj z dezmosomskimi kadherini ob mikrotubulih. Internalizacija dezmosomskih proteinov (desno): (A) internalizacija dezmosomskih polovic v vezikularnih strukturah, (B) nevezikularna internalizacija skupkov dezmoplakinov in citokeratinov, (C) razgradnja veziklov ali skupkov proteinov v lizosomih ali (D) transport veziklov v nelizosomske predelke, (?) domnevna ponovna uporaba dezmosomskih proteinov za nove dezmosome iz nelizosomskih predelkov, iz veziklov na začetku internalizacijske poti ali iz ločenih dezmosomskih polovic na plazmalemi.
264
so izoblikovani adherentni stiki, ki so začetniki medceličnega povezovanja. Povezovanje E-kadherinov, to je kadherinov adherentnih stikov, na podoben način kot pri zadrgi zbliža sosednje celične membrane in omogoča vzpostavljanje dezmosomov (21). Ce so celice staknjene in je v kulturi hkrati prisotna tudi fiziološka koncentracija Ca2+, celice oblikujejo stabilne dezmosome. Takrat imajo dezmo-somski proteini daljšo življenjsko dobo, kot če so celice ločene (22, 23, 24). Razpolovni čas (t1/2) dezmogleina je v ločenih celicah MDCK okoli 4 ure, ob prisotnosti celičnih stikov pa se poveča na približno 24 ur (24). t1/2 za plak-ni protein dezmoplakin v celicah brez stikov je približno 9 ur in več kot 50 ur v celicah z dezmosomi (22, 23). Dezmosomi v tkivih in konfluentnih celičnih kulturah so močno povezani in kot taki neodvisni od Ca2+ (4). Adherentni stiki, ki tudi tvorijo povezave, odvisne od Ca2+, v tkivih in konfluentnih celičnih kulturah ne postanejo neodvisni od Ca2+.
INTERNALIZACIJA DEZMOSOMSKIH PROTEINOV
Po prekinitvi dezmosmov se dezmosomske polovice lahko internalizirajo v vezikularnih strukturah (slika 4) (25, 26) ali nevezikularno kot posamezni proteinski skupki dezmopla-kinov in citokeratinov (slika 4) (27). V zadnjem primeru pride do ločevanja med plaknimi pro-teini že na plazmalemi. Internalizirani vezi-kli z dezmosomskimi proteini imajo na membrani od enega do tri plake, ki so na začet-
ku internalizacije še povezani z intermediar-nimi filamenti. Internalizirani dezmosomski proteini se premikajo globlje v citoplazmo vse do perinuklearnega področja (28) (slika 5). Vezikli se razgrajujejo v lizosomih (slika 4) (26, 27) ali pa potujejo v nelizosomske pre-delke, ki ne vsebujejo lizosomskih encimov (slika 4) (25). Ker imajo dezmosomske polovice v nelizosomskih predelkih dolgo življenjsko dobo, predvidevajo, da se lahko dezmo-somski proteini iz teh predelkov ponovno uporabijo za novonastale dezmosome (slika 4). Internalizacija dezmosomskih pro-teinov z vezikli je splošen mehanizem za odstranjevanje teh proteinov s celičnih površin pri preoblikovanju tkiva, med celičnimi delitvami, v pogojih zmanjšane koncentracije Ca2+ v kulturi ali zaradi delovanja protiteles proti dezmosomskim kadherinom.
FOSFORILACIJA IN PROTEOLITSKO CEPLJENJE DEZMOSOMSKIH PROTEINOV
Dezmosomski proteini so podvrženi serin--treoninskim in tirozinskim fosforilacijam, ki regulirajo medsebojne povezave med njimi. Proteinske kinaze imajo lahko tako pozitivne kot negativne vplive na sestavljanje dezmo-somov. Kinazna aktivnost PKCa (proteinske kinaze C a) na primer povzroča, da od Ca2+ neodvisni dezmosomi postanejo ponovno odvisni od Ca2+ (4). Plakoglobin je substrat za različne kinaze. Te lahko fosforilirajo različna mesta na proteinu, pri čemer ene fosforila-

Slika 5: Razporeditev dezmoplakina v MDCK celicah. V kontrolnih pogojih (fiziološka koncentracija Ca2*) so dezmoplakini (zeleni) razporejeni v liniji ob plazmalemi (slika levo). V mediju z znižano koncentracijo Ca2* so po 30 minutah že vidne dvojne linije sosednjih dezmoplakinov (T), nekatere celice so že popolnoma lo~ene in imajo vedno dezmoplakina v citoplazmi (*) (slika desno).
Slika 6: Od diferenciacije odvisno izražanje dezmosomskih proteinov. Gradienta izražanja dezmogleina 1 (DDsgl) in dezmokolina 1 (DDscl) potekata od površinske proti bazalni plasti. DDsg3 in DDsc3 imata obraten vzorec izražanja kot Dsgl in DDscl. Plakofilin 1 (PKP1) se nahaja v stikih v površinski plasti, plakofilin 2 (PKP2) pa v stikih globlje v epidermisu.
cije omogočajo povezavo plakoglobina s kad-herini, druge pa z dezmoplakini (5).
Dezmosomi so tudi tarče proteolitičnih encimov, ki med diferenciacijo, celjenjem ran, apoptozo in patogenezo delujejo na dezmo-somske proteine. Kaspaze, ključni proteolitič-ni encimi apoptoze, cepijo dezmoglein 3, dezmokolin 3, plakofilin 1, dezmoplakin in plakoglobin. Zunajcelične dele dezmogleina 3 in dezmokolina 3 lahko cepijo tudi metalopro-teinaze (29). Posledica proteolize je ločevanje dezmosomov, kopičenje razcepljenih proteinov v citosolu in razpad mrežja inter-mediarnih filamentov. Vsi ti dogodki povzročijo odstranitev celic iz tkiva, udeleženi pa so tudi pri metastaziranju tumorjev.
POMEN DEZMOSOMOV ZA RAZVOJ, DIFERENCIACIJO IN OBLIKOVANJE TKIV
Dezmosomski proteini so skupaj z drugimi molekulami odgovorni za pravilen razvoj embrija, diferenciacijo in oblikovanje tkiv. Med embrionalnim razvojem se dezmosomi sestavijo šele po oblikovanju adherentnih stikov
in tesnih stikov. Pri mišjem embriju se dezmosomi prvič vzpostavijo v trofoektodermu, sočasno z nastankom epitelne polarnosti in blastocela. Med nastajanjem in polnjenjem blastocela dezmosomi vzdržujejo mehansko stabilnost embrija (30).
Dezmosomski proteini sodelujejo tudi pri nastanku in organizaciji epidermisa. V različnih plasteh v epidermisu se izražajo različne izooblike dezmosomskih kadherinov (slika 6), kar poleg povezovalne funkcije kaže tudi na vlogo pri regulaciji diferenciacije (31).
DEZMOSOMSKE BOLEZNI
Pomen strukturne celovitosti tkiv, ki jo zagotavljajo dezmosomi, se pokaže pri boleznih, kjer so dezmosomi tarča avtoimunskih reakcij, delovanja bakterijskih toksinov ali genskih mutacij. Bolezni se izrazijo na koži, v ustni sluznici in srčni mišici, saj so ta tkiva najbolj izpostavljena mehanskim silam in jih zato okvara dezmosomske stabilnosti najbolj prizadene. Spremenjeno izražanje dezmosomskih proteinov omogoči metastaziranje tumorjev in je pogoj za napredovanje zgodnjih stadijev epitelnih tumorjev v invazivne stadije.
265
Avtoimunske bolezni
Pri avtoimunskih dezmosomskih boleznih je dezmoglein tarča delovanja avtoprotiteles. Pemphigus je kožna bolezen, kjer se prekinejo povezave med celicami v epidermisu in ustni sluznici (akantoliza). Posledica tega so mehur-jasta koža in razjede v sluznici, ki zato postanejo vstopno mesto za mikroorganizme, bolnikovo življenje pa je s tem lahko ogroženo. Pri bolezni pemphigus foliaceus (PF) avtopro-titelesa napadejo dezmoglein 1, pri pemphigus vulgaris (PV) pa dezmoglein 3. Protitelesa vplivajo na dinamiko sestavljanja in ločevanja dezmosomov, saj sprožijo endocitozo dezmosomskih proteinov, zmanjšajo njihove zaloge na plazmalemi in pospešijo prehajanje proteinov med obstoječimi dezmosomi. Pri PF se akantoliza pojavi znotraj površinskih plasti epidermisa, kjer je dezmoglein 1 tudi najbolj izražen (slika 6). Na koži nastanejo mehurji in luske v obliki lamel, sluznice ostanejo neprizadete. PF se endemično pojavlja v nekaterih območjih Latinske Amerike, po pogostosti pa prevladuje Brazilija. Pri PV se 266 akantoliza pojavi med bazalno in suprabazal-no plastjo epidermisa, kjer je dezmogleina 3 največ (slika 6), ter v ustni sluznici. Bolezen se klinično kaže v obliki znotrajepidermalnih mehurjev, zaradi katerih se spremenita površina kože in sluznic. Ugotovili so, da je pato-geneza PV in PF zelo zapletena, saj bolniki poleg avtoprotiteles proti dezmogleinu 3 in dezmogleinu 1 razvijejo protitelesa tudi proti drugim dezmogleinom, dezmokolinom, E-kadherinu, kolagenu XVIII in nekaterim podenotam nikotin-acetilholinskih receptor-jev (1).
Bakterijski toksini
Klinično in histološko identične znake kot pri pemphigus foliaceus v epidermisu povzroča toksin A, infektivni agens Staphylococcus aureus. Toksin A ima proteazno aktivnost in cepi dezmoglein 1 med zunajcelično domeno 3 in 4. Posledica je prekinitev medceličnih stikov pod plastjo stratum corneum. S prekinjanjem povezav med celicami si bakterija zagotovi širjenje v sicer težko dostopno kožo (1).
Genske bolezni
V zadnjih letih je močno poraslo število poznanih monogenskih bolezni, ki jih povzročajo mutacije dezmosomskih genov. Mutacije gena za dezmoglein 1 in dezmoplakin privedejo do palmo plantarne hiperkeratoze, bolezni, kjer se močno odebeli stratum corneum na podplatih in dlaneh (32). Ta področja so najbolj občutljiva za pomanjkanje dezmo-somskih gradnikov in s tem funkcionalnih dezmosomov, saj so izpostavljena ponavljajočim se mehanskim pritiskom.
Sindrom krhke kože in ektodermalne dis-plazije nastane zaradi mutacije gena za pla-kofilin 1 (32). Z imunohistokemijsko tehniko so ugotovili, da sta število in velikost dezmo-somov v spodnjih plasteh epidermisa zmanjšana. Povečani so tudi medcelični prostori, v perinuklearni regiji pa se pojavljajo agregati intermediarnih filamentov. Najpogostejši simptomi so mehurjava koža, redkejši lasje, nepravilnosti v razvoju nohtov in zmanjšano znojenje (32).
Mutacije gena za plakofilin 2 povzročajo aritmogeno kardiomiopatijo levega ventrikla (AKLV), ki nastane zaradi mehanske šibkosti srčne mišice, simptomatsko pa se AKLV kaže kot aritmija in oslabljena sposobnost črpanja. Tudi pri AKLV odsotnost plakofilina 2 povzroči odmik intermediarnih filamentov od plazmaleme (32).
Mutacija gena na karboksilnem koncu pla-koglobina je Naxosova bolezen. Klinični znaki so AKLV, »volneni lasje« in palmoplantarna keratoderma (čezmerno poroženevanje kera-tinske plasti kože) (32).
Carvajalov sindrom je bolezen, kjer je skrajšan karboksilni konec dezmoplakina. Bolniki imajo AKLV, »volnene lase« in palmo-plantarno keratodermo. Tudi druge mutacije gena na amino in karboksilnem koncu dez-moplakina se izrazijo kot palmoplantarne keratoderme in AKLV (tabela 1) (32).
Bolezni Hailey-Hailey in Darierjeva bolezen sta posledici nepravilnega procesiranja dezmosomskih proteinov. Vzrok so mutacije ATP2C1 in ATP2A2 genov za Ca2+ ATPazne črpalke, ki črpajo Ca2+ iz citosola v endopla-zemski retikulum in Golgijev aparat in tako vzdržujejo nizko koncentracijo Ca2+ v citoso-lu. Bolezen Hailey-Hailey ali kronični benigni
MED RAZGL 2008; 47 Tabela 1: Dezmosomske bolezni.
Protein
Vzrok bolezni
Bolezen
Klinična slika
Sprememba na celičnem nivoju
dezmoglein 1 mutacija gena za dezmoglein 1 palmoplantarna hiperkeratoza odebeljeni Stratum corneum avtoprotitelesa proti	pemphigus foliaceus	na podplatih in dlaneh
dezmogleinu 1	mehurji na površinski plasti
kože
toksin A (S. aureus)
mehurji na površinski plasti kože
akantoliza med površinskimi celicami v epidermisu
akantoliza med površinskimi celicami v epidermisu
dezmoglein 3 avtoprotitelesa proti dezmogleinu 3
pemphigus vulgaris
mehurji na koži in sluznicah
akantoliza med bazalnimi in suprabazalnimi celicami v epidermisu
plakofilin 1 mutacija gena za plakofilin 1 ektodermalna displazija redkejši lasje, nepravilnosti
in sindrom krhke kože v razvoju nohtov, mehurjava, luskasta koža
število in velikost dezmosomov zmanjšana, povečan medcelični prostor, agregati intermediarnih filamentov v perinuklearni regiji
plakofilin 2 mutacija gena za plakofilin 2 AKLV
plakoglobin mutacija gena za plakoglobin
aritmija, srce z oslabljeno sposobnostjo črpanja
Naxosova bolezen (palmoplantarna keratoderma, volneni lasje, AKLV)
odebeljeni stratum corneum na podplatih in dlaneh, aritmija, oslabljenost srčne
odmik plakofilina 2 od plazmaleme, atrofija miocitov desnega ventrikla; nadomestitev srčne mišičnine z maščobnim ali fibrozno--maščobnim tkivom
nadomestitev mioblastov z maščobnim ali fibroznim tkivom
267
dezmoplakin mutacije na različnih področjih palmoplantarne gena za dezmoplakin hiperkeratoze,
AKLV,
odebeljeni Stratum corneum	spremembe v strukturi
na podplatih in dlaneh,	organizacije dezmosomov nepravilnosti v razvoju nohtov, in intermediarnih filamentov
aritmija, oslabljenost srčne
Carvajalov sindrom (ventrikularna kardiomiopatija, palmoplantarna keratoderma, voleneni lasje)
oslabljenost srčne mišice, odebeljeni stratum corneum na podplatih in dlaneh
ATP2C1
mutacija gena za ATP2C1 Hailey-Hailey bolezen
lezije in mehurji na pregibnih delih kože
nepravilno procesiranje dezmosomskih proteinov, dezmosomski proteini razpršeni po citosolu
ATP2A2
mutacija gena za ATP2A2 Darierjeva bolezen
srbeče hiperkeratozne papule na intertriginoznih, seboroičnih mestih, na lasišču, hrbtiščih rok in nog, prizadete tudi sluznice
nepravilno procesiranje dezmosomskih proteinov, izguba dezmosomov, ločitve med citokeratini in dezmosomi, kopičenje citokeratinov v perinuklearnem področju
268
družinski pemphigus je avtosomna kožna bolezen, ki se izrazi v obliki bolečih kožnih lezij in mehurjev na pregibnih delih telesa. Najpogosteje se pojavlja po puberteti ali v srednjih letih, sprožijo pa jo vročina, potenje, stres, infekcije ali UV-sevanje. Z genskega stališča je bolezen posledica mutacije ATP2C1 gena. V celicah s prekinjenimi stiki v epidermisu pacientov so dezmosomski proteini razpršeni po citosolu (33, 34). Darierovo bolezen ali keratosis folicullaris povzroča mutacija gena ATP2A2. Elektronska mikroskopija epitelov pokaže, da prihaja do izgube dezmosomov, ločitve med citokeratini in dezmosomi ter do kopičenja citokeratinov v perinuklearnem področju. Je kožno obolenje, pri katerem se na intertriginoznih in seboroičnih mestih, na lasišču, redkeje pa tudi na obrazu ter hrbtiščih rok in nog pojavijo za lečo velike srbeče hiperkeratozne papule, prizadete pa so tudi sluznice (34).
Mutacije genov različnih dezmosomskih gradnikov imajo za posledico podobne klinične znake, različne mutacije na istih genih pa povzročajo različne klinične znake. To nakazuje prekrivajoče vloge dezmosomskih proteinov v signalnih poteh med diferenciacijo.
Dezmosomi in kancerogeneza
Dezmosomi vplivajo na tumorigenost in meta-staziranje celic. Za celice karcinomov z nizko stopnjo diferenciacije in slabo prognozo so značilni morfološko manjši dezmosomi. Dez-mosomski gradniki se v diagnostiki uporabljajo tudi kot tumorski markerji za razlikovanje med epitelnimi tumorji in meningiomi (1).
V tumorigenezo so dezmosomi vpleteni zaradi plakoglobina, ki lahko posreduje v Wnt/ P-kateninski signalni poti. Gre za signalno pot, kjer je ključen posrednik P-katenin. Ta se v normalnih epitelnih celicah lahko povezuje s proteini adherentnih stikov in dezmosomov. Nevezan citosolni P-katenin se razgrajuje v pro-teasomih. Kadar je proteasomna razgradnja P-katenina zmanjšana, se njegova koncentracija v citosolu poveča. Od tam se lahko P-ka-tenin prenese v jedro, kjer sproži aktivacijo
prepisnih faktorjev in posledično nekontrolirano celično rast. Ce se plakoglobin odcepi od dezmosomov, prepreči razgradnjo P-kate-nina v proteasomih in stimulira njegovo premestitev v jedro (35). Vsak od dezmosomskih gradnikov naj bi kot posrednik na nek način deloval v Wnt/P-kateninski signalni poti. Pogoj za metastaziranje tumorskih celic je prekinitev dezmosomov in adherentnih stikov. Vzrok za prekinitev dezmosomov je največkrat prenehanje izražanja dezmosomskih genov. Takrat se epitelnim celicam fenotip spremeni v me-zenhimsko, invazivno obliko (epitelno-mezen-himska transformacija). Razkritje pomena dezmosomskih proteinov v signalnih poteh in pri metastaziranju tumorskih celic bosta pripomogla k razumevanju napredovanja tumorjev.
SKLEPI
Spoznanje, da je koža sestavljena iz številnih posamičnih celic, ki so medsebojno povezane, je znanstvenike vodilo do odkritja medce-ličnih stikov in s tem dezmosomov. V skoraj 150-letnem raziskovanju dezmosomov so ugotovili njihovo molekularno raznolikost, njihovo vlogo pri stabilizaciji tkiv in delno pri regulaciji diferenciacije. Kontrola izražanja dezmosomskih genov ostaja še dokaj neraziskana, prav tako pa tudi signalne poti, v katere so dezmosomski proteini vključeni. Ceprav so dezmosomi pomembni predvsem za vzdrževanje strukturne celovitosti epitelijev in srčne mišice, niso zgolj rigidne strukture. Dinamika njihovega ločevanja in sestavljanja je odvisna od tipa celice, stopnje diferenciacije ter fiziološkega stanja celice. Raznolikost v funkcijah gre pripisati dejstvu, da so dezmosomi sestavljeni iz biokemijsko in strukturno različnih molekul. Spremembe v izražanju ali delovanju teh proteinov vodijo v dezmosomske bolezni, ki se odražajo predvsem kot kožna obolenja, obolenja srca in kot rakaste spremembe. V novejših študijah si raziskovalci prizadevajo odkriti predvsem terapevtske strategije, ki bi zmanjšale ali preprečile njihov razvoj.
LITERATURA
1.	Holthöfer B, Windoffer R, Troyanovsky S, et al. Structure and function of desmosomes. Inernational Rewiev of Citology 2007; 264: 65-163.
2.	Garrod DR, Meritt AJ, Nie Z. Desmosomal Cadherins. Current Opinion in Cell Biology 2002; 14: 537-45.
3.	Fleming TP, Garrod DR, Elsmore AJ. Desmosome biogenesis in the mouse preimpaltation embryo. Development 1991; 112: 527-39.
4.	Garrod DR, Berika MY, Bardsley WF, et al. Hyperadhesion in desmosomes: its regulation in wound healing and possible relationship to Cadherin crystal strucure. Journal of Cell Science 2005; 118: 5743-54.
5.	Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. 2008. Molecular biology of the cell. 5th ed. Garland Science 2008.
6.	South AP. Plakophilin 1: an important stabilizer of desmosmes. Clinical and Experimental dermatology 2003; 29: 161-7.
7.	Yin T, Green KJ. Regulation of desmosome assembly and adhesion. Seminars in Cell and Developmental Biology 2004; 15: 665-77.
8.	Bornslaeger EA, Corcoran CM, Stappenbeck TS, et al. Breaking the connection: displacement of the desmosomal plaque protein desmoplakin from cell-cell interfaces disrupt anchorage of intermediate filament bundles and alters intracellular junction assembly. The Journal of Cell Biology 1996; 134: 985-1001.
9.	Kowalcyzk AP, Bornslaeger EA, Norvell SM, et al. Desmosomes: Intercellular adhesive junctions specialized for attachment of intermediate filaments. International Review of Cytology 1999; 185: 237-302.
10.	Schmidt A, Heid HW, Schäfer S, et al. Desmosomes and cytoskeletal ardhitecture in epithelial differentiation: cell type-specific plaque components and intermediate filament anchorage. European Journal of Cell Biology 1994; 65: 229-45.
11.	Lechler T, Fuchs E. Desmoplakin: an unexpected regulator of microtubule organization in the epidermis. The Journal of Cell Biology 2007; 176: 147-54.
12.	Godsel LM, Hsieh SN, Amargo EV, et al. Desmoplakin assembly dynamics in four dimensions: multiple phases differentially regulated by intermediate filaments and actin. The Journal of Cell Biology 2005; 171: 1045-59.
13.	Huen AC, Park JK, Godsel LM, et al. Intermediate-membrane attachments function synergistically with actin-dependent contacts to regulate intercellualr adhesive strength. The Journal of Cell Biology 2002; 159: 1005-17.
14.	Penn EJ, Hobson C, Rees DA, et al. Structure and assembly of desmosome junctions: biosynthesis, processing and transport of the major protein and glycoprotein components in cultured epithelial cells. The Journal of Cell
Biology 1987; 105: 57-68.	269
15.	Burdett IDJ, Sullivan KH. Desmosome assembly in MDCK cells: Transport of precursors to the cell surface occurs by two phases of vesicular traffic and involves major changes in centrosome and Golgi location during a Ca2+ shift. Experimental Cell Research 2002; 276: 296-309.
16.	Pasdar M, Krzeminski KA, Nelson J. Regulation of desmosome assembly in MDCK epithelial cells: Coordination of membrane core and citoplasmic plaque domain assembly at the plasma membrane. The Journal of Cell Biology 1991; 113: 654-5.
17.	Penn EJ, Burdett IDJ, Hobson C, et. al. Structure and assembly of desmosome junctions: Biosynthesis and turnover of the major desmosome components of Madin-Darby canine kidney cells in low calcium medium. The Journal of Cell Biology 1987; 105: 2327-34.
18.	Mattey DL, Brdge G, Garrod DR. Development of desmosomal adhesion between MDCK cells following calcium switching. The Journal of Cell Science 1990; 97: 689-704.
19.	Gloushankova NA, Wakatsuki T, Troyanovsky RB. Continual assembly of desmosomes within stable intercellular contacts of epithelial A-431 cells Cell and Tissue Research 2003; 314: 399-410.
20.	Windoffer R, Borchert-Stühlträger M, Leube RE. Desmosomes: interconnected calcium-dependent structures of remarkable stability with significant integral membrane protein turnover. The Journal of Cell Science 2002; 115: 1717-32.
21.	Vasioukhin V, Bauer C, Yin M, et al. Directed actin polymerization is the driving force for epithelial cell-cell adhesion. Cell 2000; 100: 209-19.
22.	Pasdar M, Nelson WJ. Kinetics of desmosome assembly in Madin-Darby canine kidney epithelial cells: Temporal and spatial regulation of desmoplakin organization and stabilization upon cell-cell contact. Biochemical analysis. The Journal of Cell Biology 1988; 106: 677-85.
23.	Pasdar M, Nelson WJ. Kinetics of desmosome assembly in Madin-Darby canine kidney epithelial cells: Temporal and spatial regulation of desmoplakin organization and stabilization upon cell-cell contact. II. Morfological analysis. The Journal of Cell Biology 1988; 106: 687-95.
24.	Pasdar M, Nelson WJ. Regulation of desmosome assembly in epithelial cells: Kinetics of synthesis, transport and stabilization of desmoglein I, a major protein of the membrane core domain. The Journal of Cell Biology 1989; 109: 163-77.
25.	Holm PK, Hansen SH, Sadvig K, et. al. Endocytosis of desmosomal plaques depend on intact actin filamnets and leads to a nondegradative compartment. The European Journal of Cell Biology 1993; 62: 362-71.
26.	Burdett IDJ. Internalization of desmosomes and their entry into the endocytic pathway via late endosomes in MDCK cells. Posible mechanisms for the modulation of cell adhesion by desmosomes during development. The Journal of Cell Science 1993; 106: 1115-30.
27.	Calkins CC, Setzer SV, Jennings J M, et al. Desmoglein endocytosis and desmosome disassembly are coordinated responses to pemphigus autonatibodies. The Journal of Biological Chemistry 2006; 11: 7623-34.
28.	Kartenbeck J, Schmid E, Franke W, et al. Different modes of internalization of proteins associated with adherens junctions and desmosomes: experimental separation of lateral contacts induces endocytosis of desmosomal plaque material. The EMBO Journal 1982; 1: 725-32.
29.	Weiske J, Shoneberg T, Schroder W, et al. The fate of desmosomal proteins in apoptotic cells. The Journal of Biological Chemistry 2001; 276: 41175-81.
30.	Fleming TP, Butler L, Lei x et al. Molecular maturation of cell adhesion systems during mouse early development. Histochemistry 1994; 101: 1-7.
31.	Garrod D, Chidgey M, North A. Desmosomes: differentiation, development, dynamics and disease. Current Opinion in Cell Biology 1996; 8: 670-8.
32.	Kottke MD, Delva E, Kowalczyk AP. The desmosome: cell science lessons from human diseases. Journal of Cell Science 2006; 119: 797-806.
33.	Bernards M, Korge PB. Desmosome assembly and keratin network formation after Ca2+/serum induction and UVB radiation in Hailey-Hailey keratinocytes. The Journal of Investigative Dermatology 2000; 114: 1058-61.
34.	Szigeti R, Kellermayer R. Autosomal-dominant calcium ATPase disorder. Journal of investigative dermatology 2006; 126: 2370-6.
35.	Chidgey M, Dawson C. Desmosomes: a role in cancer? British Journal of cancer 2007; 96: 1783-7.
Prispelo 22. 5. 2008
270