Tætte kontakter

Tight junctions låser intercellulære kontakter , der er iboende i hvirveldyrceller , hvori membranerne af naboceller er så tæt som muligt og "tværbundet" af specialiserede proteiner claudins og occludiner .  Fordelt i epitelvæv , hvor de udgør den mest apikale del ( lat. zonula occludens ) af komplekset af kontakter mellem celler, som omfatter klæbende kontakter og desmosomer  . Tight junctions er bygget af flere bånd, der omkranser cellen, som krydser hinanden og danner en netværkslignende forbindelse. På den cytoplasmatiske side er de forbundet med actinfilamenter [1] [2] .

Epitelvæv udfører barriere- og transportfunktioner, for dette skal de kunne passere nogle stoffer og tilbageholde andre. En sådan selektiv permeabilitet tilvejebringes med succes af cellemembraner , men der forbliver mellemrum mellem cellerne, hvorigennem den såkaldte paracellulære (paracellulære) transport kan passere . Tight junctions rolle er at begrænse og regulere paracellulær diffusion : de forhindrer lækage af vævsvæske gennem epitelet, men kan være permeable for ioner , små hydrofile molekyler og endda makromolekyler , hvis det er nødvendigt . Tight junctions udfører også den såkaldte "indkapsling" -funktion, de forhindrer diffusionen af ​​membrankomponenter i dets ydre lag og opretholder derved forskellen i sammensætningen af ​​de apikale og basolaterale membraner. Tight junctions er involveret i signalveje , der regulerer proliferation , polarisering og differentiering af epitelceller [3] .

Septatkontakter er analoge med tætte forbindelser hos hvirvelløse dyr [1] .

Struktur og molekylær sammensætning

Tight junctions består af tynde, krydsende bånd, der omkranser cellen fuldstændigt og er i kontakt med lignende bånd på tilstødende celler. I elektronmikrofotografierne er det bemærkelsesværdigt, at i områder med tætte kontakter kommer membranerne i kontakt med hinanden eller endda smelter sammen. Kombinationen af ​​fryse-forskydningsmetoden med højopløsnings - elektronmikroskopi gjorde det muligt at fastslå, at tight junction-filmene er bygget af proteinpartikler på 3-4 nm i diameter , der rager ud fra begge overflader af membranen. Også til fordel for det faktum, at proteiner spiller en nøglerolle i dannelsen af ​​tight junctions, fremgår af celledeling under påvirkning af det proteolytiske enzym trypsin [2] .

I alt omfatter tight junctions omkring 40 forskellige proteiner, både membran og cytoplasmiske. Sidstnævnte er nødvendige for vedhæftning af aktinfilamenter , regulering og signaltransduktion [3] .

Membranproteiner

Membran tight junction-proteiner kan opdeles i to grupper: dem, der krydser membranen 4 gange, og dem, der kun krydser den én gang. Den første gruppe er meget omfattende, den omfatter proteiner claudins , occludiner og tricellulin. De har fælles strukturelle træk, især har de fire α-spiralformede transmembrane domæner , N- og C-terminaler vender mod cytosolen , og domæner, der rager ud i det ekstracellulære rum, er involveret i homo- eller heterofile interaktioner med lignende proteiner på den tilstødende celle [3] .

Claudiner er de vigtigste tight junction-proteiner. Deres rolle er blevet påvist i mus med claudin-1- gen- knockout : tætte forbindelser dannes ikke i overhuden på sådanne dyr, og de dør inden for en dag efter fødslen på grund af dehydrering på grund af intens fordampning [1] . Claudins er også involveret i dannelsen af ​​selektive kanaler til iontransport. Det menneskelige genom indeholder gener for mindst 24 forskellige claudiner, som udtrykkes vævsspecifikt [3] .

Den næstmest almindelige i tight junctions er okkluderet af occludiner (fra latin  occludo  - til lukke), de regulerer transporten af ​​små hydrofile molekyler og passagen af ​​neutrofiler gennem epitelet [3] . De højeste koncentrationer af det tredje protein, tricellulin, observeres ved kontaktpunkterne mellem tre celler [1] .

Tight junction proteiner, der krydser membranen én gang, inkluderer JAM-A, -B, -C og -D ( junctional adhesion molecules ) og beslægtet CAR ( coxsackievirus og adenovirus receptor ) , CLMP ( eng  . CAR-lignende membranprotein ) og ESAM ( endotelcelleselektivt adhæsionsmolekyle ), der har to immunglobulindomæner , samt CRB3 proteiner ( Crumbs homologue 3 ) og BVES [3] .     

Cytoplasmatiske proteiner

Den cytoplasmatiske del af tight junctions er nødvendig for deres vedhæftning til actinfilamenter, regulering af celleadhæsion og paracellulær transport, og også for transmission af signaler fra overfladen ind i cellen. Den består af adapter , stillads- og cytoskeletproteiner samt elementer af signalveje ( kinaser , fosfataser ). Det mest undersøgte protein i den cytoplasmatiske plade  er ZO-1 , det har flere domæner involveret i protein-protein-interaktioner , som hver især giver kontakt med andre komponenter. Således interagerer tre PDZ-domæner med claudiner og andre adapterproteiner - ZO-2 og ZO-3, GUK-domæne ( eng.  guanylate kinase homology ) - med occludiner og SH3-domæne  - med signalproteiner [3] .

Den cytoplasmatiske side af tight junctions er også forbundet med proteinkomplekser PARD3 /PAR6 og Pals1 /PATJ, som er nødvendige for at etablere cellepolaritet og epitelmorfogenese [3] .

Funktioner

De første undersøgelser af funktionen af ​​tight junctions førte til ideen om, at disse er statiske impermeable strukturer, der er nødvendige for at begrænse diffusionen af ​​stoffer mellem celler. Efterfølgende viste det sig, at de er selektivt permeable, desuden er deres gennemstrømning forskellig i forskellige væv og kan reguleres [4] . En anden funktion af tight junctions er også blevet etableret: en rolle i at opretholde cellepolaritet ved at begrænse diffusionen af ​​lipider og proteiner i det ydre lag af plasmamembranen. I det første årti af det 21. århundrede blev der også akkumuleret data, der indikerer disse strukturers deltagelse i signalveje, især regulering af celleproliferation og polaritet [3] .

Regulering af paracellulær transport

Uigennemtrængeligheden af ​​tight junctions for de fleste vandopløselige forbindelser kan påvises i et eksperiment om indføring af lanthanhydroxid (en elektrontæt kolloid opløsning ) i bugspytkirtlens blodkar . Få minutter efter injektionen fikseres acinarcellerne, og der fremstilles præparater til mikroskopi. I dette tilfælde kan det observeres, at lanthanhydroxid diffunderer fra blodet ind i mellemrummet mellem cellernes sideflader , men ikke kan trænge igennem tætte kontakter i deres øvre del [2] . Andre forsøg har vist, at tætte kontakter også er uigennemtrængelige for salte. For eksempel, når man dyrker en kultur af MDCK ( Madin-Darby canine kidney ) hundenyreceller i et medium med en meget lav calciumkoncentration , danner cellerne et monolag , men er ikke forbundet med hinanden ved tætte kontakter. Salte og væsker kan bevæge sig frit gennem sådan et enkeltlag. Hvis der tilsættes calcium til kulturen, dannes der på en time tætte kontakter, og laget bliver uigennemtrængeligt for væsker [2] .  

Tight junctions er dog ikke helt uigennemtrængelige i alle væv, der er såkaldte løse epitel ( eng.  leaky epithelia ). For eksempel passerer tyndtarmens epitel 1000 gange flere Na + ioner end epitelet i nyrernes tubuli. Ioner trænger gennem paracellulære porer 4 Å i diameter , selektive i ladning og partikelstørrelse, som dannes af claudin-proteiner [4] . Da epitelet af forskellige organer udtrykker forskellige sæt claudiner, er deres ionpermeabilitet også forskellig. For eksempel tillader specifikt claudin, kun til stede i nyrerne, magnesiumioner at passere igennem under reabsorption [1] .

Epitelets intercellulære rum kan også være permeabelt for store partikler, for eksempel, når man gentager ovenstående forsøg med lanthanhydroxid på vævet i epitelet i tyndtarmen hos en kanin , kan man observere passagen af ​​kolloide partikler mellem celler. Store molekyler transporteres gennem specielle lækageveje ( eng.  leak pathway ) med en diameter på mere end 60 Å [4] . Dette er vigtigt, for eksempel for processerne med absorption af aminosyrer og monosaccharider , hvis koncentration i tyndtarmen stiger efter at have spist nok til deres passive transport [1] .

Opretholdelse af en sondring mellem de apikale og basolaterale membraner

Hvis liposomer indeholdende fluorescensmærkede glycoproteiner tilsættes til mediet i kontakt med den apikale del af MDCK-cellemonolaget , fusionerer nogle af dem spontant med cellemembraner. Derefter kan fluorescens påvises i den apikale, men ikke i den basolaterale del af cellerne, forudsat at de tætte junctions er intakte. Hvis de ødelægges ved at fjerne calcium fra mediet, diffunderer fluorescerende proteiner og er jævnt fordelt over hele overfladen af ​​cellen [2] .

Det cytosoliske lag af membranen har den samme lipidsammensætning, både i de apikale og basolaterale regioner; disse lipider kan frit diffundere. På den anden side er lipiderne i det ekstracellulære lag af de to dele af cellen væsentligt forskellige, og udvekslingen mellem dem forhindres af tætte kontakter. For eksempel er alle glycolipider , samt proteiner forankret af glycosylphosphatidylinositol , i MDCK-cellemembraner udelukkende placeret i det ekstracellulære lag af den apikale del, og phosphatidylcholin  er næsten udelukkende lokaliseret i den basolaterale del [2] .

Tight Contact Diseases

Adskillige arvelige sygdomme hos mennesker er forbundet med nedsat tight junction-dannelse , såsom mutationer i claudin-16- og claudin-19-generne, som fører til hypomagnesiæmi på grund af for stort tab af magnesium i urinen. Mutationer i claudin-13 og tricellulingenerne forårsager arvelig døvhed . Dysregulering af nogle tight junction-proteiner er forbundet med cancer , for eksempel er ekspressionen af ​​ZO-1 og ZO-2 nedreguleret i mange typer af cancer. Tight junction-komponenter kan også være mål for onkogene vira [3] .

Nogle vira bruger tight junction-membranproteiner til at trænge ind i cellen, især claudin-1 er en co-receptor for hepatitis C-virus . Andre vira binder sig til tight junction-proteiner for at forstyrre barrieren, der adskiller dem fra ægte receptorer på det basolaterale lag af epitelceller eller ikke-epitelceller [3] .

Tight junctions kan også være et mål for bakterielle patogener , f.eks. Clostridium perfringens , det  forårsagende middel for gasgangræn frigiver et enterotoksin , der virker på de ekstracellulære domæner af claudiner og occludiner og forårsager epitellækage. Helicobacter pylori , det  forårsagende middel for gastritis  , introducerer CagA-proteinet i celler, som interagerer med ZO-1-JAM-A-komplekset; dette menes at hjælpe bakterierne med at overvinde den beskyttende barriere af det gastriske epitel [3] .

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular Biology of the Cell . — 5. — Garland Science, 2007. - ISBN 978-0-8153-4105-5 .
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harvey Lodish et al. 15.7 Transport over epitel // Molekylær cellebiologi . — 4. - W. H. Freeman, 2000. - ISBN 0-7167-3136-3 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Balda MS , Matter K. Kort overblik over tætte knudepunkter.  (engelsk)  // Journal of Cell Science. - 2008. - 15. november ( bind 121 , nr. Pt 22 ). - P. 3677-3682 . - doi : 10.1242/jcs.023887 . — PMID 18987354 .
  4. ↑ 1 2 3 Anderson JM , Van Itallie CM Fysiologi og funktion af tight junction.  (engelsk)  // Cold Spring Harbor Perspectives In Biology. - 2009. - August ( bind 1 , nr. 2 ). - P. 002584-002584 . - doi : 10.1101/cshperspect.a002584 . — PMID 20066090 .

Litteratur

  Gå til Wikidata-elementet  Tematiske steder
Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Intercellulære kontakter
Anker kontakter
Forbundet med actincytoskelettet
Forbundet med mellemliggende ficrolamens
Låsende kontakter
Kontakter, der danner kanaler