Intercellulära kontakter

Intercellulära kontakter  är molekylära komplex som tillhandahåller förbindelser mellan intilliggande celler eller mellan en cell och den extracellulära matrisen (ECM). Intercellulära kontakter är avgörande för livskraften hos flercelliga organismer . Bland de kontakter som förmedlar anslutningen av två celler urskiljs täta förbindelser , som reglerar intercellulär transport och förhindrar diffusion av membranproteiner ; adhesiva förbindelser , som binder aktincytoskelettet hos intilliggande celler; desmosomer som binder mellanliggande filamentnärliggande celler; gap junctions , vilket möjliggör direkt överföring av joner och små molekyler mellan närliggande celler. Ryggradslösa djur har septate junctions , som har samma funktioner som tight junctions. I växter är många celler förbundna med cytoplasmatiska broar - plasmodesmata . Kontakter som förbinder celler och ECM inkluderar desmosomer och fokalkontakter .

Kontakter mellan två celler

Täta kontakter

Tight junctions binder epitel- eller endotelceller . De reglerar transporten av partiklar mellan celler, och fungerar även som ett "stängsel" som förhindrar diffusion av membranproteiner mellan de övre (apikala) och nedre (basala) regionerna av membranet. Mer än 24 olika proteiner hittades i tight junction-zonen, som är indelade i 4 grupper: transmembranproteiner , polära proteiner, cytoskelettproteiner och signalproteiner. Transmembranproteiner representeras av tre typer av proteiner: claudiner , occludiner och kontaktadhesiva molekyler ( eng.  junctional adhesion molecule ) som utför en "låsande" funktion. Vissa tight junction-proteiner, såsom ZO-1 , interagerar med många signalproteiner såväl som aktincytoskelettet [1] .

Septate kontakter

I ett elektronmikroskop ser septatkontakter ut som en serie (stapel) av raka eller böjda väggar (eller septa, som de fick sitt namn för), placerade parallellt med varandra. Skiljeväggarna förbinder ett 15–20 nm brett gap mellan plasmamembranen i intilliggande celler. Ibland har kontakten ett vikt utseende. Från sidan av cytoplasman kan aktinfilament associeras med septatkontakten [2] .

Septat och tight junctions skiljer sig åt i proteinsammansättning. Dessutom är täta förbindningar placerade på sidomembranet ovanför de bindemedelsförbindningar för gördeln, medan septatövergångar är belägna nedanför, nära basen av cellen. Ibland är en enskild cell ansluten till sina grannar genom både täta och septerade korsningar [2] .

Liksom tight junctions reglerar septatövergångar transporten av molekyler över cellskiktet, vilket begränsar möjligheten till diffusion, och begränsar även flödet av fosfolipider och membranproteiner mellan de övre ( apikala ) och nedre ( basala ) halvorna av cellmembranet. Septatkontakter har dock också funktioner som inte är karakteristiska för täta kontakter. Till exempel, i Drosophila och nematoden Caenorhabditis elegans , i frånvaro av funktionella septatkontakter, börjar tumörer utvecklas, vilket indikerar rollen av dessa strukturer i kontrollen av tumörtillväxt. Dessutom spelar septatövergångar en viktig roll i cellformkontroll [2] .

Självhäftande kontakter

Oftast finns vidhäftande kontakter i epitelvävnader och i endotelet, här bildar de ett vidhäftande bälte runt varje cell, som även kallas vidhäftningszonen ( lat.  zonula adherens ). Sådana zoner i epitelet hos ryggradsdjur är huvudsakligen belägna basala till området med täta korsningar ( lat.  zonula occludens ) och apikala till desmosomer ( lat.  macula adherens ) [3] [4] . I ett elektronmikroskop ser självhäftande kontakter ut som mörka täta band belägna i de intilliggande områdena av membranen i intilliggande celler. Adhesiva kontakter innehåller transmembranproteinreceptorer  - cadheriner . Cadheriner lokaliserade på det laterala membranet av en cell interagerar med samma proteiner på det laterala membranet av den angränsande cellen. Självhäftande kontakter är tillräckligt starka och hållbara för att omforma vävnad och motstå skjuvkrafter . Till exempel, i det adhesiva bandet interagerar cadheriner med aktinfilament med deltagande av proteiner från kateningruppen . Aktinfilament är fästa vid myosiner , vilket gör att aktinfilament kan glida. På grund av trådens glidning förändras formen på epitelcellernas apikala pol. Detta är särskilt viktigt för en korrekt utveckling av neuralröret [5] .

Gap kontakter

Gap junctions kan innehålla från flera tiotals till många tusentals kanaler som passerar genom plasmamembranen hos intilliggande celler. Varje kanal består av två halvor, som är kända som connexons eller halvkanaler. Dessa halvor är sammanfogade i en smal spalt 2-3 nm bred som separerar närliggande celler. Varje connexon består av sex proteinsubenheter  - connexiner [6] . Ytterligare två familjer av gap junction-proteiner är kända. Innexiner finns bara hos ryggradslösa djur, men de är inte homologer av connexiner. Men de bildar intercellulära korsningar som liknar struktur och funktion som ryggradsgapkorsningar . En annan familj representeras av pannexiner , som finns i både ryggradsdjur och ryggradslösa djur. De skiljer sig i struktur från både connexiner och innexiner. Pannexiner finns nästan uteslutande i neuroner och spelar förmodligen en viktig roll för deras funktion och utveckling även hos djur med ett primitivt nervsystem [7] .

Gap junctions tjänar till att flytta joner och små molekyler mellan närliggande celler. Molekyler med en massa på upp till 1,2 kDa kan passera genom gap junction , medan molekyler med en massa på 2 kDa behålls. Celler kan utbyta molekyler som sockerarter , nukleotider , andra budbärare (cAMP eller cGMP ), små peptider och RNA . Gap junctions är särskilt viktiga när ett stort antal celler behöver producera ett snabbt, välkoordinerat svar. Således utgör gap junctions grunden för mycket snabba elektriska synapser , som till exempel kan hittas i hjärnans neuroner och i myokardceller ( kardiomyocyter ) [8] .

Desmosomes

Desmosomer binder celler i epitelet, myokardiet , levern , mjälten och vissa celler i nervsystemet. I ett elektronmikroskop ser en desmosom ut så här. I kontaktområdet på den cytoplasmatiska sidan av membranet i var och en av de två angränsande cellerna finns en elektrontät plack, från den cytoplasmatiska sidan av vilken ett knippe av mellanliggande filament sträcker sig. Bredden på gapet mellan två intilliggande celler är cirka 30 nm [9] .

Desmosomer tillhandahåller cellskiktens strukturella integritet genom att länka samman deras nätverk av mellanliggande filament. Förutom mellanliggande filamentproteiner innehåller desmosomer många andra proteiner med olika funktioner. Desmosomer är särskilt vanliga i stressade celler, såsom hud- och myokardceller, där de spelar en viktig strukturell roll genom att tillhandahålla "punktsvetsning" av celler. Desmosomer är också involverade i signaltransduktion. Till exempel, plakoglobin och plakophilins , som är en del av desmosomer, när signalreceptorer på cellytan aktiveras, flyttar till kärnan , där de reglerar uttrycket av många gener , och plakoglobin, dessutom direkt binder till tillväxtfaktorreceptorer . Således kan desmosomer kontrollera uttrycket av många gener [10] .

Plasmodesma

Plasmodesmata bildas under det sista stadiet av växtcelldelning - cytokinesis , när dottercellerna slutligen separeras från varandra. I de nybildade cellväggarna återstår porer som binder samman cytoplasman hos närliggande celler. Plasmodesmata bildas när rör av det endoplasmatiska retikulumet (ER) kommer in i cellplattan under bildandet . Samtidigt smälter inte membranen hos närliggande celler och ER-tubulierna samman med varandra. Istället är EPR-tubuli uppdelad i två delar, som är belägna i angränsande celler och är förbundna med en smal isthmus. Isthmus ligger i kanalen i cellväggarna hos angränsande celler och är omgiven av cytoplasma; det kallas också en desmotubule [11] . Plasmodesmata som bildas under cytokines kallas primära . Emellertid förbinder plasmodesmata ibland celler som inte är produkten av en enda delning; sådana plasmodesmata kallas sekundära . Sekundära plasmodesmata bildas genom lokal förtunning av väggen mellan två celler, och ett EPR-rör förs på något sätt in i det resulterande hålet [12] .

Plasmodesmata kombinerar växtceller till en stor struktur som kallas symplast . Inom symplasten passerar elektriska signaler, joner och små vattenlösliga molekyler genom plasmodesmata, inklusive aminosyror , sockerarter, mRNA , små störande RNA och proteiner (inklusive transkriptionsfaktorer ). Joner och molekyler passerar genom plasmodesmata genom enkel diffusion [13] . Pordiametern hos plasmodesmata kan ändras, vilket ger möjlighet att justera den selektiva permeabiliteten hos plasmodesmata [14] .

Många växtpatogener - viroider och virus  - överförs mellan celler med hjälp av plasmodesmata, trots sin stora storlek. Faktum är att virus uttrycker proteiner som expanderar porerna i plasmodesmata, vilket gör det möjligt att transportera även ganska stora virala partiklar. Verkningsmekanismen för dessa proteiner är ännu inte känd [14] .

Kontakter mellan celler och ECM

Hemidesmosomer

Hemidesmosomer är belägna på den basala sidan av epitelcellsmembranet och binder det till den extracellulära matrisen. Mer exakt kopplar hemidesmosomer nätverket av mellanliggande filament av epitelceller till den extracellulära matrisen med hjälp av transmembranreceptorer . Elektronmikroskopi visade att strukturerna hos desmosomer och hemidesmosomer är väldigt lika (en hemidesmosom ser ut som hälften av en desmosom, för vilken denna struktur fått sitt namn), dock binder desmosomer inte cellen och den extracellulära matrisen, utan två närliggande celler. Hemidesmosomernas huvudsakliga funktion är att fästa lager av epitel till basalmembranet [15] .

Hemidesmosomer ger vidhäftning av det stratifierade epitelet till basalmembranet. Hemidesmosomer och desmosomer i cellen är orienterade i rät vinkel mot varandra, på grund av vilket de ger skydd mot olika typer av mekanisk stress. Associerade med mellanliggande filament bildar hemi-desmosomer och desmosomer ett tätt nätverk som ger strukturellt stöd till epitelskikten [16] .

Trots sin viktiga arkitektoniska roll är desmosomer och hemi-desmosomer inte statiska strukturer. Så när huden är skadad lossnar epitelceller från basalmembranet och migrerar till sårområdet. Där delar de sig, återbefolkar det skadade området och fäster sedan igen till basalmembranet (via hemidesmosomer) och till varandra (via desmosomer). Således är hemi-desmosomer och desmosomer kapabla till reversibel demontering [16] .

Fokalkontakter

Focal junctions är en ansamling av integrinreceptorer på cellmembranet som binder cellen till den extracellulära matrisen; från sidan av cytoplasman interagerar de med aktincytoskelettet. Förutom integriner inkluderar fokala kontaktproteiner vinkulin , talin , fokal kontaktkinas , paxillin , zyxin [ , VASP , α-aktinin och andra. Fokala kontakter detekteras endast i de delar av cellmembranet som närmar sig den extracellulära matrisen på ett avstånd av mindre än 15 nm [17] [18] .

Fokala kontakter ger stark vidhäftning av celler till den extracellulära matrisen och är involverade i överföringen av mekanisk stress på cellmembranet. De är involverade i många cellsignaleringsvägar , i synnerhet de som aktiveras som svar på mekanisk stress [18] .

Klinisk betydelse

Brott i arbetet med intercellulära kontakter av olika typer leder till olika sjukdomar, vilket betonar deras funktionella betydelse för en flercellig organism. Till exempel leder mutationer i claudin-16 och claudin-19 generna som stör tight junctions till hypomagnesemi på grund av överdriven förlust av magnesium i urinen. Mutationer i claudin-13- och tricellulingenerna orsakar ärftlig dövhet . Dysregulation av vissa tight junction-proteiner är associerad med cancer (t.ex. ZO-1 och ZO-2-uttryck nedregleras i många typer av cancer). Tight junction-komponenter kan också vara mål för onkogena virus [19] .

Punktmutationer i generna som kodar för gap junction-proteiner, connexiner, hos människor leder till mycket specifika defekter, av vilka man kan dra slutsatsen att de flesta connexiner endast uttrycks i ett fåtal vävnader . Recessiva mutationer i connexin-26- genen är den vanligaste orsaken till ärftlig dövhet. Connexin-26 är involverat i transporten av kaliumjoner i epitelcellerna som stödjer känsliga hårceller i örat . Människor med mutationer i genen som kodar för connexin-32 kan lida av förstörelse av myelinskidan av axoner ( X - länkad variant av Charcot-Marie-Tooths sjukdom ). Det är möjligt att myelins stabilitet kan bero på gapövergångarna mellan cellerna i olika lager av myelinskidan, och störningar i kontakternas funktion leder till dess förstörelse [20] .

Brott mot desmosomernas funktion leder också till olika sjukdomar. Således utvecklas palmoplantar keratoderma med mutationer i desmosomproteiner. Autoimmuna bullösa dermatoser  , såsom pemphigus vulgaris uppstår när patienter utvecklar antikroppar mot sina egna desmosomproteiner. Brott i funktionen hos intercellulära kontakter, i synnerhet desmosomer, kan leda till döden [21] . Sjukdomar förknippade med dysfunktion av hemidesmosomerna visar sig som blåsor i huden . Dessa sjukdomar är gemensamt kända som epidermolysis bullosa (EB). I BE blir huden skör, flagnar och får blåsor som svar på minsta mekaniska påfrestning. Ibland uppstår även avlossning av epitelet i hornhinnan , luftstrupen , matsmältningskanalen , matstrupen , och muskeldystrofi förekommer också [22] .

Anteckningar

  1. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 .
  2. ↑ 1 2 3 Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 893.
  3. ↑ Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular Biology of the Cell . — 5:a. — Garland Science, 2007. - ISBN 978-0-8153-4105-5 .
  4. ↑ Harvey Lodish et al. 22.1 Cell-celladhesion och kommunikation // Molekylär cellbiologi . — 4:a. - W. H. Freeman, 2000. - ISBN 0-7167-3136-3 .
  5. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 895-897.
  6. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 901.
  7. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 903.
  8. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 902-903.
  9. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 897-898.
  10. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 898.
  11. ↑ Robards A W. Plasmodesmata  //  Årlig granskning av växtfysiologi. - 1975. - Juni ( vol. 26 , nr 1 ). - S. 13-29 . — ISSN 0066-4294 . - doi : 10.1146/annurev.pp.26.060175.000305 .
  12. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 986-987.
  13. ↑ ROBERTS AG , OPARKA KJ Plasmodesmata och kontroll av symplastisk transport  //  Plant, Cell and Environment. - 2003. - Januari ( vol. 26 , nr 1 ). - S. 103-124 . — ISSN 0140-7791 . - doi : 10.1046/j.1365-3040.2003.00950.x .
  14. ↑ 1 2 Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 987.
  15. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 899.
  16. ↑ 1 2 Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 900.
  17. ↑ Zaidel-Bar R. , Cohen M. , Addadi L. , Geiger B. Hierarkisk sammansättning av cell-matrisadhesionskomplex.  (engelska)  // Biochemical Society Transactions. - 2004. - Juni ( vol. 32 , nr. Pt3 ). - s. 416-420 . - doi : 10.1042/BST0320416 . — PMID 15157150 .
  18. ↑ 1 2 Burridge K. Focal adhesions: ett personligt perspektiv på ett halvt sekel av framsteg.  (engelska)  // The FEBS Journal. - 2017. - Oktober ( vol. 284 , nr 20 ). - P. 3355-3361 . - doi : 10.1111/feb.14195 . — PMID 28796323 .
  19. ↑ Balda MS , Matter K. Korta knutpunkter.  (engelska)  // Journal of Cell Science. - 2008. - 15 november ( vol. 121 , nr. Pt 22 ). - P. 3677-3682 . - doi : 10.1242/jcs.023887 . — PMID 18987354 .
  20. ↑ Pollard et al., 2017 , sid. 550.
  21. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , sid. 898-899.
  22. ↑ Walko G. , Castañón MJ , Wiche G. Molecular architecture and function of the hemidesmosome.  (engelska)  // Cell and Tissue Research. - 2015. - Maj ( vol. 360 , nr 2 ). - s. 363-378 . - doi : 10.1007/s00441-014-2061-z . — PMID 25487405 .

Litteratur

  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Intercellulära kontakter
Ankarkontakter
Associerad med aktincytoskelettet
Förknippas med mellanliggande ficrolamens
Låsande kontakter
Kontakter som bildar kanaler