Täta kontakter

Tight junctions låser intercellulära kontakter som är inneboende i ryggradsdjursceller , där membranen i angränsande celler är så nära som möjligt och "tvärbundna" av specialiserade proteiner claudins och occludiner .  Distribuerade i epitelvävnader , där de utgör den mest apikala delen ( lat. zonula occludens ) av komplexet av kontakter mellan celler, vilket inkluderar adhesiva kontakter och desmosomer . Täta korsningar är byggda av flera band som omger cellen, som, korsar varandra, bildar en nätverksliknande anslutning. På den cytoplasmatiska sidan är de associerade med aktinfilament [1] [2] .  

Epitelvävnader utför barriär- och transportfunktioner, för detta måste de kunna passera vissa ämnen och behålla andra. Sådan selektiv permeabilitet tillhandahålls framgångsrikt av cellmembran , dock kvarstår luckor mellan cellerna genom vilka den så kallade paracellulära (paracellulära) transporten kan passera . Rollen för tight junctions är att begränsa och reglera paracellulär diffusion : de förhindrar läckage av vävnadsvätska genom epitelet, men kan vara permeabla för joner , små hydrofila molekyler och även makromolekyler om det behövs . Täta korsningar utför också den så kallade "inneslutningsfunktionen", de förhindrar diffusion av membrankomponenter i dess yttre skikt, och upprätthåller därigenom skillnaden i sammansättningen av de apikala och basolaterala membranen. Tight junctions är involverade i signalvägar som reglerar proliferation , polarisering och differentiering av epitelceller [3] .

Septatkontakter är analoga med täta korsningar hos ryggradslösa djur [1] .

Struktur och molekylär sammansättning

Tight junctions består av tunna, korsande band som omger cellen helt och hållet och är i kontakt med liknande band på intilliggande celler. I elektronmikrofotografierna märks det att i områden med täta kontakter kommer membranen i kontakt med varandra eller till och med smälter samman. Kombinationen av frys-skjuvningsmetoden med högupplöst elektronmikroskopi gjorde det möjligt att fastställa att tight junction-filmerna är byggda av proteinpartiklar 3–4 nm i diameter som sticker ut från membranets båda ytor. Också till förmån för det faktum att proteiner spelar en nyckelroll i bildandet av tight junctions framgår av celldelning under verkan av det proteolytiska enzymet trypsin [2] .

Totalt omfattar tight junctions ett 40-tal olika proteiner, både membran och cytoplasmatiska. De senare krävs för aktinfilamentfästning , reglering och signaltransduktion [3] .

Membranproteiner

Membran tight junction proteiner kan delas in i två grupper: de som korsar membranet 4 gånger och de som korsar det bara en gång. Den första gruppen är mycket omfattande, den inkluderar proteiner claudins , occludiner och tricellulin. De har gemensamma strukturella egenskaper, i synnerhet har de fyra α-spiralformade transmembrandomäner , N- och C-terminaler vända mot cytosolen , och domäner som sticker ut i det extracellulära utrymmet är involverade i homo- eller heterofila interaktioner med liknande proteiner på den intilliggande cellen [3] .

Claudins är de viktigaste tight junction-proteinerna. Deras roll har visats i möss med claudin-1 gen knockout : täta förbindelser bildas inte i överhuden hos sådana djur och de dör inom en dag efter födseln på grund av uttorkning på grund av intensiv avdunstning [1] . Claudins är också involverade i bildandet av selektiva kanaler för jontransport. Det mänskliga genomet innehåller gener för minst 24 olika claudiner, som uttrycks vävnadsspecifikt [3] .

Den näst vanligaste i tight junctions är ockluderad av occludiner (från latin  occludo  - till close), de reglerar transporten av små hydrofila molekyler och passage av neutrofiler genom epitelet [3] . De högsta koncentrationerna av det tredje proteinet, tricellulin, observeras vid kontaktpunkterna för tre celler [1] .

Tight junction proteiner som korsar membranet en gång inkluderar JAM-A, -B, -C och -D ( junctional adhesion molecules ) och relaterade CAR ( coxsackievirus och adenovirus receptor ) , CLMP ( eng  . CAR-liknande membranprotein ) och ESAM ( endotelcellselektiv adhesionsmolekyl ), som har två immunglobulindomäner , såväl som CRB3 proteiner ( Crumbs homologue 3 ) och BVES [3] .     

Cytoplasmatiska proteiner

Den cytoplasmatiska delen av tight junctions är nödvändig för deras vidhäftning till aktinfilament, reglering av cellvidhäftning och paracellulär transport, och även för överföring av signaler från ytan in i cellen. Den består av adapter , byggnadsställningar och cytoskelettproteiner , såväl som element av signalvägar ( kinaser , fosfataser ). Det mest studerade proteinet i den cytoplasmatiska plattan  är ZO-1 , det har flera domäner involverade i protein-protein-interaktioner , som var och en ger kontakt med andra komponenter. Således interagerar tre PDZ-domäner med claudiner och andra adapterproteiner - ZO-2 och ZO-3, GUK-domän ( eng.  guanylate kinas homology ) - med occludiner och SH3-domän  - med signalproteiner [3] .

Den cytoplasmatiska sidan av tight junctions är också associerad med proteinkomplex PARD3 /PAR6 och Pals1/PATJ, som är nödvändiga för att etablera cellpolaritet och epitelial morfogenes [3] .

Funktioner

De första studierna av funktionen hos tight junctions ledde till idén att dessa är statiska ogenomträngliga strukturer som är nödvändiga för att begränsa diffusionen av ämnen mellan celler. Därefter fann man att de är selektivt permeabla, dessutom skiljer sig deras genomströmning i olika vävnader och kan regleras [4] . En annan funktion av täta förbindelser har också fastställts: en roll för att upprätthålla cellpolaritet genom att begränsa diffusionen av lipider och proteiner i det yttre lagret av plasmamembranet. Under det första decenniet av 2000-talet ackumulerades också data som indikerar deltagandet av dessa strukturer i signalvägar, i synnerhet som reglerar cellproliferation och polaritet [3] .

Reglering av paracellulär transport

Täta förbindelsers ogenomtränglighet för de flesta vattenlösliga föreningar kan demonstreras i ett experiment med införandet av lantanhydroxid (en elektrontät kolloidal lösning ) i bukspottkörtelns blodkärl . Några minuter efter injektionen fixeras acinarcellerna och förberedelser för mikroskopi förbereds från dem. I detta fall kan det observeras att lantanhydroxid diffunderar från blodet in i utrymmet mellan cellernas sidoytor , men inte kan penetrera genom täta kontakter i deras övre del [2] . Andra experiment har visat att täta kontakter också är ogenomträngliga för salter. Till exempel, när man odlar en kultur av MDCK ( Madin-Darby canine kidney ) hundnjurceller i ett medium med en mycket låg kalciumkoncentration , bildar cellerna ett monolager , men är inte förbundna med varandra genom täta kontakter. Salter och vätskor kan röra sig fritt genom ett sådant monolager. Om kalcium tillsätts till kulturen, bildas täta kontakter på en timme och skiktet blir ogenomträngligt för vätskor [2] .  

Tight junctions är dock inte helt ogenomträngliga i alla vävnader, det finns så kallade lösa epitel ( eng.  leaky epithelia ). Till exempel passerar tunntarmens epitel 1000 gånger fler Na + -joner än epitelet i njurarnas tubuli. Joner penetrerar genom paracellulära porer 4 Å i diameter , selektiva i laddning och partikelstorlek, som bildas av claudinproteiner [4] . Eftersom epitelet hos olika organ uttrycker olika uppsättningar av claudiner, skiljer sig även deras jonpermeabilitet. Till exempel tillåter specifik claudin, som endast finns i njurarna, magnesiumjoner att passera genom under reabsorption [1] .

Det intercellulära utrymmet i epitelet kan också vara permeabelt för stora partiklar, till exempel, när man upprepar ovanstående experiment med lantanhydroxid på vävnaden av epitelet i tunntarmen hos en kanin , kan man observera passagen av kolloidala partiklar mellan celler. Stora molekyler transporteras genom speciella läckagevägar ( eng.  leak pathway ) med en diameter på mer än 60 Å [4] . Detta är viktigt, till exempel för processerna för absorption av aminosyror och monosackarider , vars koncentration i tunntarmen ökar efter att ha ätit tillräckligt för deras passiva transport [1] .

Att upprätthålla en distinktion mellan de apikala och basolaterala membranen

Om liposomer som innehåller fluorescensmärkta glykoproteiner tillsätts till mediet i kontakt med den apikala delen av MDCK-cellmonoskiktet , smälter några av dem spontant med cellmembran. Därefter kan fluorescens detekteras i apikalen, men inte i den basolaterala delen av cellerna, förutsatt att de täta förbindelserna är intakta. Om de förstörs genom att ta bort kalcium från mediet diffunderar fluorescerande proteiner och är jämnt fördelade över hela ytan av cellen [2] .

Det cytosoliska skiktet av membranet har samma lipidsammansättning, både i de apikala och basolaterala regionerna; dessa lipider kan fritt diffundera. Å andra sidan är lipiderna i det extracellulära lagret av de två delarna av cellen signifikant olika, och utbytet mellan dem förhindras av täta kontakter. Till exempel är alla glykolipider , såväl som proteiner förankrade av glykosylfosfatidylinositol , i MDCK-cellmembran uteslutande lokaliserade i det extracellulära lagret av den apikala delen, och fosfatidylkolin  är nästan uteslutande lokaliserat i den basolaterala delen [2] .

Tight Contact Diseases

Flera mänskliga ärftliga sjukdomar är associerade med nedsatt tight junction-bildning , såsom mutationer i claudin-16- och claudin-19-gener, som leder till hypomagnesemi på grund av överdriven förlust av magnesium i urinen. Mutationer i claudin-13- och tricellulingenerna orsakar ärftlig dövhet . Dysreglering av vissa tight junction-proteiner är associerad med cancer , till exempel är ZO-1- och ZO-2-uttryck nedreglerade i många typer av cancer. Tight junction-komponenter kan också vara mål för onkogena virus [3] .

Vissa virus använder tight junction membranproteiner för att komma in i cellen, i synnerhet claudin-1 är en co-receptor för hepatit C-viruset . Andra virus fäster till tight junction-proteiner för att störa barriären som separerar dem från verkliga receptorer på det basolaterala lagret av epitelceller eller icke-epitelceller [3] .

Tight junctions kan också vara ett mål för bakteriella patogener , till exempel Clostridium perfringens , det  orsakande medlet för gasgangren frisätter ett enterotoxin som verkar på de extracellulära domänerna av claudiner och occludiner och orsakar epitelläckage. Helicobacter pylori , det  orsakande medlet för gastrit  , introducerar CagA-proteinet i celler, som interagerar med ZO-1-JAM-A-komplexet; detta tros hjälpa bakterierna att övervinna den skyddande barriären i magepitelet [ 3] .

Anteckningar

  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:a. — Garland Science, 2007. - ISBN 978-0-8153-4105-5 .
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harvey Lodish et al. 15.7 Transport över epitel // Molekylär cellbiologi . — 4:a. - 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. 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 .
  4. ↑ 1 2 3 Anderson JM , Van Itallie CM Fysiologi och funktion av tight junction.  (engelska)  // Cold Spring Harbor Perspectives In Biology. - 2009. - Augusti ( vol. 1 , nr 2 ). - P. 002584-002584 . - doi : 10.1101/cshperspect.a002584 . — PMID 20066090 .

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