Informace

13.14: Gap Junctions - Biologie

13.14: Gap Junctions - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Na rozdíl od jiných typů adheze buňka-buňka spojuje gap junction (někdy nazývaný nexus) nejen vnější stranu dvou buněk, ale také jejich cytoplazmu. Každá buňka má konexon (aka hemikanál) vyrobený ze šesti konexinových proteinů. Konexiny mohou být všechny stejného typu nebo kombinace různých, kterých je u lidí a myší známo 20. Konexon interaguje s konexonem na sousední buňce a spojuje cytoplazmu obou buněk v mezerovém spojení.

Velikost pórů mezerového spoje se liší v závislosti na typu konexinů, ale obecně jsou molekuly pod 1 kDa schopny projít skrz, zatímco větší nemohou. Proto jsou buňky spojené mezerovými spoji elektricky propojeny (ionty mohou volně procházet), mohou sdílet buněčnou energii (ATP) a signální molekuly druhého posla, jako je Ca2+ nebo IP3, ale ne většina proteinů nebo nukleových kyselin. Póry nejsou vždy otevřené, ale jsou řízeny fosforylací několika serinů v intracelulárních doménách každého konexinu.

Ačkoli byly nyní nalezeny ve většině typů tkání metazoa, jsou zvláště důležité v srdečním svalu. Mezerové spoje zde zajišťují efektivní šíření kontraktilních signálů tak, aby se srdeční sval mohl stahovat synchronně. Je to důležité i pro vývoj srdce: genový knockout connexinu43, primárního srdečního konexinu, vede k opožděné kličce vzestupné končetiny embryonální srdeční trubice, což znamená malformace zejména v pravé komoře, trikuspidální chlopni a subpulmonálním výtokovém traktu.

Když většina lidí, včetně většiny biologů, přemýšlí o neuronových spojeních a synapsích, myslí na chemické synapse, ve kterých jedna buňka signalizuje druhé uvolňováním neurotransmiterů. Nyní je však dobře známo, že v CNS jsou elektrické synapse prostřednictvím mezerových spojů významnou součástí repertoáru neurální komunikace. Sítnice je vynikajícím příkladem s četnými mezerovými spoji mezi neurony. Ve skutečnosti mohou světlem aktivované neurotransmitery aktivovat proteinkinázové dráhy, které fosforylují konexiny, a tak mění vodivost přes mezerové spoje. Pozoruhodným příkladem je elektrické spojení kuželových fotoreceptorových neuronů založené na mezerovém spojení. Jsou spojeny v blízkosti základny buněk, takže buzení jednoho pohání buzení několika dalších. To je důležité pro generování jasného vizuálního signálu, protože primární reakce, fototransdukce, je špinavý proces. Díky jednoduché přítomnosti náhodných fotonů poskakujících kolem je poměr signálu k šumu světlem indukované excitace velmi nízký. Protože však elektrická vazba sčítá signál blízkých sousedů, ale ne šum pozadí, má výstup signálu z těchto neuronů zlepšení poměru signálu k šumu o ~77 %! Toto téma je přezkoumáno v Bloomfield a Volgyi, Recenze přírody (neurologie), 10:495-506, 2009.


13.14: Gap Junctions - Biologie

Všechny články publikované MDPI jsou okamžitě dostupné po celém světě pod licencí s otevřeným přístupem. K opětovnému použití celého nebo části článku publikovaného MDPI, včetně obrázků a tabulek, není vyžadováno žádné zvláštní povolení. U článků publikovaných pod licencí Creative Common CC BY s otevřeným přístupem může být jakákoli část článku znovu použita bez povolení za předpokladu, že je původní článek jasně citován.

Feature Papers představují nejpokročilejší výzkum s významným potenciálem velkého dopadu v této oblasti. Celovečerní články jsou předkládány na individuální pozvání nebo doporučení vědeckých redaktorů a před zveřejněním procházejí odborným hodnocením.

Feature Paper může být buď originálním výzkumným článkem, podstatnou novou výzkumnou studií, která často zahrnuje několik technik nebo přístupů, nebo komplexním přehledovým dokumentem se stručnými a přesnými aktualizacemi o nejnovějším pokroku v oboru, který systematicky přezkoumává nejzajímavější pokroky ve vědecké literatura. Tento typ papíru poskytuje výhled na budoucí směry výzkumu nebo možné aplikace.

Články Editor’s Choice vycházejí z doporučení vědeckých redaktorů časopisů MDPI z celého světa. Editoři vybírají malý počet článků nedávno publikovaných v časopise, o kterých se domnívají, že budou pro autory obzvláště zajímavé nebo důležité v této oblasti. Cílem je poskytnout přehled některých nejzajímavějších prací publikovaných v různých oblastech výzkumu časopisu.


Obsah

U obratlovců jsou hemikanály mezerových spojů primárně homo- nebo heterohexamery konexinových proteinů. Mezerové spoje bezobratlých zahrnují proteiny z rodiny innexinů. Innexiny nemají žádnou významnou sekvenční homologii s konexiny. [8] I když se sekvence liší od konexinů, innexiny jsou dostatečně podobné konexinům, aby bylo možné konstatovat, že innexiny tvoří mezerové spoje in vivo stejným způsobem jako konexiny. [9] [10] [11] Nedávno charakterizovaná rodina pannexinů, [12] o které se původně předpokládalo, že tvoří mezibuněčné kanály (se sekvencí aminokyselin podobnou innexinům [13] ), ve skutečnosti funguje jako jednomembránová kanál, který komunikuje s extracelulárním prostředím a bylo prokázáno, že propouští vápník a ATP. [14]

V mezerových spojích je mezibuněčný prostor mezi 2 a 4 nm [6] a jednotkové konexony v membráně každé buňky jsou vzájemně zarovnány. [15]

Gap junction kanály vytvořené ze dvou identických hemikanálů se nazývají homotypické, zatímco kanály s různými hemikanály jsou heterotypické. Hemikanály jednotného složení konexinů se nazývají homomerní, zatímco ty s odlišnými konexiny jsou heteromerní. Předpokládá se, že složení kanálů ovlivňuje funkci kanálů mezerových spojů.

Než byly innexiny a pannexiny dobře charakterizovány, byly geny kódující kanály konexinových mezer klasifikovány do jedné ze tří skupin na základě mapování genů a podobnosti sekvencí: A, B a C (např. GJA1, GJC1). [16] [17] [18] Konexinové geny však přímo nekódují expresi kanálů mezerových spojů. Geny mohou produkovat pouze proteiny, které tvoří kanály mezerových spojů. Oblíbený je také alternativní systém pojmenování založený na molekulové hmotnosti tohoto proteinu (například: connexin43=GJA1, connexin30.3=GJB4).

  1. DNA na RNA na protein Connexin.
  2. Jeden konexinový protein má čtyři transmembránové domény
  3. 6 Connexinů vytváří jeden Connexon (hemikanál). Když se různé konexiny spojí a vytvoří jeden konexon, nazývá se heteromerní konexon
  4. Dva hemikanály, spojené dohromady přes buněčnou membránu, obsahují kanál Gap Junction.
    Když se dva identické konexony spojí a vytvoří kanál Gap junction, nazývá se to homotypický GJ kanál. Když se jeden homomerní konexon a jeden heteromerní konexon spojí, nazývá se to kanál heterotypického mezerového spojení. Když se spojí dva heteromerní konexony, nazývá se to také heterotypický kanál Gap Junction.
  5. Několik kanálů mezerových spojů (stovky) se shromáždí v makromolekulárním komplexu zvaném plak mezerového spoje.
  1. Umožňuje přímou elektrickou komunikaci mezi buňkami, i když různé konexinové podjednotky mohou předávat různé jednokanálové vodivosti, od asi 30 pS do 500 pS.
  2. Umožňuje chemickou komunikaci mezi buňkami prostřednictvím přenosu malých druhých poslů, jako je inositoltrifosfát (IP
    3 ) a vápník (Ca2+
    ), [7] i když různé konexinové podjednotky mohou udělit různou selektivitu pro konkrétní malé molekuly.
  3. Obecně umožňuje transmembránový pohyb molekul menších než 485 Daltonů[20] (1 100 Daltonů přes bezobratlé mezerové spoje [21]), ačkoli různé konexinové podjednotky mohou udělovat různé velikosti pórů a různou nábojovou selektivitu. Velké biomolekuly, například nukleová kyselina a protein, jsou vyloučeny z cytoplazmatického přenosu mezi buňkami prostřednictvím konexinových kanálů s mezerovým spojením.
  4. Zajišťuje, že molekuly a proud procházející mezerovým spojem neunikají do mezibuněčného prostoru.

Dosud bylo proteinu gap junction připisováno pět různých funkcí:

  1. Elektrická a metabolická vazba mezi buňkami
  2. Elektrická a metabolická výměna přes hemikanály
  3. Tumor supresorové geny (Cx43, Cx32 a Cx36)
  4. Adhezivní funkce nezávislá na vodivém kanálu mezerového spoje (neurální migrace v neokortexu)
  5. Role karboxylového konce v signálních cytoplazmatických drahách (Cx43)

Gap Junctions byly pozorovány v různých zvířecích orgánech a tkáních, kde se buňky vzájemně dotýkají. Od 50. do 70. let 20. století byly detekovány v račích nervech, [22] krysí slinivce, játrech, kůře nadledvin, nadvarleti, dvanáctníku, svalu, [23] Daphnia hepatic caecum, [24] Hydra sval, [25] opičí sítnice, [26 ] králičí rohovka, [27] rybí blastoderm, [28] žabí embrya, [29] králičí vaječník, [30] reagregační buňky, [31] [32] kapsle hemocytů švábů, [33] králičí kůže, [34] kuře embrya, [35] lidský Langerhansův ostrůvek, [36] akusticko-vestibulární receptory snímající tlak zlaté rybky a křečka, [37] srdce mihule a plášťovce, [38] [39] semenotvorné tubuly potkana, [40] myometrium, [41] oko čočka [42] a trávicí epitel hlavonožců. [43] Od 70. let 20. století se mezerové spoje nadále nacházejí téměř ve všech živočišných buňkách, které se navzájem dotýkají. V devadesátých letech umožnila nová technologie, jako je konfokální mikroskopie, rychlejší průzkum velkých oblastí tkáně. Od 70. let 20. století dokonce i tkáně, které byly tradičně považovány za pravděpodobně izolované buňky, jako je kost, ukázaly, že buňky byly stále spojeny mezerovými spoji, jakkoli slabě. [44] Gap junctions se zdají být ve všech zvířecích orgánech a tkáních a bude zajímavé najít jiné výjimky než buňky, které normálně nejsou v kontaktu se sousedními buňkami. Dospělý kosterní sval je možnou výjimkou. Lze tvrdit, že pokud jsou přítomny v kosterním svalu, mezerové spoje by mohly šířit kontrakce libovolným způsobem mezi buňkami tvořícími sval. Alespoň v některých případech tomu tak nemusí být, jak je ukázáno u jiných typů svalů, které mají mezerové spoje. [45] Náznak toho, co je výsledkem redukce nebo absence mezerových spojů, může být indikován analýzou rakoviny [46] [47] [48] nebo procesem stárnutí. [49]

Gap junctions lze považovat za fungující na nejjednodušší úrovni jako přímá cesta z buňky do buňky pro elektrické proudy, malé molekuly a ionty. Řízení této komunikace umožňuje komplexní následné účinky na mnohobuněčné organismy, jak je popsáno níže.

Embryonální, orgánový a tkáňový vývoj Edit

V 80. letech 20. století byly zkoumány jemnější, ale neméně důležité role komunikace gap junction. Bylo objeveno, že komunikace gap junction by mohla být narušena přidáním anti-konexinových protilátek do embryonálních buněk. [50] [51] Embrya s oblastmi zablokovaných mezerových spojů se nevyvinula normálně. Mechanismus, kterým protilátky blokovaly mezerové spoje, byl nejasný, ale byly provedeny systematické studie k objasnění tohoto mechanismu. [52] [53] Upřesnění těchto studií ukázalo, že mezerové spoje se zdály být klíčem k rozvoji buněčné polarity [54] a levé/pravé symetrie/asymetrie u zvířat. [55] [56] I když se zdá, že signalizace, která určuje polohu tělesných orgánů, spoléhá na mezerové spoje, tak i na zásadnější diferenciaci buněk v pozdějších fázích embryonálního vývoje. [57] [58] [59] [60] [61] Bylo také zjištěno, že mezerové spoje jsou zodpovědné za přenos signálů potřebných k tomu, aby léky měly účinek [62] a naopak se ukázalo, že některá léčiva blokují kanály mezerových spojů. [63]

Gap junctions a "efekt přihlížejícího" Edit

Cell death Edit

„Efekt přihlížejícího“ se svými konotacemi zabití nevinného přihlížejícího je také zprostředkován mezerovými spoji. Když jsou buňky kompromitovány kvůli nemoci nebo zranění a začnou umírat, zprávy jsou přenášeny do sousedních buněk připojených k umírající buňce mezerovými spoji. To může způsobit, že jinak neovlivněné zdravé okolní buňky také zemřou. [64] U nemocných buněk je proto důležité vzít v úvahu efekt přihlížejících, což otevřelo cestu pro další financování a rozkvět výzkumu. [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] Později byl efekt přihlížejícího zkoumán také s ohledem na buňky poškozené zářením nebo mechanickým poškozením, a tedy hojení ran. [74] [75] [76] [77] [78] Zdá se, že onemocnění má také vliv na schopnost mezerových spojů plnit svou roli při hojení ran. [79] [80]

Restrukturalizace tkání Edit

I když existuje tendence zaměřit se na vedlejší účinek při onemocnění kvůli možnosti terapeutických cest, existují důkazy, že v normálním vývoji tkání hraje ústřední roli. Aby tkáň dosáhla své konečné konfigurace, může být vyžadována smrt některých buněk a jejich obklopující matrice a mezerové spoje se také zdají zásadní pro tento proces. [81] [82] Existují i ​​složitější studie, které se snaží spojit naše chápání současných rolí mezerových spojů jak při hojení ran, tak při vývoji tkání. [83] [84] [85]

Oblasti elektrické vazby Edit

Gap junctions elektricky a chemicky spojují buňky v celém těle většiny zvířat. Elektrická vazba může působit relativně rychle. Tkáně v této sekci mají dobře známé funkce, u kterých bylo pozorováno, že jsou koordinovány mezerovými spoji s mezibuněčnou signalizací probíhající v časových rámcích mikrosekund nebo méně.

Upravit srdce

Gap junctions jsou zvláště důležité v srdečním svalu: signál ke kontrakci prochází efektivně skrz gap junctions, což umožňuje buňkám srdečního svalu kontrahovat jednotně.

Neurony Edit

Mezerový spoj umístěný v neuronech je často označován jako elektrická synapse. Elektrická synapse byla objevena pomocí elektrických měření předtím, než byla popsána struktura mezerového spoje. Elektrické synapse jsou přítomny v celém centrálním nervovém systému a byly studovány specificky v neokortexu, hipokampu, vestibulárním jádru, thalamickém retikulárním jádru, locus coeruleus, dolním olivárním jádře, mezencefalickém jádře trigeminálního nervu, ventrální tegmentální oblasti a bulbu refaktoly, míchu obratlovců. [86]

Bylo pozorováno slabé spojení neuronů s gliovými buňkami v locus coeruleus a v cerebellum mezi Purkyňovými neurony a Bergmannovými gliovými buňkami. Zdá se, že astrocyty jsou spojeny mezerovými spoji jak s jinými astrocyty, tak s oligodendrocyty. [87] Navíc mutace v genech gap junction Cx43 a Cx56.6 způsobují degeneraci bílé hmoty podobnou té, která byla pozorována u Pelizaeus-Merzbacherovy choroby a roztroušené sklerózy.

Konexinové proteiny exprimované v neuronálních mezerových spojích zahrnují:

s mRNA pro alespoň pět dalších konexinů (mCx26, mCx30.2, mCx32, mCx43, mCx47) detekovaných, ale bez imunocytochemického důkazu pro odpovídající protein v ultrastrukturálně definovaných mezerových spojích. Zdá se, že tyto mRNA jsou down-regulovány nebo zničeny mikrointerferujícími RNA (miRNA), které jsou specifické pro buněčný typ a buněčnou linii.

Úprava sítnice

Neurony v sítnici vykazují rozsáhlou vazbu, a to jak v populacích jednoho typu buněk, tak mezi různými typy buněk. [88]

Pojmenování Edit

Gap junctions byly tak pojmenovány kvůli "mezeře", která se ukázala být přítomná na těchto speciálních křižovatkách mezi dvěma buňkami. [89] Se zvýšeným rozlišením transmisního elektronového mikroskopu (TEM) byly struktury mezerových spojů poprvé vidět a popsány kolem roku 1953.

Termín "gap junction" se zdál být vytvořen asi o 16 let později, kolem roku 1969. [90] [91] [92] Podobná úzká pravidelná mezera nebyla prokázána v jiných mezibuněčných spojeních fotografovaných pomocí TEM v té době.

Vytvořte indikátor funkce Edit

Ještě dlouho před demonstrací "mezery" v mezerových spojích byly pozorovány na spoji sousedních nervových buněk. Těsná blízkost sousedních buněčných membrán u mezerového spoje vede výzkumníky ke spekulacím, že hrají roli v mezibuněčné komunikaci, zejména při přenosu elektrických signálů. [93] [94] [95] Gap junctions bylo také prokázáno jako elektricky usměrňující a označované jako elektrická synapse. [96] [97] Později bylo zjištěno, že chemikálie mohou být také transportovány mezi buňkami prostřednictvím mezerových spojů. [98]

Implicitní nebo explicitní ve většině raných studií je, že oblast mezerového spoje se strukturou lišila od okolních membrán tak, že vypadala jinak. Bylo ukázáno, že mezerové spojení vytváří mikroprostředí mezi dvěma buňkami v extracelulárním prostoru neboli „mezera“. Tato část extracelulárního prostoru byla poněkud izolovaná od okolního prostoru a také přemostěna tím, co nyní nazýváme páry konexonů, které tvoří ještě těsněji utěsněné můstky, které protínají mezeru mezi dvěma buňkami. Při pohledu v rovině membrány technikami zmrazení-frakce je možná distribuce konexonů s vyšším rozlišením v plaku gap junction. [99]

Na některých křižovatkách jsou pozorovány ostrovy bez konexinů. Pozorování bylo z velké části bez vysvětlení, dokud Peracchia pomocí TEM tenkých řezů neukázal, že vezikuly jsou systematicky spojeny s plaky mezerového spoje. [100] Peracchiova studie byla pravděpodobně také první studií popisující párové konexonové struktury, které nazval poněkud jednoduše „globule“. Studie ukazující, že vezikuly spojené s mezerovými spoji a navrhující, že se obsah vezikul může pohybovat přes spojovací plaky mezi dvěma buňkami, byly vzácné, protože většina studií se zaměřila spíše na konexony než na vezikuly. Pozdější studie využívající kombinaci mikroskopických technik potvrdila časný důkaz pravděpodobné funkce mezerových spojů při mezibuněčném přenosu vezikul. Oblasti přenosu vezikul byly spojeny s ostrůvky bez konexinů v plakech mezerových spojů. [101]

Elektrické a chemické nervové synapse Edit

Kvůli rozšířenému výskytu mezerových spojení v buněčných typech jiných než nervových se termín mezerové spojení stal obecněji používaným než termíny jako elektrická synapse nebo nexus. Další rozměr ve vztahu mezi nervovými buňkami a mezerovými spoji byl odhalen studiem tvorby chemických synapsí a přítomnosti mezerových spojů. Sledováním vývoje nervu u pijavic s potlačenou expresí mezerového spojení bylo prokázáno, že obousměrné mezerové spojení (elektrická nervová synapse) se musí vytvořit mezi dvěma buňkami, než mohou růst a vytvořit jednosměrnou „chemickou nervovou synapsi“. [102] Chemická nervová synapse je synapse nejčastěji zkrácená na nejednoznačnější termín „nervová synapse“.

Úprava kompozice

Connexins Edit

Purifikace [103] [104] mezibuněčných plaků mezerového spoje obohacených o protein tvořící kanál (konexin) ukázala, že protein tvořící hexagonální pole v rentgenové difrakci. Nyní bylo možné systematické studium a identifikace převládajícího proteinu mezerového spojení [105]. Upřesněné ultrastrukturální studie pomocí TEM [106] [107] ukázaly, že protein se vyskytoval komplementárním způsobem v obou buňkách účastnících se plaku mezerového spoje. Plak gap junction je relativně velká oblast membrány pozorovaná na tenkém řezu TEM a zmrazené zlomenině (FF) pozorované vyplněné transmembránovými proteiny v obou tkáních a šetrněji ošetřenými preparáty gap junction. Se zjevnou schopností jediného proteinu umožnit mezibuněčnou komunikaci pozorovanou u mezerových spojení [108] měl termín mezerové spojení tendenci stát se synonymem pro skupinu sestavených konexinů, i když to nebylo prokázáno in vivo. Biochemická analýza izolátů bohatých na gap junction z různých tkání prokázala rodinu konexinů. [109] [110] [111]

Ultrastruktura a biochemie izolovaných mezerových spojů, které již byly zmíněny, naznačily, že konexiny se přednostně seskupují v plakech nebo doménách mezerových spojů a konexiny byly nejlépe charakterizovanou složkou. Bylo zjištěno, že organizace proteinů do polí s plakem mezerového spoje může být významná. [29] [112] Je pravděpodobné, že tato raná práce již odrážela přítomnost více než jen konexinů v mezerových spojích. Kombinace nově vznikajících polí zmrazené fraktury za účelem nahlédnutí do membrán a imunocytochemie pro značení buněčných složek (imunoznačení replikou zmrazené fraktury nebo FRIL a imunoznačení tenkých řezů) ukázalo, že plaky mezerového spoje in vivo obsahovaly protein konexin. [113] [114] Pozdější studie využívající imunofluorescenční mikroskopii větších oblastí tkáně objasnily diverzitu v dřívějších výsledcích. Bylo potvrzeno, že plaky mezerového spojení mají proměnlivé složení, protože jsou domovem konexonových a nekonexinových proteinů, a také díky tomu je moderní použití termínů „gap junction“ a „gap junction plak“ nezaměnitelné. [115] Jinými slovy, běžně používaný termín "gap junction" vždy odkazuje na strukturu, která obsahuje konexiny, zatímco plaketa gap junction může také obsahovat další strukturální rysy, které ji budou definovat.

"Plaketa" nebo "formační plaketa" Upravit

Dřívější popisy „gap junctions“ a „connexons“ je jako takové neodkazovaly a bylo použito mnoho dalších termínů. Je pravděpodobné, že „synaptické disky“ [116] byly přesným odkazem na plaky z mezerových spojů. Zatímco podrobná struktura a funkce konexonu byla v té době popsána omezeným způsobem, hrubá struktura „disku“ byla relativně velká a snadno viditelná různými technikami TEM. Disky umožnily výzkumníkům pomocí TEM snadno lokalizovat konexony obsažené na disku, jako jsou záplaty in vivo a in vitro. Zdálo se, že disk nebo „plak“ mají strukturální vlastnosti odlišné od těch, které propůjčují samotné konexony. [25] Předpokládalo se, že pokud oblast membrány v plaku přenášených signálů, oblast membrány by musela být nějakým způsobem utěsněna, aby se zabránilo úniku. [117] Pozdější studie ukázaly, že plaky gap junction jsou domovem nekonexinových proteinů, díky čemuž je moderní použití termínů „gap junction“ a „gap junction plaque“ nezaměnitelné, protože plocha plaku gap junction může obsahovat jiné proteiny než konexiny. . [115] [118] Stejně jako konexiny nezabírají vždy celou plochu plaku, ostatní komponenty popsané v literatuře mohou být pouze dlouhodobými nebo krátkodobými rezidenty. [119]

Studie umožňující pohledy do roviny membrány mezerových spojů během formování ukázaly, že se mezi dvěma buňkami vytvořil „formační plak“ předtím, než se konexiny vstoupily dovnitř. Byly to oblasti bez částic, když byly pozorovány pomocí TEM FF, což indikovalo velmi malé nebo žádné transmembránové proteiny. pravděpodobně přítomen. Málo se ví o tom, jaké struktury tvoří formační plak nebo jak se mění struktura formačního plaku, když se konexiny a další komponenty pohybují dovnitř nebo ven. Jedna z dřívějších studií tvorby malých mezerových spojů popisuje řady částic a halo bez částic. [120] S většími mezerovými spoji byly popsány jako formační plaky, do kterých se přesunuly konexiny. Předpokládalo se, že partikulární mezerové spoje se tvoří 4–6 hodin poté, co se objevily formační plaky. [121] Jak mohou být konexiny transportovány do plaků pomocí tubulinu, je stále jasnější. [54] [122]

Pro rané výzkumníky bylo obtížné analyzovat formující se plak a nekonexinovou část klasického plaku mezerového spoje. Zdá se, že v TEM FF a tenkém řezu je doména lipidové membrány, která může nějakým způsobem tvořit poměrně tuhou bariéru pro jiné lipidy a proteiny. Existují nepřímé důkazy o tom, že určité lipidy se přednostně podílejí na tvorbě plaku, ale nelze to považovat za definitivní. [123] [124] Je obtížné si představit rozbití membrány pro analýzu membránových plaků bez ovlivnění jejich složení. Studiem konexinů stále v membránách byly studovány lipidy spojené s konexiny. [125] Bylo zjištěno, že specifické konexiny měly tendenci asociovat se přednostně se specifickými fosfolipidy. Vzhledem k tomu, že tvorba plaků předchází konexiny, tyto výsledky stále nedávají žádnou jistotu, co je jedinečné na složení samotných plaků. Další nálezy ukazují, že konexiny se spojují s proteinovými lešeními používanými v jiném spojení, zonula occludens ZO1. [126] I když nám to pomáhá pochopit, jak mohou být konexiny přesunuty do plaku tvorby mezerového spoje, složení samotného plaku je stále poněkud útržkovité. Určitý pokrok ve složení plaku mezerového spoje in vivo se dosahuje pomocí TEM FRIL. [119] [126]


FETCH: Platforma pro vysoce výkonnou kvantifikaci dokování hemikanálu mezerových spojů

Gap junctions jsou kanály překlenující membránu, které spojují cytoplazmu osazených buněk, což umožňuje průchod malých molekul a iontů. Jsou tvořeny konexinovou (Cx) rodinou proteinů, které se skládají do hexamerních hemikanálů na každé buňce a ukotvují se, aby vytvořily mezerové spojovací kanály mezi dvěma buňkami. Navzdory důležitosti různých izoforem Cx ve fyziologii a onemocnění člověka jsou dostupné nástroje pro screening a rozlišování jejich interakcí, jako je kompatibilita hemikanálů, dokování a permeabilita, omezené. Zde jsme vyvinuli FETCH (flow e nabled t racking of connexosomes in H EK cells), metodu, která využívá generování prstencových mezerových spojů (konnexosomů) jako downstream indikátory kompatibility hemikanálů pro mezibuněčné dokování. Nejprve jsme ukázali, že fluorescenční konexosomy vytvářejí buněčný fenotyp, který je detekovatelný analýzou průtokovou cytometrií. Poté ukážeme, že FETCH identifikuje homotypické a heterotypické dokování mnoha jednotlivých izoformních konexinových hemikanálů. Nakonec jsme ukázali, že FETCH zachycuje dopad mutací konexinových proteinů relevantních pro onemocnění na tvorbu mezerových spojů. Zavádíme tedy novou metodu založenou na průtokové cytometrii, která je vhodná pro vysoce výkonnou klasifikaci hemikanálového dokování mezerových spojů.


13.14: Gap Junctions - Biologie

Proteiny Gap junction (GJ) jsou klíčovými mediátory komunikace buňka-buňka během embryogeneze, regenerace tkání a onemocnění. GJ proteiny tvoří kanály plazmatické membrány, které usnadňují průchod malých molekul přes buňky a modulují signální dráhy a buněčné chování v různých tkáních. Tyto vlastnosti byly během evoluce zachovány a u většiny bezobratlých jsou proteiny GJ známé jako innexiny. Přes jejich kritický význam pro fyziologii a onemocnění nejsou mechanismy, kterými proteiny GJ modulují chování buněk, málo pochopeny. Tento přehled shrnuje poznatky z nedávné práce, která využívá planárních ploštěnek jako paradigma pro analýzu proteinů GJ v komplexnosti celého organismu. Planární model umožňuje přístup k velkému fondu dospělých somatických kmenových buněk (známých jako neoblasty), které podporují fyziologický buněčný obrat a regeneraci tkání. Proteiny Innexin jsou přítomny v planaris a hrají zásadní roli v kontrole chování neoblastů. Diskutujeme možnost, že proteiny GJ se účastní jako buněčné senzory, které informují neoblasty o místních a systémových fyziologických požadavcích. Věříme, že funkční analýzy GJ proteinů přinesou komplementární pohled ke studiím, které se zaměřují na časovou expresi genů. A konečně, integrace funkčních studií spolu s molekulární genetikou a epigenetickými přístupy by rozšířila naše chápání buněčné regulace in vivo a výrazně zvyšují možnosti racionální modulace chování kmenových buněk v jejich přirozeném prostředí. Tento článek je součástí zvláštního vydání nazvaného: Komunikující křižovatky, role a dysfunkce.

Zvýraznění

► Používáme planarians k pochopení regulace kmenových buněk zprostředkované gap junction. ► Specifický protein innexin reguluje proliferaci kmenových buněk a reakci na poranění. ► Gap junction a nervově zprostředkované signály řídí vytvoření osy A/P. ► Gap junction proteiny zprostředkovávají signály krátkého a dlouhého dosahu, které řídí chování SC.


1 odpověď 1

To je zajímavá otázka. Při čtení těchto dvou níže uvedených článků se velmi zdá, že konexiny jsou převráceny a degradovány, přičemž kanál víceméně zůstává na stejném místě (obrázek je převzat z prvního článku, ale druhý má podobné):

Následně jsou syntetizovány konexiny a poté podrobeny ER a poté Golgimu pro správné zrání proteinu a oligomerizaci do hemikanálů (proteiny s chybným složením jsou vystaveny proteasomální degradaci). Poté jsou exportovány z trans-Golgiho aparátu v malých vezikulách do buněčné membrány, transportovány do sarkolemy, kde tvoří kompletní mezerové spoje s hemikanály z jiné buňky. Jednotlivé kanály se shlukují do plaků mezerových spojů.

Konexiny jsou degradovány v proteazomu a lysozomu. Je diskutováno, že důležitou roli zde hrají posttranslační modifikace jako fosforylace a ubikvitinace.

Zdá se, že degradace probíhá ve vytvořených kanálech. To bylo testováno dvěma způsoby: Když je inhibován export nových proteinů do membrány, pak se konexiny v membráně a spoje časem ztratí. Pokud je proteazom inhibován, počet roste. A když jsou obě cesty inhibovány (export a degradace), počet je přibližně konstantní. Další podrobnosti viz papír 3. To ukazuje, že proces tvorby spojení a degradace konexinů je trvalý a že buňky, které tvoří spojení mezi sebou, zůstávají na stejném místě.


Mezibuněčné spoje

Buňky mohou také mezi sebou komunikovat prostřednictvím přímého kontaktu, označovaného jako mezibuněčná spojení. Existují určité rozdíly ve způsobech, jak to rostlinné a živočišné buňky dělají. Plasmodesmata jsou spojení mezi rostlinnými buňkami, zatímco kontakty živočišných buněk zahrnují těsné spojení, mezerové spojení a desmozomy.

Plasmodesmata

Obecně platí, že dlouhé úseky plazmatických membrán sousedních rostlinných buněk se nemohou navzájem dotýkat, protože jsou odděleny buněčnou stěnou, která každou buňku obklopuje. Jak tedy může rostlina přenášet vodu a další půdní živiny z kořenů, přes stonky a do listů? Tento transport využívá především cévní tkáně (xylém a floém). Existují také strukturní modifikace zvané plasmodesmata (singulární = plasmodesma), četné kanály, které procházejí mezi buněčnými stěnami sousedních rostlinných buněk, propojují jejich cytoplazmu a umožňují transport materiálů z buňky do buňky, a tedy v celé rostlině (obrázek 2).

Obrázek 2. Plazmodezma je kanál mezi buněčnými stěnami dvou sousedních rostlinných buněk. Plazmodesmata umožňují materiálům procházet z cytoplazmy jedné rostlinné buňky do cytoplazmy sousední buňky.

Těsné spoje

A těsné spojení je vodotěsný uzávěr mezi dvěma sousedními živočišnými buňkami (obrázek 3). Buňky jsou pevně drženy proti sobě proteiny (převážně dvěma proteiny nazývanými klaudiny a okludiny).

Obrázek 3. Těsné spoje tvoří vodotěsná spojení mezi sousedními živočišnými buňkami. Proteiny vytvářejí těsné spojení. (kredit: úprava díla od Mariany Ruiz Villareal)

Tato pevná přilnavost zabraňuje prosakování materiálů mezi buňkami těsná spojení se typicky nacházejí v epiteliálních tkáních, které vystýlají vnitřní orgány a dutiny a zahrnují většinu kůže. Například těsné spoje epiteliálních buněk lemujících váš močový měchýř zabraňují úniku moči do extracelulárního prostoru.

Desmosomy

Také se vyskytují pouze v živočišných buňkách desmosomy, které působí jako bodové svary mezi sousedními epiteliálními buňkami (obrázek 4). Krátké proteiny zvané kadheriny v plazmatické membráně se spojují se středními vlákny a vytvářejí desmozomy. Kadheriny spojují dvě sousední buňky dohromady a udržují buňky v listovité formaci v orgánech a tkáních, které se roztahují, jako je kůže, srdce a svaly.

Obrázek 4. Desmozom tvoří velmi silný bodový svar mezi buňkami. Vzniká spojením kadherinů a intermediálních filamentů. (kredit: úprava díla od Mariany Ruiz Villareal)

Gap Junctions

Gap junctions v živočišných buňkách jsou jako plasmodesmata v rostlinných buňkách v tom, že jsou to kanály mezi sousedními buňkami, které umožňují transport iontů, živin a dalších látek, které umožňují buňkám komunikovat (obrázek 5). Strukturálně se však mezerové spoje a plasmodesmata liší.

Obrázek 5. Mezerový spoj je proteinem lemovaný pór, který umožňuje vodě a malým molekulám procházet mezi sousedními živočišnými buňkami. (kredit: úprava díla od Mariany Ruiz Villareal)

Gap junctions develop when a set of six proteins (called connexins) in the plasma membrane arrange themselves in an elongated donut-like configuration called a connexon. When the pores (“doughnut holes”) of connexons in adjacent animal cells align, a channel between the two cells forms. Gap junctions are particularly important in cardiac muscle: The electrical signal for the muscle to contract is passed efficiently through gap junctions, allowing the heart muscle cells to contract in tandem.

To conduct a virtual microscopy lab and review the parts of a cell, work through the steps of this interactive assignment.


Cell Junctions

Cell junctions are specialized regions affirm intercellular connections between the plasma membranes of adjacent cells. These are observed only in some animal tissues and are produced by interaction, attachment and modification of some areas of the adjoining plasma membranes. Cell junctions have three major functions: i) Cell junctions provide mechanical support to the tissues by holding the cells together. ii) Cell junctions help in communication between the cells. iii) Cell junctions may form an impermeable barrier between the interstitial space and an epithelial surface (lumen).

Types of cell junctions

There are four major types of cell junctions. Those are: i) Tight cell junctions ii) Desmosome cell junctions iii) Gap cell junctions iv) Interdigitated cell junctions. Let us have a very easy discussion about the above said four types of cell junctions.

Tight cell junctions

These are also called Zonula occludens. Tight junctions are specially differentiated regions where the lateral plasma membranes of two neighboring cells fuse together at series of points containing sealing strands, which form lines of attachment. The sealing strands are made up of rows of integral membrane proteins contributed by each plasma membrane. This type of junction is found in between the brush bordered epithelial cells of intestine and renal tubules. Just below the microvilliIt is located at the apical region of the cells. Tight junctions occlude the intercellular space and prevent the passage of substances across the epithelium. Thus, such impermeable junctions form a barrier between the two sides of the epithelial lining, so that the materials absorbed across the epithelial cells at the expense of energy may not leak back into the lumen of the intestine or renal tubule. Within the membrane such junctions also help to prevent random movement of the integral proteins.

Desmosome cell junctions

Desmosomes cell junctions are for mechanical union between the cells. Desmosomes are of two types:— i) Belt desmosome ii) Spot desmosome.

Belt desmosome

Belt desmosome is also called zonula adherens or terminal bar or intermediary junction. It is found at the boundary between the columnar epithelial cells, just below the tight junctions. It is a band like zone that runs parallel to the free surface of the cells. It consists of two actin-made microfilaments each of which is located on the cytoplasmic surface of each membrane. The belt desmosomes remain connected with the terminal web present on each side of the joint.

Spot desmosome

Spot desmosome is a disc-shaped spot or area of contact between the adjacent cell membranes. It consists of a disc-shaped, dense, protein-made cytoplasmic plate under each membrane. These plates are joined by fine filaments, the trans-membrane linkers, that pass through the intercellular space. Spot desmosomes are found in the epithelial cells of uterus, vagina and epidermis of skin to support the cells against severe mechanical stress.

Gap cell junctions

These are also called the Nexus. A gap junction is a disc-shaped area of close intercellular contract having a narrow intercellular space between the two adjacent plasma membranes. At this junction, each membrane contains several protein molecules, which are arranged in such a way that they form an intercellular channel through which various small molecules and ions can pass from one cell to the next. As a result, the gap junctions provide a corridor for communication between the contiguous cells. Gap junctions are found in cardiac and smooth muscles, liver cells, embroyonic cells etc. In electrically excitable tissues such as cardiac and smooth muscles, this type of junction facilitates scattering of impulse from one cell to another. In other tissues like liver, embroynic tissues etc., the gap junctions provide a system by virtue of which the adjacent cells can share a common pool of metabolites and ions that pass liberally from one cell to another.

Interdigitated cell junctions

These cell junctions are found in cardiac muscle cells. These are the areas of extensive cell contact running crosswise between the two adjacent fibers arranged in longitudinal series. In such junctions, the adjacent plasma membranes are thrown into folds and the evaginations of one membrane fit into the invaginations of the other. Such junctions’ keep the cells tightly adhered and increase the surface area for exchange of important materials.


Podívejte se na video: Epithelial Cell JUNCTIONS (Červenec 2022).


Komentáře:

  1. Akilabar

    Opravdu se mi to líbilo!

  2. Doushura

    velmi zábavná myšlenka

  3. Baillidh

    Myslím, že nemáte pravdu. Jsem si jistý. Mohu to dokázat.

  4. Nikokasa

    Wonderful, very precious thing



Napište zprávu