Contacte strânse

Joncțiunile strânse blochează contactele intercelulare inerente celulelor vertebrate , în care membranele celulelor învecinate sunt cât mai apropiate și „reticulate” de proteinele specializate claudine și ocludine .  Distribuite în țesuturile epiteliale , unde formează cea mai apicală parte ( lat. zonula occludens ) a complexului de contacte dintre celule, care include contacte adezive și desmozomi . Joncțiunile strânse sunt construite din mai multe panglici care înconjoară celula, care, intersectându-se unele cu altele, formează o conexiune asemănătoare rețelei. Pe partea citoplasmatică sunt asociate cu filamente de actină [1] [2] .  

Țesuturile epiteliale îndeplinesc funcții de barieră și de transport, pentru aceasta trebuie să fie capabile să treacă unele substanțe și să rețină altele. O astfel de permeabilitate selectivă este asigurată cu succes de membranele celulare , cu toate acestea, între celule rămân goluri prin care poate trece așa-numitul transport paracelular (paracelular) . Rolul joncțiunilor strânse este de a limita și regla difuzia paracelulară : ele previn scurgerea lichidului tisular prin epiteliu, dar pot fi permeabile la ioni , molecule hidrofile mici și chiar macromolecule , dacă este necesar . De asemenea, joncțiunile strânse îndeplinesc așa-numita funcție de „incintă”, ele împiedică difuzarea componentelor membranei în stratul său exterior, menținând astfel diferența de compoziție a membranelor apicale și bazolaterale. Joncțiunile strânse sunt implicate în căile de semnalizare care reglează proliferarea , polarizarea și diferențierea celulelor epiteliale [3] .

Contactele septate sunt analoge cu joncțiunile strânse la nevertebrate [1] .

Structura și compoziția moleculară

Joncțiunile strânse constau din benzi subțiri, care se intersectează, care înconjoară complet celula și sunt în contact cu benzi similare de pe celulele adiacente. În micrografiile electronice , se observă că în zonele de contacte strânse, membranele intră în contact unele cu altele sau chiar fuzionează. Combinația metodei prin congelare-forfecare cu microscopia electronică de înaltă rezoluție a făcut posibilă stabilirea faptului că filmele de joncțiune strânsă sunt construite din particule de proteine ​​cu diametrul de 3-4 nm care ies de pe ambele suprafețe ale membranei. Tot în favoarea faptului că proteinele joacă un rol cheie în formarea joncțiunilor strânse este evidențiat și de diviziunea celulară sub acțiunea enzimei proteolitice tripsina [2] .

În total, joncțiunile strânse includ aproximativ 40 de proteine ​​diferite, atât membranare , cât și citoplasmatice. Acestea din urmă sunt necesare pentru atașarea , reglarea și transducția semnalului filamentului de actină [3] .

Proteinele membranei

Proteinele de joncțiune strânsă a membranei pot fi împărțite în două grupe: cele care traversează membrana de 4 ori și cele care o traversează o singură dată. Primul grup este foarte extins, include proteine ​​claudine , ocludine și tricelulină . Au caracteristici structurale comune, în special, au patru domenii transmembranare elicoidale α , terminalele N și C se confruntă cu citosol , iar domeniile care ies în spațiul extracelular sunt implicate în interacțiuni homo- sau heterofile cu proteine ​​similare pe celula adiacentă [3] .

Claudinele sunt principalele proteine ​​de joncțiune strânsă. Rolul lor a fost demonstrat la șoarecii cu gena claudin-1 knockout : joncțiuni strânse nu se formează în epiderma unor astfel de animale și mor la o zi după naștere din cauza deshidratării din cauza evaporării intense [1] . Claudinele sunt, de asemenea, implicate în formarea canalelor selective pentru transportul ionilor. Genomul uman conține gene pentru cel puțin 24 de claudine diferite, care sunt exprimate în mod specific de țesut [3] .

A doua cea mai frecventă în joncțiunile strânse este ocludită de ocludine (din latină  occludo  - a închide), acestea reglează transportul moleculelor hidrofile mici și trecerea neutrofilelor prin epiteliu [3] . Cele mai mari concentrații ale celei de-a treia proteine, tricelulina, sunt observate la punctele de contact a trei celule [1] .

Proteinele de joncțiune strânsă care traversează membrana odată includ JAM-A, -B, -C și -D ( molecule de adeziune joncțională ) și CAR înrudite ( receptor de virus coxsackie și adenovirus ) , CLMP  ( proteina membranară asemănătoare CAR ) și ESAM ( moleculă de adeziune selectivă a celulelor endoteliale ), având două domenii de imunoglobuline , precum și proteine ​​CRB3 ( Crumbs homologue 3 ) și BVES [3] .     

Proteine ​​citoplasmatice

Partea citoplasmatică a joncțiunilor strânse este necesară pentru atașarea lor la filamentele de actină, reglarea aderenței celulare și transportul paracelular și, de asemenea, pentru transmiterea semnalelor de la suprafață în celulă. Se compune din adaptor , schele și proteine ​​citoscheletice , precum și elemente ale căilor de semnalizare ( kinaze , fosfataze ). Cea mai studiată proteină a plăcii citoplasmatice  este ZO-1 , ea având mai multe domenii implicate în interacțiunile proteină-proteină , fiecare dintre ele asigură contactul cu alte componente. Astfel, trei domenii PDZ interacționează cu claudinele și alte proteine ​​adaptoare - ZO-2 și ZO-3, domeniul GUK ( omologie guanilat kinazei ) - cu ocludine și domeniul  SH3  - cu proteinele de semnalizare [3] .

Partea citoplasmatică a joncțiunilor strânse este, de asemenea, asociată cu complexele proteice PARD3 /PAR6 și Pals1/PATJ, care sunt necesare pentru stabilirea polarității celulare și a morfogenezei epiteliale [3] .

Funcții

Primele studii ale funcției joncțiunilor strânse au condus la ideea că acestea sunt structuri statice impermeabile necesare pentru a limita difuzia substanțelor între celule. Ulterior, s-a constatat că sunt permeabile selectiv, în plus, debitul lor diferă în diferite țesuturi și poate fi reglat [4] . S-a stabilit și o altă funcție a joncțiunilor strânse: un rol în menținerea polarității celulare prin limitarea difuziei lipidelor și proteinelor în stratul exterior al membranei plasmatice. În primul deceniu al secolului al XXI-lea, s-au acumulat și date care indică participarea acestor structuri la căile de semnalizare, în special, reglând proliferarea și polaritatea celulară [3] .

Reglarea transportului paracelular

Impermeabilitatea joncțiunilor strânse pentru majoritatea compușilor solubili în apă poate fi demonstrată într-un experiment privind introducerea hidroxidului de lantan (o soluție coloidală densă în electroni ) în vasele de sânge ale pancreasului . La câteva minute după injectare, celulele acinare sunt fixate, iar din ele se prepară preparate pentru microscopie. În acest caz, se poate observa că hidroxidul de lantan difuzează din sânge în spațiul dintre suprafețele laterale ale celulelor, dar nu poate pătrunde prin contacte strânse în partea superioară a acestora [2] . Alte experimente au arătat că contactele strânse sunt, de asemenea, impermeabile la săruri. De exemplu, atunci când se cultivă o cultură de celule de rinichi de câine MDCK ( Madin-Darby canine kidney ) într-  un mediu cu o concentrație foarte scăzută de calciu , celulele formează un monostrat , dar nu sunt conectate între ele prin contacte strânse. Sărurile și lichidele se pot mișca liber printr-un astfel de monostrat. Dacă se adaugă calciu în cultură, atunci într-o oră se formează contacte strânse, iar stratul devine impermeabil la lichide [2] .

Cu toate acestea, joncțiunile strânse nu sunt complet impenetrabile în toate țesuturile; există așa-numitele epitelii libere (de exemplu, epitelii leaky ) .  De exemplu, epiteliul intestinului subțire trece de 1000 de ori mai mulți ioni Na + decât epiteliul tubulilor rinichilor. Ionii pătrund prin porii paracelulari cu diametrul de 4 Å , selectivi în sarcină și dimensiunea particulelor, care sunt formați din proteinele claudină [4] . Deoarece epiteliul diferitelor organe exprimă seturi diferite de claudine, permeabilitatea ionilor acestora diferă, de asemenea. De exemplu, claudina specifică, prezentă doar în rinichi, permite trecerea ionilor de magneziu în timpul reabsorbției [1] .

Spațiul intercelular al epiteliului poate fi, de asemenea, permeabil la particule mari, de exemplu, când se repetă experimentul de mai sus cu hidroxid de lantan pe țesutul epiteliului intestinului subțire al unui iepure , se poate observa trecerea particulelor coloidale între celule. Moleculele mari sunt transportate prin căi speciale de scurgere ( de exemplu  calea de scurgere ) cu un diametru mai mare de 60 Å [4] . Acest lucru este important, de exemplu, pentru procesele de absorbție a aminoacizilor și monozaharidelor , a căror concentrație în intestinul subțire crește după ce au mâncat suficient pentru transportul lor pasiv [1] .

Menținerea unei distincții între membranele apicale și bazolaterale

Dacă lipozomii care conțin glicoproteine ​​marcate fluorescent sunt adăugați în mediu în contact cu partea apicală a monostratului celular MDCK , unii dintre ei fuzionează spontan cu membranele celulare. După aceea, fluorescența poate fi detectată la nivelul apical, dar nu și în partea bazolaterală a celulelor, cu condiția ca joncțiunile strânse să fie intacte. Dacă sunt distruse prin îndepărtarea calciului din mediu, proteinele fluorescente difuzează și sunt distribuite uniform pe întreaga suprafață a celulei [2] .

Stratul citosol al membranei are aceeași compoziție lipidică, atât în ​​regiunea apicală, cât și în cea bazolaterală; aceste lipide pot difuza liber. Pe de altă parte, lipidele stratului extracelular al celor două părți ale celulei sunt semnificativ diferite, iar schimbul dintre ele este împiedicat de contacte strânse. De exemplu, toate glicolipidele , precum și proteinele ancorate de glicozilfosfatidilinozitol , în membranele celulelor MDCK sunt localizate exclusiv în stratul extracelular al părții apicale, iar fosfatidilcolina  este localizată aproape exclusiv în porțiunea bazolaterală [2] .

Boli de contact strâns

Mai multe boli ereditare umane sunt asociate cu formarea afectată a joncțiunilor strânse , cum ar fi mutații ale genelor claudin-16 și claudin-19, care duc la hipomagnezemie din cauza pierderii excesive de magneziu în urină. Mutațiile genelor claudin-13 și tricelulină provoacă surditate ereditară . Dereglarea unor proteine ​​de joncțiune strânsă este asociată cu cancerul , de exemplu, expresia ZO-1 și ZO-2 este reglată în jos în multe tipuri de cancer. Componentele joncțiunii strânse pot fi, de asemenea, ținte pentru virusurile oncogene [3] .

Unii virusuri folosesc proteine ​​membranare de joncțiune strânsă pentru a intra în celulă, în special claudin-1 este un co-receptor pentru virusul hepatitei C. Alți virusuri se atașează la proteinele de joncțiune strânsă pentru a perturba bariera care le separă de receptorii adevărați de pe stratul bazolateral al celulelor epiteliale sau al celulelor non-epiteliale [3] .

Joncțiunile strânse pot fi, de asemenea, o țintă pentru agenții patogeni bacterieni , de exemplu, Clostridium perfringens ,  agentul cauzator al gangrenei gazoase eliberează o enterotoxină care acționează asupra domeniilor extracelulare ale claudinelor și ocludinelor și provoacă scurgeri epiteliale. Helicobacter pylori ,  agentul cauzator al gastritei  , introduce proteina CagA în celule, care interacționează cu complexul ZO-1-JAM-A; se crede că aceasta ajută bacteriile să depășească bariera protectoare a epiteliului gastric [3] .

Note

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular Biology of the Cell . — al 5-lea. — Garland Science, 2007. - ISBN 978-0-8153-4105-5 .
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harvey Lodish și colab. 15.7 Transport prin epitelii // Biologie celulară moleculară . — al 4-lea. - 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. Joncțiuni strânse dintr-o privire.  (engleză)  // Journal of Cell Science. - 2008. - 15 noiembrie ( vol. 121 , nr. Pt 22 ). - P. 3677-3682 . - doi : 10.1242/jcs.023887 . — PMID 18987354 .
  4. ↑ 1 2 3 Anderson JM , Van Itallie CM Fiziologia și funcția joncțiunii strânse.  (Engleză)  // Cold Spring Harbour Perspectives In Biology. - 2009. - august ( vol. 1 , nr. 2 ). - P. 002584-002584 . - doi : 10.1101/cshperspect.a002584 . — PMID 20066090 .

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Site-uri tematice
Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Contacte intercelulare
Contacte de ancorare
Asociat cu citoscheletul de actină
Asociat cu ficrolamine intermediare
Contacte de blocare
Contacte care formează canale