Разрыв соединения

Основной структурной и функциональной единицей всего живого является клетка . Каждая клетка имеет цитоплазму, окруженную мембраной и являющуюся домом для различных биомолекул, включая белки и нуклеиновые кислоты.

Клетки могут развивать специализированные функции и выполнять множество задач внутри клетки, включая синтез белка, репарацию ДНК, репликацию и подвижность. Внутри клетки клетки могут специализироваться и перемещаться. Из-за их небольшого размера большинство клеток измеряется в микрометрах.

Межклеточное взаимодействие

Термин «клеточное взаимодействие» описывает физический контакт между клеточными поверхностями, который необходим для роста и функционирования многоклеточных организмов. Клетки могут общаться друг с другом посредством этих взаимодействий, чтобы реагировать на изменения в их окружении. Выживание клетки зависит от ее способности передавать и получать сообщения. Возможны стабильные межклеточные взаимодействия, например, через клеточные соединения. Эти соединения позволяют клеткам внутри определенной ткани общаться и самоорганизовываться. Другие, в том числе между клетками иммунной системы или соединениями, вызывающими воспаление тканей, являются преходящими или недолговечными. Эти взаимодействия между клетками отличаются от других, например, между клетками и внеклеточным матриксом. Рак и нерегулируемая пролиферация клеток могут возникать в результате нарушения клеточной коммуникации.

Взаимодействие клетки с матрицей

Взаимодействия клетка-матрикс опосредуются рецепторами адгезии и приводят к созданию многобелковых структур адгезии, которые взаимодействуют с актиновым цитоскелетом внутри клетки (CMAC). В совокупности они известны как адгезионные комплексы клеточного матрикса.

Эти спайки служат важными центрами обработки данных, которые позволяют клеткам обнаруживать различные внеклеточные сигналы, содержащие детали о химических, геометрических и физических характеристиках внеклеточного матрикса. Механочувствительные клетки передают эту информацию последующим путям механотрансдукции и сигнальным каскадам, чтобы воздействовать на различные процессы, включая форму клеток, полярность, судьбу, подвижность и отложение и/или реструктуризацию компонентов ВКМ. Тип или химический состав подложки, ее жесткость и топография поверхности влияют на события, вызванные силой, через CMAC.

Клеточные соединения

Якорные соединения и плотные соединения - это два других типа клеточных соединений, наблюдаемых у позвоночных. Через белки, прикрепленные к цитоскелету клетки, якорные соединения удерживают клетки вместе. Эпителиальные клетки, которые находятся на поверхности тела и выстилающих органов, часто имеют плотные соединения, то есть области, где клетки очень тесно соединяются друг с другом, образуя барьер.

Хотя в растительных клетках отсутствуют щелевые контакты, у них есть плазмодесмы, которые действуют как каналы для соединения цитоплазмы двух соседних растительных клеток. Плазмодесмы имеют другую структуру, чем щелевые контакты, потому что клетки растений имеют прочные клеточные стенки, но они служат примерно той же цели. Через свои плазмодесмы растительные клетки могут общаться друг с другом и контролировать движение крошечных химических веществ.

Разрыв соединения

Щелевые контакты представляют собой совокупность межклеточных каналов, которые позволяют ионам и мельчайшим молекулам перемещаться непосредственно между клетками. Щелевые контакты соединяют почти все клетки в твердых тканях и впервые были идентифицированы как ионные каналы с низким сопротивлением, соединяющие возбудимые клетки (нервные и мышечные). Межклеточная коммуникация через щелевые соединения была адаптирована к ряду ролей с различными механизмами регуляции в соответствии с их долгой эволюционной историей. Гексамеры средних семейств интегральных белков коннексины у хордовых и иннексины у прекордовых образуют каналы щелевых соединений. Изучая мутации у мух, червей и людей, а также целенаправленные нарушения генов у мышей, исследователи исследовали роль щелевых контактов.

Прямой транспорт ионов и малых молекул между соседними клетками возможен благодаря щелевым контактам, представляющим собой совокупность межклеточных каналов. Гексамерные кластеры (коннексоны) интегральных мембранных белков тетраспан, коннексины, связываются «голова к голове» с образованием межклеточных каналов (Cx). Эти каналы группируются вместе, образуя полиморфные бляшки или пятна размером от нескольких до тысяч единиц. Плотное прилегание мембраны, необходимое для стыковки коннексона, стерически исключает большинство других мембранных белков, оставляя отличительный крошечный внеклеточный «зазор» в 2 нм. У прехордовых есть щелевые контакты на основе иннексина. Коннексины были созданы в результате конвергентной эволюции у хордовых, а затем расширились до семейства генов, состоящего из 21 члена, путем дупликации генов.

Неясно, образуют ли три паннексина, которые связаны с иннексинами, межклеточные каналы, но они сохранились у позвоночных. Межклеточные каналы, состоящие либо из карбоксиконцевого укорочения Cx43, либо из мутанта M34A Cx26, имеют доступные электронные кристаллографические структуры с разрешением 7Å. Пора канала Cx26 имеет «заглушку», но в остальном морфология пор сопоставима. Делеция аминокислот 2–7 значительно снижает плотность этой вилки, указывая на то, что амино-конец вносит вклад в ее структуру.

Было видно, что амино-конец Cx26 загибается в устье канала без образования пробки в 3,5Å-рентгеновской кристаллографической структуре, которая, как предполагается, является представлением конформации открытого канала. Роль амино-конца в качестве воротной структуры подтверждается физиологическими данными, связывающими его с потенциальными воротами каналов Cx26 и Cx32. Тем не менее, Cx43 также демонстрирует потенциал-зависимость, и загадка отсутствия у него штепсельной структуры сохраняется и по сей день. Четверть века развития рентгеновских лучей можно подытожить, сравнив структуру межклеточного канала 1985 года со структурой 3,5Å 2009 года.

Структура щелевого соединения

Белки коннексины образуют щелевые контакты в клетках позвоночных. (Щелевые контакты в клетках беспозвоночных состоят из белков иннексинов, которые не связаны с белками коннексинов, но служат той же цели.) Коннексон состоит из шести групп коннексинов, и два соединенных коннексона образуют канал, по которому могут двигаться молекулы. Белки паннексины образуют дополнительные каналы в щелевых контактах. Сначала считалось, что паннексины создают каналы только внутри клетки, а не между клетками, поэтому они все еще относительно плохо изучены. В так называемой бляшке щелевого соединения сотни каналов обнаруживаются вместе в месте щелевого соединения. Масса белков образует бляшку

Функция

Электрически возбудимые клетки , такие как нейроны, сердце и гладкие мышцы, зависят от способности близлежащих клеток переносить ионы по путям с низким сопротивлением для функционирования. Характеристики щелевых контактов (электрических синапсов) для передачи электроэнергии между соседними клетками привели к их открытию в сердце и нерве. Когда клетки соединены щелевыми контактами, синаптическая передача ускоряется, и группы клеток могут быть синхронизированы для скоординированного электрического и механического выхода.

Почти все клетки твердых тканей, кроме электрически возбудимых, соединены щелевыми контактами. Основная задача GJIC заключается в распределении метаболических потребностей между группами клеток, которые действуют как буфер против пространственных градиентов питательных веществ или сигнальных химических веществ. Например, было продемонстрировано, что направленная делеция Cx32 у мышей вызывает отсутствие симпатической реактивности, что нарушает мобилизацию глюкозы из запасов гликогена. Только часть гепатоцитов может непосредственно стимулироваться постганглионарными симпатическими аксонами, поскольку они оканчиваются на границах печеночных долек. Предполагается, что вторичные мессенджеры диффундируют через щелевые контакты, косвенно возбуждая оставшуюся часть дольки. Чтобы предотвратить потерю жизненно важного метаболического фермента или ионного канала в одной клетке, щелевые контакты могут также действовать как супрессоры мутаций соматических клеток. Например, гипоксантинфосфорибозилтрансфераза (HGPRTase), важнейший фермент в пути спасения нуклеотидов, нарушена, что приводит к синдрому Леша-Нихана. Нарушение HGPRTase вызывает повышение уровня фосфорибозилпирофосфата, заметное ускорение биосинтеза пуринов и избыточное образование уратов. Метаболическое сотрудничество или создание щелевых контактов с нормальными клетками может метаболически восстанавливать мутантные фибробласты у пациентов с синдромом Леша-Нихана в клеточной культуре. Кроме того, отсутствие симптомов у гетерозиготных женщин-носителей Lesch-Nyhan, вероятно, объясняется метаболической кооперацией. Учитывая, что HGPRTase находится на Х-хромосоме, при случайной инактивации Х-хромосомы образуется мозаика из мутантных и здоровых клеток. Таким образом, люди не проявляют симптомов в результате метаболического спасения близлежащих немутантных клеток от мутантных клеток.

Специализированная функция, обнаруженная мутацией коннексина

Мутации человека

Щелевые соединения имеют долгую историю предков многоклеточных животных, поэтому неудивительно, что они были модифицированы для выполнения широкого круга физиологических задач во многих типах клеток. Мутации человека и направленная делеция гена коннексина у мышей выявили многочисленные клеточно- и тканеспецифические активности GJIC. У людей мутации в Cx47 вызывают болезнь, подобную Пелизеусу-Мерцбахеру, центральное демиелинизирующее заболевание, а мутации в Cx32 вызывают синдром Шарко-Мари-Тута, сцепленный с Х-хромосомой, распространенную периферическую демиелинизирующую невропатию. Мутации в Cx26 вызывают более половины всех случаев глубокой наследственной глухоты; эти заболевания часто носят синдромальный характер и связаны с кожными заболеваниями. Заболевания эпидермиса и слуховой системы также сопровождают мутации в Cx31 и Cx30, хотя они часто менее тяжелые. Мутации в генах, специфичных для глазных хрусталиков Cx46 или Cx50, экспрессия которых преимущественно локализована в хрусталике глаза, часто связаны с семейными катарактами. Плеоморфное, синдромальное нарушение окулодентодигитальной дисплазии, поражающее различные типы клеток, вызывается мутациями в гене Cx43.

Целевые мутации у мышей

Направленные мутации коннексина у мышей показали широкий спектр функций щелевых соединений в различных органах. Во многих из этих ситуаций конкретный коннексин заполняет определенную пустоту, выполняя важную задачу, которую не может выполнить другой коннексин. Например, делеция Cx26 заставляет синцитиотрофобласты I и II, связанные с щелевыми контактами, в лабиринтном слое плаценты перестать транспортировать глюкозу, что вызывает эмбриональную летальность. Плацента человека, напротив, имеет один огромный синцитиотрофобласт и, следовательно, невосприимчива к мутациям Cx26. Делеции Cx45 также фатальны для эмбриона; в этом примере сердечная аритмия, вероятно, возникла как раз в тот момент, когда сердце начало биться. Из-за сбоя в формировании фолликулов яичников на антральной стадии нокауты Cx37 являются самками стерильными. Считается, что преждевременный перезапуск мейоза и лютеинизации вызван отсутствием связи между клетками кумулюса и ооцитом. Сердечные аритмии, напоминающие блокаду правой ножки пучка Гиса у человека, вызваны потерей Cx40, что характерно для системы Гиса-Пуркинье.

В трех разных линиях мышей кодирующая последовательность Cx43 была изменена на одну из кодирующих областей Cx32, Cx40 или Cx26. Три коннексина не были способны заменить Cx43 во всех ситуациях, о чем свидетельствует тот факт, что все три линии животных обнаруживали новые функциональные нарушения, специфичные для каждого коннексина. Нокин Cx31 в локус Cx43 выявил дефицит легочного оттока, о котором сообщалось у животного Cx43KO, несмотря на то, что ни одна из линий не проявляла дефицита. Следовательно, коннексины могут выполнять как отдельные, так и дублирующие задачи.

Часто задаваемые вопросы о Gap Junction

Вопрос 1: Что такое щелевое соединение?

Отвечать:

Cell junctions known as gap junctions join neighbouring cells together via protein channels. Each cell’s cytoplasm is connected by these channels, which permit the movement of chemicals, ions, and electrical signals. Due to the fact that gap junctions exist between every cell that touches another cell directly, the vast majority of cells in the body include them. Red blood cells and sperm cells are two exceptions because they travel and don’t typically come in contact with other cells closely. Plant cells are joined by channels termed plasmodesmata rather than gap junctions, which are only seen in animal cells.

Вопрос 2: В гладкой и сердечной мышцах клеточные соединения представлены?

Отвечать:

Direct contact between muscle cells is made possible by gap junctions, which also facilitate electrical transmission. As a result, depolarization waves travel quickly across the entire system as they pass from cell to cell. Gap junctions are present in smooth muscles to enable the same rapid spread of depolarization as in cardiac muscles. There are no cell-cell junctions in skeletal muscle.

Вопрос 3: Назовите различные соединения клеток в тканях.

Отвечать:

Different cell junction found in tissue are as follows:

• Tight junction
• Gap junction
• Adhering junction

Вопрос 4: Что такое плотное соединение?

Отвечать:

Tight junctions, which separate tissue compartments and control the selective transport of solutes across the epithelium, create a continuous intercellular barrier between epithelial cells.

Вопрос 5: Каково основное назначение щелевых контактов?

Отвечать:

Gap junctions, which are made up of two unrelated protein families called pannexins and connexins, facilitate the movement of ions, second messengers, and tiny metabolites between adjacent cells.