Белки плотных контактов ( белки TJ ) представляют собой молекулы, расположенные в плотных контактах эпителиальных , эндотелиальных и миелинизированных клеток. Этот мультипротеиновый соединительный комплекс выполняет регуляторную функцию в прохождении ионов, воды и растворенных веществ через парацеллюлярный путь. Он также может координировать движение липидов и белков между апикальной и базолатеральной поверхностями плазматической мембраны . Таким образом, плотные контакты проводят сигнальные молекулы, которые влияют на дифференциацию, пролиферацию и полярность клеток. Таким образом, плотные контакты играют ключевую роль в поддержании осмотического баланса и трансклеточном транспорте тканеспецифичных молекул. В настоящее время известно более 40 различных белков, которые участвуют в этих селективных каналах TJ. [1]
Морфология плотного соединения образована трансмембранными тяжами на внутренней стороне плазматической мембраны с комплементарными бороздками на внешней стороне. Эта сеть тяжей TJ состоит из трансмембранных белков , которые взаимодействуют с актином в цитоскелете и с субмембранными белками, которые посылают сигнал в клетку. Сложность структуры сети зависит от типа клетки, и ее можно визуализировать и проанализировать с помощью электронной микроскопии замораживания-слома , которая показывает отдельные нити плотного соединения. [2] [3]
Белки TJ можно разделить на различные группы в зависимости от их функции или локализации в плотном соединении. Белки TJ в основном описаны в эпителии и эндотелии, но также и в миелинизированных клетках. В центральной и периферической нервной системе TJ локализуются между глией и аксоном и внутри миелиновых оболочек , где они облегчают передачу сигналов. Некоторые из белков TJ действуют как каркасы, которые соединяют интегральные белки с актином в цитоскелете. Другие обладают способностью сшивать молекулы соединений или транспортировать везикулы через плотное соединение. Некоторые субмембранные белки участвуют в передаче сигналов клетками и экспрессии генов благодаря их специфическому связыванию с фактором транскрипции . Наиболее важными белками плотного соединения являются окклюдин , клаудин и семейство JAM, которые устанавливают основу плотного соединения и позволяют иммунным клеткам проходить через ткань. [1]
Белки в эпителиальных и эндотелиальных клетках — это окклюдин, клаудин и тетраспанин , каждый из которых имеет один или два различных типа конформации. Все они созданы четырьмя трансмембранными областями с двумя (амино-, карбоксильными) внеклеточными доменами, которые ориентированы в сторону цитоплазмы . Но окклюдин имеет структуру с двумя похожими внеклеточными петлями по сравнению с клаудином и тетраспанином, у которых одна внеклеточная петля значительно длиннее другой. [1]
Окклюдин (60 кДа) был первым идентифицированным компонентом плотного соединения. Мембранный белок тетраспан образован двумя внеклеточными петлями, двумя внеклеточными доменами и одним коротким внутриклеточным доменом. С-концевой домен окклюдина напрямую связан с ZO-1 , который взаимодействует с актиновыми филаментами в цитоскелете. Он работает как передатчик от и к плотному соединению из-за его связи с сигнальными молекулами ( PI3-киназа , PKC , YES , протеинфосфаты 2A , 1). [4] Этот белок TJ также участвует в селективной диффузии растворенных веществ по градиенту концентрации и трансмиграции лейкоцитов через эндотелий и эпителий. Поэтому результат сверхэкспрессии мутантного окклюдина в эпителиальных клетках приводит к нарушению барьерной функции плотного соединения и изменению миграции нейтрофилов . Окклюдин напрямую или косвенно взаимодействует с представителями семейства клаудинов, и вместе они образуют длинные нити плотных контактов. [3]
Семейство клаудинов состоит из 24 членов. Некоторые из них еще не были хорошо охарактеризованы, но все члены кодируются 20-27kDa тетраспановыми белками с двумя внеклеточными доменами, одним коротким внутриклеточным доменом и двумя внеклеточными петлями, где первый из них заметно больше второго. [1] C-концевой домен клаудинов необходим для их стабильности и нацеливания. Этот домен содержит мотив связывания PDZ, который облегчает их связывание с мембранными белками PDZ, такими как ZO-1 , ZO-2 , ZO-3 , MUPP1. Каждый клаудин имеет определенную вариацию и количество заряженных аминокислот в первой внеклеточной петле. Таким образом, посредством реполяризации аминокислот клаудины могут избирательно регулировать перенос молекул. В отличие от окклюдина, который создает параклеточные отверстия для перемещения ионов между соседними клетками. [4] Клаудины, по-видимому, специфичны для тканей, поскольку некоторые из них экспрессируются только в определенном типе клеток. Клаудин 11 экспрессируется в олигодендроцитах и клетках Сертоли , а Клаудин 5 экспрессируется в эндотелиальных клетках сосудов . [3]
Клаудины 2,3,4,7,8,12,15 присутствуют в эпителиальных клетках во всех сегментах кишечного тракта. Клаудин 7 также встречается в эпителиальных клетках легких и почек. Клаудин-18 экспрессируется в альвеолярных эпителиальных клетках легких. [5] Большинство типов клаудинов имеют более двух изоформ , которые имеют разный размер или функцию. Специфическая комбинация этих изоформ создает нити плотного соединения, в то время как оккулин для этого не требуется. Окклюдин играет роль в селективной регуляции, встраиваясь в нити на основе клаудина. Различное соотношение видов клаудинов в клетке придает им особые барьерные свойства. Клаудины также выполняют функцию сигнализации клеточной адгезии , например, Cldn 7 напрямую связывается с молекулой адгезии EpCAM на клеточной мембране. А Cldn 16 связан с реабсорбцией двухвалентных катионов, поскольку он локализуется в эпителиальных клетках толстой восходящей части петли Генле . [4]
OSP/ Claudin 11 встречается в миелине нервных клеток и между клетками Сертоли, поэтому он образует плотные контакты в ЦНС . Этот белок в сотрудничестве со второй петлей окклюдина поддерживает гемато-тестикулярный барьер и сперматогенез . [1]
PMP22/gas-3 , называемый периферическим миелиновым белком, находится в миелиновой оболочке. Экспрессия этого белка связана с дифференциацией шванновских клеток , установлением плотного контакта в мембране шванновских клеток или компактным образованием миелина. Он также присутствует в эпителиальных клетках легких и кишечника, где взаимодействует с окклюдином и ZO-1, которые вместе создают TJ в эпителии. PMP22/gas-3 принадлежит к семейству эпителиальных мембранных белков ( EMP1-3 ), которые управляют ростом и дифференцировкой клеток. [1]
OAP-1/TSPAN-3 взаимодействует с β1-интегрином и OSP/Claudin11 в миелиновых оболочках олигодендроцитов, тем самым влияя на пролиферацию и миграцию. [1]
Молекулы адгезии контактов делятся на подгруппы в зависимости от их состава и мотива связывания.
Гликозилированные трансмембранные белки JAM классифицируются в суперсемействе иммуноглобулинов, которые образованы двумя внеклеточными Ig-подобными доменами: трансмембранной областью и C-концевым цитоплазматическим доменом. Члены этого семейства JAM могут экспрессировать два различных связывающих мотива. Первая подгруппа, состоящая из JAM-A, JAM-B , JAM-C, имеет связывающий мотив PDZ-домена типа II на их C-концах, который взаимодействует с доменом PDZ ZO-1, AF-6, PAR-3 и MUPP1. [3] [4] Белки JAM не являются частью цепей плотных контактов, но они участвуют в сигнализации, которая приводит к адгезии моноцитов и нейтрофилов и их трансмиграции через эпителий. JAM в эпителиальных клетках могут агрегировать с цепями TJ, которые состоят из полимеров клаудина и окклюдина. JAM-A поддерживает барьерные свойства в эндотелии и эпителии, а также JAM-B и -C в клетках Сертоли и сперматидах . [1]
Вторая подгруппа белков CAR , ESAM, CLMP и JAM4 содержит на С-конце мотив связывания PDZ-домена типа I.
CAR ( рецептор Коксаки и аденовируса ) также принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов , как и белки JAM. CAR экспрессируется в эпителии трахеи , бронхов , почек, печени и кишечника, где положительно влияет на барьерную функцию плотного контакта. Этот белок опосредует миграцию нейтрофилов, контакты клеток и агрегацию. Он необходим для развития эмбрионального сердца, особенно для организации миофибрилл в кардиомиоцитах . CAR связан с белками-каркасами PDZ MAGI-1b , PICK, PSD-95, MUPP1 и LNX. [6]
ESAM (эндотелиальная клеточная селективная адгезионная молекула) — это иммуноглобулиновый трансмембранный белок, который влияет на свойства эндотелиального TJ. ESAM присутствует в эндотелиальных клетках и тромбоцитах , но не в эпителии и лейкоцитах . Там он напрямую связывается с молекулами MAGI-1 через лигирование С-концевого домена и PDZ-домена. Это взаимодействие обеспечивает образование большого молекулярного комплекса в плотных контактах в эндотелии. [7]
JAM4 является компонентом суперсемейства иммуноглобулинов JAM, но он экспрессирует мотив связывания PDZ-домена класса I (не экспрессирует класс II, как члены JAM-A, -B, -C). JAM4 находится в почечных клубочках и эпителии кишечника, где взаимодействует с MAGI-1, ZO-1, окклюдином и эффективно регулирует проницаемость этих клеток. JAM4 обладает клеточной адгезионной активностью, которая осуществляется MAGI-1. [8]
Белок 0 является основным миелиновым белком периферической нервной системы, который интегрируется с PMP22 . Вместе они образуют и уплотняют миелиновые оболочки нервных клеток. [1]
Белки бляшек — это молекулы, необходимые для координации сигналов, поступающих от плазматической мембраны. В последние годы существует около 30 различных белков, связанных с цитоплазматическими свойствами плотного контакта.
Одна группа этих белков участвует в организации трансмембранных белков и взаимодействии с актиновыми филаментами . Эта PDZ-содержащая группа состоит из ZO-1 , ZO-2 , ZO-3, AF-6, MAGI , MUPP1, PAR, PATJ, а домен PDZ дает им функцию каркаса. Домены PDZ важны для кластеризации и закрепления трансмембранных белков. С первой группой взаимодействует один белок бляшки без домена PDZ , называемый цингулин , который играет ключевую роль в клеточной адгезии.
Вторая группа белков чумы используется для везикулярного трафика , регуляции барьера и транскрипции генов , поскольку некоторые из них являются факторами транскрипции или белками с ядерными функциями. Членами этой второй группы являются ZONAB, Ral-A, Raf-1 , PKC , симплекин , цингулин и некоторые другие. Они характеризуются отсутствием домена PDZ. [1]