Плотные соединения , также известные как закупоривающие соединения или zonulae occludentes (единственное число, zonula occludens ), представляют собой мультипротеиновые соединительные комплексы , каноническая функция которых заключается в предотвращении утечки растворенных веществ и воды и герметизации между эпителиальными клетками . [1] Они также играют важную роль в поддержании структуры и проницаемости эндотелиальных клеток . [1] Плотные соединения также могут служить в качестве путей утечки, образуя селективные каналы для небольших катионов, анионов или воды. Соответствующие соединения, которые встречаются у беспозвоночных, являются септированными соединениями .
Структура
Плотные соединения состоят из разветвленной сети герметизирующих нитей, каждая из которых действует независимо от других. Таким образом, эффективность соединения в предотвращении прохождения ионов увеличивается экспоненциально с числом нитей. Каждая нить образована из ряда трансмембранных белков, встроенных в обе плазматические мембраны, с внеклеточными доменами, соединяющимися друг с другом напрямую. Существует по крайней мере 40 различных белков, составляющих плотные соединения. [2] Эти белки состоят как из трансмембранных, так и из цитоплазматических белков. Три основных трансмембранных белка — это окклюдин , клаудины и белки адгезионной молекулы соединения ( JAM ). Они ассоциируются с различными периферическими мембранными белками, такими как ZO-1, расположенными на внутриклеточной стороне плазматической мембраны, которые прикрепляют нити к актиновому компоненту цитоскелета . [ 3] Таким образом, плотные соединения соединяют цитоскелеты соседних клеток. Исследование с использованием методов замораживания-разрушения в электронной микроскопии идеально подходит для выявления латеральной протяженности плотных контактов в клеточных мембранах и оказалось полезным для демонстрации того, как формируются плотные контакты. [4]
Изображение трансмембранных белков, образующих плотные контакты: окклюдин, клаудины и белки JAM.
Окклюдин был первым идентифицированным интегральным мембранным белком. Его молекулярная масса составляет ~60 кДа. Он состоит из четырех трансмембранных доменов, а N-конец и C-конец белка являются внутриклеточными. Он образует две внеклеточные петли и одну внутриклеточную петлю. Эти петли помогают регулировать парацеллюлярную проницаемость. [5] Окклюдин также играет ключевую роль в клеточной структуре и барьерной функции. [6]
Клаудины были обнаружены после окклюдина и представляют собой семейство из более чем 27 различных членов у млекопитающих. [7] Они имеют молекулярную массу ~20 кДа. Они имеют структуру, похожую на структуру окклюдина, в том смысле, что у них есть четыре трансмембранных домена и похожая петлевая структура. Предполагается, что они являются основой плотных контактов и играют важную роль в способности плотных контактов запечатывать парацеллюлярное пространство. [8]
Молекулы соединительной адгезии ( JAM ) являются частью суперсемейства иммуноглобулинов. Они имеют молекулярную массу от ~40 до 48 кДа. [9] Их структура отличается от структуры других интегральных мембранных белков тем, что они имеют только один трансмембранный домен вместо четырех. Он помогает регулировать функцию параклеточного пути плотных контактов, а также участвует в поддержании полярности клеток. [10]
Ангулины были обнаружены в 2011 году путем визуального скрининга белков, которые локализуются в трехклеточных плотных контактах. [11] Существует три члена ангулинов, Angulin-1/LSR, Angulin-2/ILDR1 и Angulin-3/ILDR2. Подобно JAM, ангулины являются одно-трансмембранными белками. Все ангулины имеют один иммуноглобулин-подобный домен во внеклеточной области и один мотив связывания PDZ на карбоксильном конце. Они отвечают за установление трехклеточных плотных контактов и регулируют функцию параклеточного барьера. [12]
Функции
ТЭМ ткани почки крысы показывает плотный белковый контакт (три темные линии) при увеличении примерно в 55 000 раз.
Плотные соединения обеспечивают эндотелиальным и эпителиальным клеткам барьерную функцию, которую можно далее подразделить на защитные барьеры и функциональные барьеры, служащие таким целям, как транспортировка материалов и поддержание осмотического баланса. [13]
Плотные соединения предотвращают прохождение молекул и ионов через межклеточное пространство соседних клеток, поэтому материалы должны фактически проникать в клетки (путем диффузии или активного транспорта ), чтобы пройти через ткань. Ограниченный внутриклеточный путь, определяемый барьерной системой плотных соединений, позволяет точно контролировать, какие вещества могут проходить через определенную ткань (например, гематоэнцефалический барьер ). В настоящее время все еще неясно, является ли контроль активным или пассивным и как формируются эти пути. В одном исследовании парацеллюлярного транспорта через плотные соединения в проксимальных канальцах почек была предложена модель двойного пути, состоящая из больших щелевых разрывов, образованных редкими разрывами в комплексе плотных соединений, и многочисленных мелких круглых пор. [14]
Плотные соединения также помогают поддерживать апикально-базальную полярность клеток, предотвращая латеральную диффузию интегральных мембранных белков между апикальной и латеральной/базальной поверхностями, что позволяет сохранить специализированные функции каждой поверхности (например, рецептор-опосредованный эндоцитоз на апикальной поверхности и экзоцитоз на базолатеральной поверхности). Это позволяет осуществлять поляризованный трансцеллюлярный транспорт и специализированные функции апикальной и базолатеральной мембран.
Классификация
Эпителии классифицируются как «плотные» или «протекающие» в зависимости от способности плотных соединений предотвращать движение воды и растворенных веществ : [15]
У проницаемого эпителия нет таких плотных соединений или они менее сложные. Например, плотный контакт в проксимальном канальце почки, очень проницаемый эпителий, имеет только две-три соединительных нити, и эти нити демонстрируют редкие крупные щелевые разрывы.
^ ab Bhat, Ajaz A.; Uppada, Srijayaprakash; Achkar, Iman W.; Hashem, Sheema; Yadav, Santosh K.; Shanmugakonar, Muralitharan; Al-Naemi, Hamda A.; Haris, Mohammad; Uddin, Shahab (2019). "Белки плотных контактов и сигнальные пути при раке и воспалении: функциональные перекрестные помехи". Frontiers in Physiology . 9 : 1942. doi : 10.3389/fphys.2018.01942 . ISSN 1664-042X. PMC 6351700. PMID 30728783 .
^ Itallie, Christina M. Van; Anderson, James M. (2009-08-01). "Физиология и функция плотного контакта". Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 1 (2): a002584. doi :10.1101/cshperspect.a002584. ISSN 1943-0264. PMC 2742087. PMID 20066090 .
^ Андерсон, Дж. М.; Ван Италли, К. М. (август 2009 г.). «Физиология и функция плотного контакта». Cold Spring Harb Perspect Biol . 1 (2): a002584. doi :10.1101/cshperspect.a002584. PMC 2742087. PMID 20066090 .
^ Chalcroft, JP; Bullivant, S (1970). «Интерпретация структуры мембраны и соединения клеток печени на основе наблюдения за репликами замороженных переломов обеих сторон перелома». Журнал клеточной биологии . 47 (1): 49–60. doi : 10.1083/jcb.47.1.49. PMC 2108397. PMID 4935338.
^ Вольбург, Хартвиг; Липпольдт, Андреа; Эбнет, Клаус (2006), «Плотные соединения и гематоэнцефалический барьер», Tight Junctions , Springer US, стр. 175–195, doi :10.1007/0-387-36673-3_13, ISBN9780387332017
^ Лю, Вэй-Йе; Ван, Чжи-Бин; Чжан, Ли-Чао; Вэй, Синь; Ли, Лин (2012-06-12). «Плотное соединение в гематоэнцефалическом барьере: обзор структуры, регуляции и регуляторных веществ». CNS Neuroscience & Therapeutics . 18 (8): 609–615. doi :10.1111/j.1755-5949.2012.00340.x. ISSN 1755-5930. PMC 6493516 . PMID 22686334.
^ Schneeberger, Eveline E.; Lynch, Robert D. (июнь 2004 г.). «The tight junction: a multifunctional complex» (PDF) . American Journal of Physiology. Cell Physiology . 286 (6): C1213–C1228. doi :10.1152/ajpcell.00558.2003. ISSN 0363-6143. PMID 15151915. S2CID 1725292. Архивировано из оригинала (PDF) 22.02.2019.
^ Mitic, Laura L.; Van Itallie, Christina M.; Anderson, James M. (август 2000 г.). «Молекулярная физиология и патофизиология плотных контактов I. Структура и функция плотных контактов: уроки мутантных животных и белков» (PDF) . American Journal of Physiology. Физиология желудочно-кишечного тракта и печени . 279 (2): G250–G254. doi :10.1152/ajpgi.2000.279.2.g250. ISSN 0193-1857. PMID 10915631. S2CID 32634345. Архивировано из оригинала (PDF) 2019-03-09.
^ Эбнет, Клаус (2017-10-01). «Молекулы соединительной адгезии (JAM): рецепторы клеточной адгезии с плейотропными функциями в клеточной физиологии и развитии». Physiological Reviews . 97 (4): 1529–1554. doi :10.1152/physrev.00004.2017. ISSN 0031-9333. PMID 28931565. S2CID 10846721.
^ Luissint, Anny-Claude; Artus, Cédric; Glacial, Fabienne; Ganeshamoorthy, Kayathiri; Couraud, Pierre-Olivier (2012-11-09). "Плотные соединения на гематоэнцефалическом барьере: физиологическая архитектура и связанная с заболеванием дисрегуляция". Fluids and Barriers of the CNS . 9 (1): 23. doi : 10.1186/2045-8118-9-23 . ISSN 2045-8118. PMC 3542074. PMID 23140302 .
^ Масуда, Саюри; Ода, Юкако; Сасаки, Хироюки; Икеноучи, Дзюнъити; Хигаси, Томохито; Акаши, Масая; Ниши, Эйитиро; Фурусе, Микио (15.02.2011). «LSR определяет углы клеток для образования плотных трехклеточных соединений в эпителиальных клетках». Журнал клеточной науки . 124 (часть 4): 548–555. doi : 10.1242/jcs.072058 . PMID 21245199.
^ Хигаси, Томохито; Миллер, Энн (15 июля 2017 г.). «Трехклеточные соединения: как строить соединения в самых плотных точках эпителиальных клеток». Молекулярная биология клетки . 28 (15): 2023–2034. doi :10.1091/mbc.E16-10-0697. ISSN 1939-4586. PMC 5509417. PMID 28705832 .
^ Кафедра биологии. "Плотные соединения (и другие клеточные связи)". Колледж Дэвидсона . Получено 12.01.2015 .
^ Guo, P; Weinstein, AM; Weinbaum, S (август 2003 г.). "Двойная ультраструктурная модель плотного соединения эпителия проксимальных канальцев крысы" (PDF) . American Journal of Physiology. Renal Physiology . 285 (2): F241–57. doi :10.1152/ajprenal.00331.2002. PMID 12670832. S2CID 22824832. Архивировано из оригинала (PDF) 2019-02-22.
^ Кафедра биологии. "Плотные соединения и другие клеточные связи". Колледж Дэвидсона . Получено 20 сентября 2013 г.
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме Плотные соединения .
