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 уплотнении между эпителиальными клетками . [1] Они также играют решающую роль в поддержании структуры и проницаемости эндотелиальных клеток . [1] Плотные соединения могут также служить «протекающими путями», образуя селективные каналы для небольших катионов, анионов или воды. Соответствующие соединения, встречающиеся у беспозвоночных, представляют собой перегородчатые соединения .
Состав
Плотные соединения состоят из разветвленной сети уплотняющих нитей, каждая из которых действует независимо от других. Следовательно, эффективность соединения в предотвращении прохождения ионов увеличивается экспоненциально с увеличением количества нитей. Каждая нить формируется из ряда трансмембранных белков, встроенных в обе плазматические мембраны, причем внеклеточные домены напрямую соединяются друг с другом. Плотные контакты состоят из по меньшей мере 40 различных белков. [2] Эти белки состоят как из трансмембранных, так и из цитоплазматических белков. Тремя основными трансмембранными белками являются окклюдины , клаудины и белки молекулы адгезии соединения ( JAM ). Они связываются 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.
Изображение трансмембранных белков, образующих плотные соединения: окклюдинов, клаудинов и белков JAM.
Трансмембранные белки:
Окклюдин был первым идентифицированным интегральным мембранным белком. Его молекулярная масса составляет ~60 кДа. Он состоит из четырех трансмембранных доменов, причем как N-конец, так и C-конец белка являются внутриклеточными. Он образует две внеклеточные петли и одну внутриклеточную петлю. Эти петли помогают регулировать парацеллюлярную проницаемость. [4] Окклюдин также играет ключевую роль в клеточной структуре и барьерной функции. [5]
Клаудины были открыты после окклюдина и представляют собой семейство млекопитающих, насчитывающее более 27 различных членов. [6] Они имеют молекулярную массу ~ 20 кДа. Они имеют структуру, аналогичную структуре окклюдина, поскольку имеют четыре трансмембранных домена и аналогичную структуру петли. Считается, что они являются основой плотных соединений и играют значительную роль в способности плотных соединений герметизировать парацеллюлярное пространство. [7]
Молекулы соединительной адгезии ( JAM ) являются частью суперсемейства иммуноглобулинов. Они имеют молекулярную массу от ~ 40 до 48 кДа. [8] Их структура отличается от структуры других интегральных мембранных белков тем, что они имеют только один трансмембранный домен вместо четырех. Он помогает регулировать функцию парацеллюлярных путей плотных соединений, а также участвует в поддержании полярности клеток. [9]
Ангулины были открыты в 2011 году путем визуального скрининга белков, локализующихся в плотных соединениях трехклеточных клеток. [10] Существует три представителя ангулинов: Ангулин-1/LSR, Ангулин-2/ILDR1 и Ангулин-3/ILDR2. Подобно JAM, ангулины представляют собой однотрансмембранные белки. Все ангулины имеют один иммуноглобулинподобный домен во внеклеточной области и один PDZ-связывающий мотив на карбокси-конце. Они отвечают за создание плотных межклеточных соединений и регулируют функцию параклеточного барьера. [11]
Функции
Они выполняют жизненно важные функции: [12]
Плотные соединения обеспечивают эндотелиальным и эпителиальным клеткам барьерную функцию, которую можно далее подразделить на защитные барьеры и функциональные барьеры, служащие таким целям, как транспорт материала и поддержание осмотического баланса:
Плотные соединения предотвращают прохождение молекул и ионов через пространство между плазматическими мембранами соседних клеток, поэтому вещества должны фактически проникнуть в клетки (путем диффузии или активного транспорта ), чтобы пройти через ткань. 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 образуются плотные соединения. [13] Ограниченный внутриклеточный путь, требуемый барьерной системой плотных соединений, позволяет точно контролировать, какие вещества могут проходить через конкретную ткань. (Эту роль в поддержании гематоэнцефалического барьера играют плотные контакты .) В настоящее время до сих пор неясно, является ли контроль активным или пассивным и как формируются эти пути. В одном исследовании парацеллюлярного транспорта через плотное соединение в проксимальных канальцах почек предложена модель двойного пути: большие щелевые разрывы, образованные редкими разрывами в комплексе TJ, и многочисленные мелкие круглые поры. [14]
Плотные соединения помогают поддерживать апикобазальную полярность клеток, предотвращая латеральную диффузию интегральных мембранных белков между апикальной и латеральной/базальной поверхностями, позволяя выполнять специализированные функции каждой поверхности (например, рецептор-опосредованный эндоцитоз на апикальной поверхности и экзоцитоз на апикальной поверхности). базолатеральная поверхность) должна быть сохранена. Это обеспечивает поляризованный трансклеточный транспорт и специализированные функции апикальных и базолатеральных мембран.
Классификация
Эпителии классифицируются как «плотные» или «протекающие», в зависимости от способности плотных соединений предотвращать движение воды и растворенных веществ : [15]
В дырявом эпителии эти плотные соединения отсутствуют или они имеют менее сложные плотные соединения. Например, плотное соединение в проксимальных канальцах почек, очень неплотном эпителии, имеет только две-три соединительные нити, и эти нити имеют нечастые большие щелевидные разрывы.
ПЭМ отрицательно окрашенных проксимальных извитых канальцев ткани почек крысы при увеличении ~ 55 000x и 80 кВ с плотным соединением. Обратите внимание, что три темные линии плотности соответствуют плотности белкового комплекса, а светлые линии между ними соответствуют параклеточному пространству.
^ Аб Бхат, Аджаз А.; Уппада, Шриджаяпракаш; Ачкар, Иман В.; Хашем, Шима; Ядав, Сантош К.; Шанмугаконар, Муралитаран; Аль-Наэми, Хамда А.; Харис, Мохаммед; Уддин, Шахаб (2019). «Белки с плотным соединением и сигнальные пути при раке и воспалении: функциональные перекрестные помехи». Границы в физиологии . 9 : 1942. doi : 10.3389/fphys.2018.01942 . ISSN 1664-042X. ПМК 6351700 . ПМИД 30728783.
^ Италия, Кристина М. Ван; Андерсон, Джеймс М. (1 августа 2009 г.). «Физиология и функция плотного соединения». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 1 (2): а002584. doi : 10.1101/cshperspect.a002584. ISSN 1943-0264. ПМК 2742087 . ПМИД 20066090.
^ Андерсон, Дж. М.; Ван Италли, CM (август 2009 г.). «Физиология и функция плотного соединения». Колд Спринг Харб Перспектива Биол . 1 (2): а002584. doi : 10.1101/cshperspect.a002584. ПМК 2742087 . ПМИД 20066090.
^ 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, Линг (12 июня 2012 г.). «Плотное соединение в гематоэнцефалическом барьере: обзор структуры, регуляции и регуляторных веществ». Нейронауки и терапия ЦНС . 18 (8): 609–615. дои : 10.1111/j.1755-5949.2012.00340.x. ISSN 1755-5930. ПМК 6493516 . ПМИД 22686334.
^ Шнебергер, Эвелин Э.; Линч, Роберт Д. (июнь 2004 г.). «Тесная развязка: многофункциональный комплекс» (PDF) . Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 286 (6): C1213–C1228. doi : 10.1152/ajpcell.00558.2003. ISSN 0363-6143. PMID 15151915. S2CID 1725292. Архивировано из оригинала (PDF) 22 февраля 2019 г.
^ Митич, Лаура Л.; Ван Италли, Кристина М.; Андерсон, Джеймс М. (август 2000 г.). «Молекулярная физиология и патофизиология плотных соединений I. Структура и функции плотных соединений: уроки мутантных животных и белков» (PDF) . Американский журнал физиологии. 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) 9 марта 2019 г.
^ Эбнет, Клаус (01 октября 2017 г.). «Молекулы соединительной адгезии (JAM): рецепторы клеточной адгезии с плейотропными функциями в физиологии и развитии клеток». Физиологические обзоры . 97 (4): 1529–1554. doi : 10.1152/physrev.00004.2017. ISSN 0031-9333. PMID 28931565. S2CID 10846721.
^ Луиссен, Анни-Клод; Артус, Седрик; Ледниковый, Фабьен; Ганешамурти, Каятири; Куро, Пьер-Оливье (9 ноября 2012 г.). «Плотные соединения гематоэнцефалического барьера: физиологическая архитектура и нарушение регуляции, связанное с заболеванием». Жидкости и барьеры ЦНС . 9 (1): 23. дои : 10.1186/2045-8118-9-23 . ISSN 2045-8118. ПМК 3542074 . ПМИД 23140302.
^ Масуда, Саюри; Ода, Юкако; Сасаки, Хироюки; Икеноути, Дзюнъити; Хигаси, Томохито; Акаши, Масая; Ниси, Эйитиро; Фурусэ, Микио (15 февраля 2011 г.). «LSR определяет углы клеток для образования трехклеточных плотных соединений в эпителиальных клетках». Журнал клеточной науки . 124 (Часть 4): 548–555. дои : 10.1242/jcs.072058 . ПМИД 21245199.
^ Хигаси, Томохито; Миллер, Энн (15 июля 2017 г.). «Трехклеточные соединения: как построить соединения в самых сложных точках эпителиальных клеток». Молекулярная биология клетки . 28 (15): 2023–2034. doi :10.1091/mbc.E16-10-0697. ISSN 1939-4586. ПМК 5509417 . ПМИД 28705832.
^ Кафедра биологии. «Плотные развязки (и другие сотовые соединения)». Дэвидсон Колледж . Проверено 12 января 2015 г.
^ Чалкрофт, JP; Булливант, С. (1970). «Интерпретация клеточной мембраны печени и структуры соединения на основе наблюдения копий замораживания-перелома обеих сторон перелома». Журнал клеточной биологии . 47 (1): 49–60. дои : 10.1083/jcb.47.1.49. ПМК 2108397 . ПМИД 4935338.
^ Го, П; Вайнштейн, AM; Вайнбаум, С. (август 2003 г.). «Ультраструктурная модель с двумя путями плотного соединения эпителия проксимальных канальцев крысы» (PDF) . Американский журнал физиологии. Почечная физиология . 285 (2): F241–57. дои : 10.1152/ajprenal.00331.2002. PMID 12670832. S2CID 22824832. Архивировано из оригинала (PDF) 22 февраля 2019 г.
^ Кафедра биологии. «Плотные развязки и другие сотовые соединения». Дэвидсон Колледж . Проверено 20 сентября 2013 г.
Внешние ссылки
Викискладе есть медиафайлы, связанные с узкими перекрестками .
