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 контакты 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. 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. [4]
Изображение трансмембранных белков, образующих плотные соединения: окклюдинов, клаудинов и белков JAM.
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. [5] Окклюдин также играет ключевую роль в клеточной структуре и барьерной функции. [6]
Клаудины были обнаружены после окклюдина и представляют собой семейство млекопитающих, насчитывающее более 27 различных членов. [7] 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. [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 парацеллюлярных путей плотных соединений, а также участвует в поддержании полярности клеток. [10]
Ангулины были открыты в 2011 году путем визуального скрининга белков, локализующихся в плотных трехклеточных соединениях. [11] Существует три представителя ангулинов: Ангулин-1/LSR, Ангулин-2/ILDR1 и Ангулин-3/ILDR2. Подобно JAM, ангулины представляют собой одиночные трансмембранные белки. Все ангулины имеют один иммуноглобулинподобный домен во внеклеточной области и один PDZ-связывающий мотив на карбокси-конце. Они отвечают за создание плотных контактов трехклеточных клеток и регулируют функцию параклеточного барьера. [12]
Функции
ПЭМ ткани почек крысы показывает плотное соединение белков (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 транспорт материала и поддержание осмотического баланса. [13]
Плотные соединения предотвращают прохождение молекул и ионов через межклеточное пространство соседних клеток, поэтому вещества должны фактически проникнуть в клетки (путем диффузии или активного транспорта ), чтобы пройти через ткань. Ограниченный внутриклеточный путь, требуемый барьерной системой плотного соединения, позволяет точно контролировать, какие вещества могут проходить через определенную ткань (например, через гематоэнцефалический барьер ). 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 была предложена модель двойного пути, состоящая из больших щелевых разрывов, образованных нечастыми разрывами в комплексе плотного соединения и многочисленных мелких круглых пор. [14]
Плотные соединения также 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]
Дырявый эпителий не имеет таких плотных соединений или имеет 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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. ПМЦ 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.
^ 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 .
