Těsné kontakty

Těsná spojení jsou blokující mezibuněčné kontakty vlastní buňkám obratlovců , ve kterých jsou membrány sousedních buněk co nejtěsnější a „zesíťované“ specializovanými proteiny klaudiny a okludiny .  Distribuovány v epiteliálních tkáních , kde tvoří nejapikálnější část ( lat. zonula occludens ) komplexu kontaktů mezi buňkami, který zahrnuje adhezivní kontakty a desmozomy  . Těsné spoje jsou vytvořeny z několika pásků obklopujících buňku, které se navzájem protínají a vytvářejí síťové spojení. Na cytoplazmatické straně jsou spojeny s aktinovými filamenty [1] [2] .

Epiteliální tkáně plní bariérové ​​a transportní funkce, k tomu musí být schopny některé látky procházet a jiné zadržovat. Takovou selektivní permeabilitu úspěšně zajišťují buněčné membrány , mezi buňkami však zůstávají mezery, kterými může procházet tzv. paracelulární (paracelulární) transport . Úlohou těsných spojení je omezovat a regulovat paracelulární difúzi : zabraňují úniku tkáňové tekutiny přes epitel, ale mohou být propustné pro ionty , malé hydrofilní molekuly a v případě potřeby dokonce i makromolekuly . Také těsné spoje plní tzv. „uzavřenou“ funkci, zabraňují difúzi složek membrány v její vnější vrstvě, čímž zachovávají rozdíl ve složení apikální a bazolaterální membrány. Těsná spojení jsou zapojena do signálních drah , které regulují proliferaci , polarizaci a diferenciaci epiteliálních buněk [3] .

Septátové kontakty jsou analogické s těsnými spoji u bezobratlých [1] .

Struktura a molekulární složení

Těsná spojení se skládají z tenkých, protínajících se pásů, které zcela obklopují buňku a jsou v kontaktu s podobnými pásy na sousedních buňkách. Na elektronových mikrosnímcích je patrné, že v oblastech těsných kontaktů se membrány dostávají do vzájemného kontaktu nebo dokonce splývají. Kombinace metody freeze-shear s elektronovou mikroskopií s vysokým rozlišením umožnila zjistit, že filmy těsného spojení jsou vytvořeny z proteinových částic o průměru 3–4 nm , které vyčnívají z obou povrchů membrány. Také ve prospěch toho, že proteiny hrají klíčovou roli při tvorbě těsných spojení, svědčí buněčné dělení za působení proteolytického enzymu trypsinu [2] .

Celkem těsná spojení zahrnují asi 40 různých proteinů, jak membránových , tak cytoplazmatických. Ty jsou vyžadovány pro připojení aktinových vláken , regulaci a přenos signálu [3] .

Membránové proteiny

Membránové těsnící proteiny lze rozdělit do dvou skupin: ty, které procházejí membránou 4krát, a ty, které ji procházejí pouze jednou. První skupina je velmi rozsáhlá, zahrnuje proteiny klaudiny , okludiny a tricelulin. Mají společné strukturální rysy, zejména mají čtyři α-helikální transmembránové domény , N- a C-konce směřují k cytosolu a domény vyčnívající do extracelulárního prostoru se účastní homo- nebo heterofilních interakcí s podobnými proteiny na sousední buňku [3] .

Claudiny jsou hlavní proteiny s úzkým spojením. Jejich role byla prokázána u myší s knockoutem genu pro claudin-1 : v pokožce těchto zvířat se nevytvářejí těsné spoje a umírají během jednoho dne po narození v důsledku dehydratace v důsledku intenzivního odpařování [1] . Claudiny se také podílejí na tvorbě selektivních kanálů pro transport iontů. Lidský genom obsahuje geny pro nejméně 24 různých klaudinů, které jsou exprimovány tkáňově specificky [3] .

Druhým nejčastějším u těsných spojů jsou okludiny (z latinského  occludo  - uzavírat), regulují transport malých hydrofilních molekul a průchod neutrofilů epitelem [3] . Nejvyšší koncentrace třetího proteinu, tricelulinu, jsou pozorovány v kontaktních bodech tří buněk [1] .

Mezi proteiny těsného spojení, které jednou projdou membránou, patří JAM-A, -B, -C a -D ( junkční adhezní molekuly ) a související CAR ( coxsackievirus a adenovirový receptor ) , CLMP ( eng  . CAR-like membránový protein ) a ESAM ( endoteliální -buněčná selektivní adhezní molekula ), mající dvě imunoglobulinové domény , stejně jako CRB3 proteiny ( Crumbs homologue 3 ) a BVES [3] .     

Cytoplazmatické proteiny

Cytoplazmatická část těsných spojení je nezbytná pro jejich připojení k aktinovým vláknům, regulaci buněčné adheze a paracelulárního transportu a také pro přenos signálů z povrchu do buňky. Skládá se z adaptoru , skafoldu a cytoskeletálních proteinů a také prvků signálních drah ( kinázy , fosfatázy ). Nejvíce studovaným proteinem cytoplazmatické destičky  je ZO-1 , má několik domén zapojených do interakcí protein-protein , z nichž každá zajišťuje kontakt s jinými složkami. Tři domény PDZ tedy interagují s klaudiny a dalšími adaptorovými proteiny — ZO-2 a ZO-3, doména GUK ( angl.  homologie guanylátkinázy ) — s okludiny a doména SH3  — se signálními proteiny [3] .

Cytoplazmatická strana těsných spojení je také spojena s proteinovými komplexy PARD3 /PAR6 a Pals1/PATJ, které jsou nezbytné pro stanovení buněčné polarity a epiteliální morfogeneze [3] .

Funkce

První studie funkce těsných spojů vedly k myšlence, že se jedná o statické nepropustné struktury nutné k omezení difúze látek mezi buňkami. Následně bylo zjištěno, že jsou selektivně permeabilní, navíc se jejich průchodnost v různých tkáních liší a lze je regulovat [4] . Byla také stanovena další funkce těsných spojení: úloha při udržování buněčné polarity omezením difúze lipidů a proteinů ve vnější vrstvě plazmatické membrány. V první dekádě 21. století byla také nashromážděna data naznačující účast těchto struktur na signálních drahách, zejména při regulaci buněčné proliferace a polarity [3] .

Regulace paracelulárního transportu

Nepropustnost těsných spojů pro většinu sloučenin rozpustných ve vodě lze demonstrovat na experimentu se zavedením hydroxidu lanthanitého (elektronově hustý koloidní roztok ) do krevních cév slinivky břišní . Několik minut po injekci jsou acinární buňky fixovány a jsou z nich připraveny preparáty pro mikroskopii. V tomto případě lze pozorovat, že hydroxid lanthanitý difunduje z krve do prostoru mezi bočními plochami buněk, ale nemůže proniknout těsnými kontakty v jejich horní části [2] . Jiné experimenty ukázaly, že těsné kontakty jsou také nepropustné pro soli. Například při pěstování kultury buněk psích ledvin MDCK ( Madin-Darby canine ledvina ) v médiu s velmi nízkou koncentrací vápníku buňky tvoří monovrstvu , ale nejsou vzájemně spojeny těsnými kontakty. Soli a kapaliny se mohou přes takovou monovrstvu volně pohybovat. Pokud se do kultury přidá vápník, vytvoří se za hodinu těsné kontakty a vrstva se stane nepropustnou pro kapaliny [2] .  

Těsná spojení však nejsou ve všech tkáních zcela neprostupná, existují tzv. volné epitely ( angl.  leaky epithelia ). Například epitelem tenkého střeva prochází 1000krát více iontů Na + než epitelem tubulů ledvin. Ionty pronikají paracelulárními póry o průměru 4 Å , selektivní v náboji a velikosti částic, které jsou tvořeny klaudinovými proteiny [4] . Protože epitel různých orgánů exprimuje různé sady klaudinů, liší se také jejich propustnost pro ionty. Například specifický klaudin, přítomný pouze v ledvinách, umožňuje průchod iontů hořčíku během reabsorpce [1] .

Mezibuněčný prostor epitelu může být propustný i pro velké částice, například při opakování výše uvedeného experimentu s hydroxidem lanthanitým na tkáni epitelu tenkého střeva králíka lze pozorovat průchod koloidních částic mezi buňkami. Velké molekuly jsou transportovány speciálními únikovými cestami ( angl.  leak pathway ) o průměru větším než 60 Å [4] . To je důležité například pro procesy vstřebávání aminokyselin a monosacharidů , jejichž koncentrace v tenkém střevě se zvyšuje po dostatečném příjmu potravy pro jejich pasivní transport [1] .

Udržování rozdílu mezi apikálními a bazolaterálními membránami

Pokud jsou liposomy obsahující fluorescenčně značené glykoproteiny přidány do média v kontaktu s apikální částí buněčné monovrstvy MDCK , některé z nich spontánně fúzují s buněčnými membránami. Poté může být fluorescence detekována v apikální, ale ne v bazolaterální části buněk, za předpokladu, že těsná spojení jsou intaktní. Pokud jsou zničeny odstraněním vápníku z média, fluorescenční proteiny difundují a jsou rovnoměrně rozmístěny po celém povrchu buňky [2] .

Cytosolová vrstva membrány má stejné složení lipidů jak v apikální, tak v bazolaterální oblasti, tyto lipidy mohou volně difundovat. Na druhé straně jsou lipidy extracelulární vrstvy obou částí buňky výrazně odlišné a výměně mezi nimi brání těsné kontakty. Například všechny glykolipidy , stejně jako proteiny ukotvené glykosylfosfatidylinositolem , v buněčných membránách MDCK jsou umístěny výhradně v extracelulární vrstvě apikální části a fosfatidylcholin  se nachází téměř výhradně v bazolaterální části [2] .

Nemoci s úzkým kontaktem

Několik lidských dědičných onemocnění je spojeno s narušenou tvorbou těsných spojení , jako jsou mutace v genech claudin-16 a claudin-19, které vedou k hypomagnezémii kvůli nadměrné ztrátě hořčíku v moči. Mutace v genech pro claudin-13 a tricelulin způsobují dědičnou hluchotu . Dysregulace některých proteinů s úzkým spojením je spojena s rakovinou , například exprese ZO-1 a ZO-2 je u mnoha typů rakoviny snížena. Komponenty těsného spojení mohou být také cílem pro onkogenní viry [3] .

Některé viry využívají ke vstupu do buňky membránové proteiny s těsným spojením, zejména claudin-1 je koreceptorem viru hepatitidy C. Jiné viry se vážou na proteiny těsného spojení, aby narušily bariéru oddělující je od skutečných receptorů na bazolaterální vrstvě epiteliálních buněk nebo neepiteliálních buněk [3] .

Těsná spojení mohou být také cílem pro bakteriální patogeny , například Clostridium perfringens ,  původce plynové gangrény uvolňuje enterotoxin , který působí na extracelulární domény claudinů a okludinů a způsobuje prosakování epitelu. Helicobacter pylori ,  původce gastritidy  , zavádí do buněk protein CagA, který interaguje s komplexem ZO-1-JAM-A; předpokládá se, že to pomáhá bakteriím překonat ochrannou bariéru žaludečního epitelu [3] .

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Molekulární biologie buňky . — 5. — Garland Science, 2007. - ISBN 978-0-8153-4105-5 .
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harvey Lodish a kol. 15.7 Transport přes epitelie // Molekulární buněčná biologie . — 4. - W. H. Freeman, 2000. - ISBN 0-7167-3136-3 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Balda MS , Matter K. Těsné křižovatky na první pohled.  (anglicky)  // Journal of Cell Science. - 2008. - 15. listopadu ( roč. 121 , č. Pt 22 ). - str. 3677-3682 . - doi : 10.1242/jcs.023887 . — PMID 18987354 .
  4. ↑ 1 2 3 Anderson JM , Van Itallie CM Fyziologie a funkce těsného spojení.  (anglicky)  // Cold Spring Harbor Perspectives In Biology. - 2009. - Srpen ( vol. 1 , No. 2 ). - P. 002584-002584 . - doi : 10.1101/cshperspect.a002584 . — PMID 20066090 .

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Mezibuněčné kontakty
Ukotvení kontaktů
Souvisí s aktinovým cytoskeletem
Spojeno s intermediárními fikrolameny
Blokovací kontakty
Kontakty, které tvoří kanály