Кіріспе
Ауыс түйіндерінің мембранааралық арналарын құрайтын белоктар тобы. Connexins (Cx) (TC# 1. A.24), немесе аралық түйісу белоктары – құрылымдық жағынан байланысты трансмембраналық белоктар, олар омыртқалы жануарларда аралық түйісулерді құру үшін жиналады. Омыртқасыздарда мүлдем басқа белоктар тобы, иннексиндер, аралық түйісулерді қалыптастырады. Әрбір аралық түйісу екі гемиканалдан немесе коннексоннан тұрады, олар коннексиндердің гомо- немесе гетерогексамерлік жиынтығынан құралған, ал бір плазмалық мембранадағы коннексон жақын орналасқан жасуша мембранасындағы коннексонмен тікелей қосылады. Гемиканал алты коннексин суббірлігінен тұрады, олардың әрқайсысы төрт трансмембраналық сегменттен құралған. Аралық түйісулер жүрек бұлшықетінің үйлесімді деполяризациясы, дұрыс эмбриондық даму және микроқан тамырларындағы өткізілім реакциясы сияқты көптеген физиологиялық процестер үшін маңызды. Коннексиндер цитоскелет және жасушалардың қозғалуымен байланысты арнаға тәуелді емес функцияларды да атқарады. Осы себептерге байланысты коннексин гендерінің мутациялары функционалдық және даму аномалияларына алып келуі мүмкін.
Connexins (Cx) (TC# 1. A.24), or gap junction proteins, are structurally related transmembrane proteins that assemble to form vertebrate gap junctions. An entirely different family of proteins, the innexins, form gap junctions in invertebrates. Each gap junction is composed of two hemichannels, or connexons, which consist of homo or heterohexameric arrays of connexins, and the connexon in one plasma membrane docks end to end with a connexon in the membrane of a closely opposed cell. The hemichannel is made of six connexin subunits, each of which consist of four transmembrane segments. Gap junctions are essential for many physiological processes, such as the coordinated depolarization of cardiac muscle, proper embryonic development, and the conducted response in microvasculature. Connexins also have non channel dependant functions relating to cytoskeleton and cell migration. For these reasons, mutations in connexin encoding genes can lead to functional and developmental abnormalities.
Номенклатура
Коннексиндер әдетте олардың молекулалық салмағы бойынша аталады, мысалы, Cx26 – 26 кДа молекулалық салмағы бар коннексин протеині. Тағы бір қолданылатын номенклатура – бұл аралық байланыс белок жүйесі, онда коннексиндер α (GJA) және β (GJB) формалары бойынша жіктеледі, ал қосымша коннексиндер C, D және E топтарына біріктіріледі, содан кейін идентификациялық нөмір беріледі, мысалы, GJA1 – Cx43-ке сәйкес келеді. Эльсинорда өткен Gap Junction Conference (2007) конференциясында қатысушылар коннексиндерді кодтайтын гендер үшін GJ номенклатуралық жүйені қолдануға келісті, бірақ кодталған протеиндер үшін коннексин номенклатурасын сақтап қалуды жоспарлады, гомологты протеиндерді нөмірлеу үшін адам протеинінің салмағын пайдалана отырып.
Құрылымы
Коннексиндер төрт жоғары реттелген трансмембраналық сегменттерді (ТМС), негізінен құрылымдалмаған C және N цитоплазмалық ұштарын, цитоплазмалық циклді (CL) және екі жасушадан тыс циклді (EL 1) және (EL 2) қамтиды. Коннексиндер алтыдан тұратын топтасып гемиканалдар немесе коннексондар құрайды, ал екі гемиканал бірігіп аралық түйісуді (gap junction) құрайды. Адамның Cx26 (GJB2 деп те аталады) құрамындағы аралық түйісу арнасының кристалдық құрылымы 3,5 Å ажыратылумен қолжетімді. Тығыздық картасы екі мембраналық гемиканалды және әр гемиканалды құрайтын алты протомердің төрт ТМС-інің орналасуын көрсетті. Гемиканалдарда оң зарядталған цитоплазмалық кіреберіс, түйір, теріс зарядталған трансмембраналық жол және жасушадан тыс қуыс бар. Тесік канал қабырғасын қаптаған алты аминдық терминал спиральдерімен қалыптасқан түйірде тараяды, осылайша канал кіреберісіндегі молекулалық өлшемді шектеуді анықтайды. Коннексин гендерінің отбасы әртүрлі, адам геномында жиырма бір мүшесі және егешқұйрықта жиырмасы (олардың он тоғызы ортологтық жұптар) анықталған. Олардың салмағы 25-60 кДа, ал орташа ұзындығы 380 аминқышқылынан тұрады. Әртүрлі коннексиндер гомомерлік және гетеромерлік аралық түйісулерге бірігуі байқалды, олардың әрқайсысы әртүрлі функционалдық қасиеттерді көрсете алады, соның ішінде тесік өткізгіштігі, өлшемді таңдау, зарядты таңдау, кернеулік қақпа және химиялық қақпа.
Биосинтез және ішкілендіру
Коннексиндердің ерекше бір қасиеті – олардың жартылай ыдырау мерзімі салыстырмалы түрде қысқа, бар болғаны бірнеше сағатты құрайды. Осының нәтижесінде коннексиндердің синтезделіп, жаңаруымен жүзеге асатын динамикалық цикл пайда болады. Бұл қысқа өмір сүру мерзімі физиологиялық процестерді, мысалы, миометрийдегідей, одан да дәл реттеуге мүмкіндік береді деп саналады.
Ядродан мембранаға дейін
Рибосомалар арқылы аударылғанда, коннексиндер эндоплазмалық тордың (ЭТ) мембранасына енгізіледі. Коннексиндер ER-де дұрыс қалыптасып, екі клеткадан тыс тізбек, EL 1 және EL 2 пайда болады. Коннексин молекулаларының гемиканалдарға олигомеризациясы да ER-де басталады, бұл процесс UR Голги аралық бөлімінде де жалғасуы мүмкін. Дегенмен, кейбір коннексиндер, мысалы Cx26 Голгиге тәуелсіз тасымалдануы мүмкін.
Ауыс тұйықтауыш құралы
Жасушаның плазмалық мембранасына енгізілгеннен кейін гемиканалдар липидтік екі қабаттың ішінде еркін таралады. Арнайы белоктардың, негізінен кадериндердің көмегімен гемиканалдар жақын жасушалардың гемиканалдарымен байланысып, аралық қосылыстарды құрайды. Жақындағы зерттеулер адгеренс және аралық қосылыстар арасында байланыс бар екенін көрсетті, бұл бұрынғыдан да жоғары үйлесімділік деңгейін көрсетеді.
Функция
Коннексин арқылы қалыптасқан жасушалық байланыс тек омыртқалыларда ғана кездеседі, ал функционалдық тұрғыдан ұқсас (бірақ генетикалық байланысы жоқ) ақуыздар тобы – иннексиндер омыртқасыз жануарлардағы жасушалық байланысқа жауапты. Иннексин гомологтары хордалыларда да анықталды, бірақ олар енді жасушалық байланыс құра алмайды. Оның орнына, осы ақуыздардың құрамындағы арналар (паннексиндер деп аталады) жасуша ішіндегі және жасуша сыртындағы кеңістіктерді байланыстыратын өте ірі трансмембраналық тесіктер ретінде жұмыс істейді. Орталық нерв жүйесінде (ОЖЖ) жасушалық байланыс прогенеторлық жасушалар, нейрондар және глиальды жасушалар арасында электрлік байланысты қамтамасыз етеді. Коннексин генін жойылған тышқандарды қолданатын зерттеулер жасушалардың байланысының визуалды сигнал беру үшін маңызды екенін көрсетті. Тор қабықтағы қоршаған ортаның жарық деңгейі жасушалық байланыс арналары арқылы жасушалардың байланысына әсер етеді, бұл түрлі жарық жағдайларына бейімделген көру функциясын қамтамасыз етеді. Жасушалардың байланысы бірнеше механизмдермен реттеледі, оның ішінде коннексин экспрессиясы да бар. Декрок және авторлар коннексиндер мен паннексиндер тіндердегі жасушалық функцияларға әсер ететін көп деңгейлі платформаны талқылады: (1) коннексин арқылы қалыптасқан жасушалық байланыс арналары (ЖБА) кішкентай молекулалардың тікелей жасушалар арасындағы байланысын қамтамасыз етеді, (2) коннексин жартылай арналары мен паннексин арналары автокриндік/паракриндік сигнал беру жолдарына үлес қосады және (3) осы ақуыздардың әртүрлі құрылымдық домендері арнаға тәуелсіз функцияларды қамтамасыз етеді, мысалы, жасушалардың бірігуі, цитоскелетпен өзара әрекеттесуі және жасуша ішіндегі сигнал беру жолдарының белсендірілуі. Осылайша, коннексиндер мен паннексиндер мидың дамуына және нейроглио-қан тамырлық бірліктегі нақты процестерге, соның ішінде синаптық берілу мен пластикалық өзгерістерге, глиальды сигнализацияға, вазомоторлық реттелуге, жасушалардың қозғалысына және ересек ОЖЖ-дегі қан-мұз бөгетінің тұтастығына көп қырлы үлес қосады.
Адамның коннексиндері және клиникалық маңызы
Конексин гендерінің орналасуы және функциясы Cx43GJA1 Атеросклероздық плакаттары бар қан тамырлары бетінде экспрессияланады және егешқұйрықтарда атеросклероз кезінде жоғары реттеледі. Патологиялық әсерлерге ие болуы мүмкін. Сондай-ақ, көбею үшін қажетті гранулоза жасушалары арасында экспрессияланады. Әдетте астроциттерде экспрессияланады, сонымен қатар адам астроцитомаларының көпшілігінде және глионеврональды ісіктердің астроглиальды компонентінде анықталады. Окулодентоцифродигитальды дисплазиямен байланысты. Cx46 GJA3 Cx37 GJA4 Коронарлық артериогенез кезінде қан тамырларының тегіс бұлшықетінде индукцияланады. Cx37 мутациялары өлімге алып келмейді. Ооциттер мен гранулоза жасушалары арасында аралық байланыстарды құрайды және ооциттердің тірі қалуы үшін қажет. Cx40 GJA5 Атриальды миоциттерде селективті түрде экспрессияланады. Жүрекшелердің үйлесімді электрлік белсенділігін қамтамасыз етеді. Cx33GJA6(GJA6P) Адамда псевдоген. Cx50 GJA8 Егешқұйрық және қоянның торлы қабығындағы А типі көлденең жасушалары арасындағы аралық байланыстар. Cx59 GJA10 Cx62 GJA10 Адамның Cx62, егешқұйрықтың Cx57-сімен сәйкес келеді. Қоянның торлы қабығындағы аксонды B типі көлденең жасушасындағы орналасуы. Cx32 GJB1 Перифериялық миелиннің негізгі компоненті. Адам геніндегі мутациялар X хромосомасына байланысты Шарко-Мари-Тут ауруын, туа пайда болған нейропатияны тудырады. Адамның қалыпты миында CX32 нейрондар мен олигодендроциттерде экспрессияланады. Cx26 GJB2 Вохинкель синдромында, сондай-ақ кератит-ихтиоз-саңырау синдромында (KID) мутацияланған. Өзгермелі эритрокератодермиямен байланысты болуы мүмкін. Cx31.1 GJB5 Cx30 GJB6 Клустон синдромында (гидротикалық эктодермальды дисплазия) мутацияланған. Қолқа және қарыншааралық түйін. Cx47 GJC2/GJA12 Олигодендроциттер арасындағы аралық байланыстарда экспрессияланады. Cx31.3 GJC3 Адамның егешқұйрықтың Cx29-ының ортологі. Аралық байланыстарды құрайтыны белгісіз. Cx36 GJD2/GJA9 Бүйрек безіндегі бета-жасушалардың функциясы, инсулиннің босатылуын қамтамасыз етеді. Орталық нерв жүйесіндегі нейрондар, олар нейрондық белсенділікті синхрондандырады. Cx31.9 GJD3/GJC1 Cx39 GJD4 Cx40.1 GJD4 Cx23 GJE1 Аралық байланыстар көптеген физиологиялық процестер үшін маңызды, мысалы, жүрек бұлшық еттерінің үйлесімді деполяризациясы, дұрыс эмбриональды даму және микроқан тамырларындағы өткізгіштік. Осы себепті, әртүрлі коннексин изоформаларының жойылуы немесе мутациясы ерекше фенотиптер мен патологияларды тудырады. Cx43 мутациялары көбінесе окулодентоцифродигитальды дисплазиямен байланысты болса, Cx47 мутациялары Пелизеус-Мерцбахер сияқты аурулармен және лимфедемамен байланысты. Cx40 мутациялары негізінен жүрекшелік фибрилляциямен байланысты. Cx37 геніндегі мутациялар әлі сипатталмаған, бірақ Cx37 геніндегі полиморфизмдер артериялық аурудың дамуына қатысты.
Gap junctions are essential for many physiological processes, such as the coordinated depolarization of cardiac muscle, proper embryonic development, and the conducted response in microvasculature. For this reason, deletion or mutation of the various connexin isoforms produces distinctive phenotypes and pathologies. While mutations in Cx43 are mostly linked to oculodentodigital dysplasia, Cx47 mutations are associated with Pelizaeus Merzbacher like disease and lymphedema. Cx40 mutations are principally linked to atrial fibrillation. Mutations in Cx37 have not yet been described, but polymorphisms in the Cx37 gene have been implicated in the development of arterial disease.