Пло́тные контакты́: структура и фунќции. Предотвраще́ние уте́чки ве́ществ между кле́тками эпители́я и эндотели́я. Оклудин, клаудины, JAM – ключевы́е белки.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Структура, предотвращающая межклеточную утечку
Structure preventing inter cell leakage
Тесные контакты, также известные как окклюзионные соединения или zonulae occludentes (единственное число – zonula occludens), представляют собой мультибелковые комплексы, основная функция которых – предотвращение утечки растворенных веществ и воды, а также обеспечение герметичности между эпителиальными клетками. Они также играют критическую роль в поддержании структуры и проницаемости эндотелиальных клеток. Эти белки состоят как из трансмембранных, так и из цитоплазматических белков. Три основных трансмембранных белка – окклюдин, клаудины и молекулы адгезии в узких контактах (JAM). Они ассоциируют с различными периферическими мембранными белками, такими как ZO-1, расположенными на внутриклеточной стороне плазматической мембраны, которые закрепляют нити за актиновый компонент цитоскелета. Таким образом, тесные контакты соединяют цитоскелеты соседних клеток. Исследование с использованием метода скалывания заморозки в электронной микроскопии идеально подходит для выявления латерального распространения тесных контактов в клеточных мембранах и оказалось полезным для демонстрации того, как формируются тесные контакты. Оклюдин был первым идентифицированным интегральным мембранным белком. Его молекулярная масса составляет около 60 кДа. Он состоит из четырех трансмембранных доменов, и как N-конец, так и C-конец белка находятся внутри клетки. Он образует две внеклеточные петли и одну внутриклеточную петлю. Эти петли помогают регулировать параклеточную проницаемость. Оклюдин также играет ключевую роль в клеточной структуре и барьерной функции. Клаудины были обнаружены после окклюдина и представляют собой семейство, состоящее из более чем 27 различных членов у млекопитающих. Их молекулярная масса составляет около 20 кДа. Они имеют структуру, аналогичную окклюдину, с четырьмя трансмембранными доменами и схожей структурой петель. Они считаются основой тесных контактов и играют важную роль в способности тесных контактов герметизировать параклеточное пространство. Молекулы адгезии в узких контактах (JAM) являются частью суперсемейства иммуноглобулинов. Их молекулярная масса составляет от 40 до 48 кДа. Их структура отличается от структуры других интегральных мембранных белков тем, что они имеют только один трансмембранный домен вместо четырех. Они помогают регулировать функцию параклеточного пути в тесных контактах и также участвуют в поддержании полярности клеток. Ангулины были обнаружены в 2011 году путем визуального скрининга белков, которые локализуются в триклеточных тесных контактах. Существует три члена семейства ангулинов: ангулин 1/LSR, ангулин 2/ILDR1 и ангулин 3/ILDR2. Подобно JAM, ангулины являются однодоменными трансмембранными белками. Все ангулины имеют один иммуноглобулиноподобный домен в внеклеточной области и один PDZ-связывающий мотив на карбоксильном конце. Они отвечают за формирование триклеточных тесных контактов и регулируют функцию параклеточного барьера.
Tight junctions, also known as occluding junctions or zonulae occludentes (singular, zonula occludens), are multiprotein junctional complexes whose canonical function is to prevent leakage of solutes and water and seals between the epithelial cells. They also play a critical role maintaining the structure and permeability of endothelial cells. These proteins consist of both transmembrane and cytoplasmic proteins. The three major transmembrane proteins are occludin, claudins, and junction adhesion molecule (JAM) proteins. These associate with different peripheral membrane proteins such as ZO 1 located on the intracellular side of plasma membrane, which anchor the strands to the actin component of the cytoskeleton. In this way, tight junctions join together the cytoskeletons of adjacent cells. Investigation using freeze fracture methods in electron microscopy is ideal for revealing the lateral extent of tight junctions in cell membranes and has been useful in showing how tight junctions are formed. Occludin was the first integral membrane protein to be identified. It has a molecular weight of ~60kDa. It consists of four transmembrane domains and both the N terminus and the C terminus of the protein are intracellular. It forms two extracellular loops and one intracellular loop. These loops help regulate paracellular permeability. Occludin also plays a key role in cellular structure and barrier function. Claudins were discovered after occludin and are a family of over 27 different members in mammals. They have a molecular weight of ~20kDa. They have a structure similar to that of occludin in that they have four transmembrane domains and similar loop structure. They are understood to be the backbone of tight junctions and play a significant role in the tight junction's ability to seal the paracellular space. Junctional Adhesion Molecules (JAM) are part of the immunoglobulin superfamily. They have a molecular weight of ~40 to 48 kDa. Their structure differs from that of the other integral membrane proteins in that they only have one transmembrane domain instead of four. It helps to regulate the paracellular pathway function of tight junctions and is also involved in helping to maintain cell polarity. Angulins were discovered in 2011 by visual screening of proteins which localize at tricellular tight junctions. There are three members of angulins, Angulin 1/LSR, Angulin 2/ILDR1, and Angulin 3/ILDR2. Similar to JAMs, angulins are single transmembrane proteins. All angulins have one immunoglobulin like domain in the extracellular region and one PDZ binding motif at the carboxy terminus. They are responsible for establishment of tricellular tight junctions and regulate the paracellular barrier function.
Функции
Тесные контакты обеспечивают эндотелиальные и эпителиальные клетки барьерной функцией, которую можно разделить на защитные и функциональные барьеры, выполняющие такие задачи, как транспорт веществ и поддержание осмотического баланса. Тесные контакты предотвращают прохождение молекул и ионов через межклеточное пространство соседних клеток, поэтому вещества должны фактически проникать внутрь клеток (путем диффузии или активного транспорта), чтобы пройти сквозь ткань. Ограниченный внутриклеточный путь, обеспечиваемый системой барьеров тесных контактов, позволяет точно контролировать, какие вещества могут проникать через определенную ткань (например, гематоэнцефалический барьер). На данный момент остается неясным, является ли этот контроль активным или пассивным, и как формируются эти пути. В одном исследовании параклеточного транспорта через тесные контакты в проксимальных канальцах почки была предложена модель двойного пути, состоящая из крупных щелевидных разрывов, формирующихся из-за редких разрывов в комплексе тесных контактов, и многочисленных мелких круглых пор. Тесные контакты также способствуют поддержанию апокобазальной полярности клеток, предотвращая латеральную диффузию интегральных мембранных белков между апикальной и латеральной/базальной поверхностями, что позволяет сохранять специализированные функции каждой поверхности (например, рецептор-опосредованный эндоцитоз на апикальной поверхности и экзоцитоз на базалатеральной поверхности). Это обеспечивает поляризованный трансклеточный транспорт и специализированные функции апикальных и базалатеральных мембран.
Tight junctions provide endothelial and epithelial cells with barrier function, which can be further subdivided into protective barriers and functional barriers serving purposes such as material transport and maintenance of osmotic balance. Tight junctions prevent the passage of molecules and ions through the intercellular space of adjacent cells, so materials must actually enter the cells (by diffusion or active transport) in order to pass through the tissue. The constrained intracellular pathway exacted by the tight junction barrier system allows precise control over which substances can pass through a particular tissue (e. g. the blood–brain barrier). At the present time, it is still unclear whether the control is active or passive and how these pathways are formed. In one study for paracellular transport across the tight junction in kidney proximal tubule, a dual pathway model was proposed, consisting of large slit breaks formed by infrequent discontinuities in the tight junction complex and numerous small circular pores. Tight junctions also help maintain the apicobasal polarity of cells by preventing the lateral diffusion of integral membrane proteins between the apical and lateral/basal surfaces, allowing the specialized functions of each surface (for example receptor mediated endocytosis at the apical surface and exocytosis at the basolateral surface) to be preserved. This allows polarized transcellular transport and specialized functions of apical and basolateral membranes.