Щелевые контакты
Щелевы́е конта́кты (англ. gap junctions) — межклеточные контакты, обеспечивающие прямой перенос ионов и небольших молекул между соседними клетками. Щелевые контакты способны образовывать почти все клетки животных. Каналы щелевых контактов имеют цилиндрическую форму и состоят из двух половин — коннексонов, или полуканалов. Каждый коннексон состоит из шести белковых субъединиц — [англ.]. Проницаемость щелевых контактов регулируется путём открытия и закрытия ворот канала (гейтинг). Гейтинг, в свою очередь, контролируется изменением клеточного pH, концентрацией ионов кальция или непосредственным фосфорилированием коннексинов. Помимо коннексинов, известны и другие семейства белков щелевых контактов, поэтому можно предположить, что щелевые контакты неоднократно возникали в ходе эволюции животных.
Структура и белковый состав
Щелевые контакты могут содержать от нескольких десятков до многих тысяч каналов, проходящих сквозь плазматические мембраны смежных клеток. Каждый канал и состоит из двух половин, которые известны как коннексоны, или полуканалы. Эти половины стыкуются в узкой щели шириной 2—3 нм, разделяющей соседние клетки. Каждый коннексон состоит из 6 белковых субъединиц — коннексинов. Коннексон имеет цилиндрическую форму и представляет собой гидрофильный канал длиной 17 нм и диаметром 7 нм в наиболее широкой части и 3 нм в наиболее узкой. Субъединица коннексина содержит 4 [англ.]α-спирали, связанных внеклеточными петлями. По всей видимости, внеклеточные петли противоположных коннексинов связываются друг с другом посредством антипараллельных β-слоёв, образуя β-бочонок.
В геноме человека закодировано не менее 20 различных коннексинов, и во многих клетках экспрессируется более одного типа коннексинов. В связи с этим различают гомоолигомерные коннексоны, состоящие из одинаковых коннексинов, и гетероолигомерные коннексоны, которые содержат субъединицы разных типов. В одной бляшке щелевого контакта могут находиться коннексоны с разным составом коннексинов, причём в пределах бляшки коннексоны или располагаются гомогенно, или пространственно разобщены в соответствии с составом коннексинов. В коннексинах идентифицированы домены, необходимые для стыковки двух коннексонов, для узнавания других коннексинов, для образования олигомеров и сочетаемости коннексиновых субъединиц. В большинстве клеток коннексины быстро деградируют, и время их полужизни составляет около 15 часов.
Известны ещё два семейства белков щелевых контактов. [англ.] обнаружены только у беспозвоночных животных, однако они не являются гомологами коннексинов. Тем не менее, они формируют межклеточные контакты, которые по строению и по функциям похожи на щелевые контакты позвоночных. Другое семейство представлено паннексинами, которые имеются как у позвоночных, так и у беспозвоночных. По структуре они отличаются и от коннексинов, и от иннексинов. Паннексины обнаруживаются почти исключительно в нейронах и, вероятно, играют важную роль в их функционировании и развитии даже у животных с примитивной нервной системой. В геноме человека и мыши к настоящему времени идентифицированы 3 гена паннексинов. У иглокожих и некоторых других групп животных есть щелевые контакты, но нет генов ни одного из вышеназванных семейств. Это означает, что существуют ещё не открытые семейства белков щелевых контактов. Таким образом, можно заключить, что щелевые контакты появлялись в ходе эволюции животных не менее двух раз, поэтому они представляют собой продукт конвергентной эволюции.
Динамика
Сборка новых коннексонов из коннексинов происходит внутри секреторных везикул. Новые коннексоны добавляются на периферии бляшек щелевых контактов, а старые коннексоны удаляются из их центральной части.
Проницаемость щелевых контактов может регулироваться открытием и закрытием каналов (этот процесс известен как гейтинг, или воротный механизм). Гейтинг каналов находится под влиянием таких факторов, как клеточный pH, мембранный потенциал, концентрация ионов кальция и фосфорилирование коннексинов. Показано, что при увеличении концентрации ионов кальция от 10-7 М до 10-5 М проницаемость каналов уменьшается, и при концентрациях выше 10-5 М каналы полностью закрываются. Вероятно, закрытие каналов щелевых контактов в ответ на возрастание концентрации ионов Ca2+ служит механизмом защиты от апоптоза, так как при апоптозе внутриклеточная концентрация ионов кальция резко увеличивается, и, если щелевые контакты не будут закрыты, апоптоз произойдёт и в соседних клетках. На динамику щелевых контактов влияют некоторые соединения. Например, олеамид (амид жирной кислоты, который образуется в головном мозге) блокирует щелевые контакты и вызывает сон. Органические спирты ([англ.] и октанол) и общие анестетики (галотан) также могут вызывать обратимое закрытие щелевых контактов, однако их действие не ограничивается щелевыми контактами. Коннексины могут фосфорилироваться несколькими протеинкиназами. Например, в течение нескольких секунд цАМФ активирует протеинкиназу A, которая фосфорилирует C-концевые участки коннексинов, снижая или увеличивая долю открытых каналов в зависимости от изоформы коннексина и типа клетки. В долговременной перспективе (несколько часов) цАМФ также способствует сборке щелевых контактов.
Функции
Щелевые контакты служат для перемещения ионов и малых молекул между соседними клетками. Через щелевой контакт могут проходить молекулы массой до 1,2 кДа, а молекулы с массой 2 кДа задерживаются. Клетки могут обмениваться такими молекулами, как сахара, нуклеотиды, вторичные посредники (цАМФ или цГМФ), небольшие пептиды и РНК. Щелевые контакты особенно важны, когда большому количеству клеток необходимо выдать быстрый, хорошо скоординированный ответ. Так, щелевые контакты составляют основу очень быстрых электрических синапсов, которые можно найти, например, в нейронах головного мозга и в клетках миокарда (кардиомиоцитах).
Щелевые контакты встречаются практически во всех тканях. Одним из исключений является поперечно-полосатая мускулатура, где клеткам не требуется электрическая связь, поскольку клетки слиты в симпласт (однако щелевые контакты встречаются в сосудах, питающих мышцы). Также щелевые контакты не обнаруживаются у эритроцитов и зрелых сперматозоидов. Как правило, большая часть каналов в щелевых контактах закрыта: так, доля открытых каналов в кардиомиоцитов составляет около 0,2, а в нейронах — 0,01.
Клиническое значение
Точечные мутации в генах, кодирующих коннексины, у человека приводят к очень специфическим дефектам, из чего можно заключить, что большая часть коннексинов экспрессируется лишь в нескольких тканях. Рецессивные мутации в гене [англ.] являются наиболее частой причиной наследственной глухоты. Коннексин-26 участвует в транспорте ионов калия в клетках эпителия, поддерживающего чувствительные волосковые клетки в ухе. Люди с мутациями в гене, кодирующем [англ.], могут страдать от разрушения миелиновой оболочки аксонов (X-связанный вариант болезни Шарко — Мари — Тута). Возможно, стабильность миелина может зависеть от щелевых контактов между клетками разных слоёв миелиновой оболочки, и нарушения в функционировании контактов приводят к её разрушению.
История изучения
Первые свидетельства о существовании щелевых контактов появились в 1960-х годах, когда было показано, что электрический импульс передаётся между смежными клетками непосредственно, а не через разделяющую их жидкость. Кроме того, было продемонстрировано, что при введении в культуральную среду флуоресцентных молекул они проходят между соседними клетками гораздо быстрее, чем если бы они проходили насквозь через клеточные мембраны. На основании этих экспериментальных данных было высказано предположение, что клетки обмениваются ионами и малыми молекулами через каналы, которые пронизывают плазматическую мембрану и непосредственно соединяют соседние клетки. Позднее с помощью электронной микроскопии удалось получить изображения щелевых контактов, что окончательно подтвердило их существование.
Примечания
- Кассимерис, Лингаппа, Плоппер, 2016, с. 901.
- Кассимерис, Лингаппа, Плоппер, 2016, с. 901—902.
- Кассимерис, Лингаппа, Плоппер, 2016, с. 903.
- Baranova A., Ivanov D., Petrash N., Pestova A., Skoblov M., Kelmanson I., Shagin D., Nazarenko S., Geraymovych E., Litvin O., Tiunova A., Born T. L., Usman N., Staroverov D., Lukyanov S., Panchin Y. The mammalian pannexin family is homologous to the invertebrate innexin gap junction proteins. (англ.) // Genomics. — 2004. — Vol. 83, no. 4. — P. 706—716. — doi:10.1016/j.ygeno.2003.09.025. — PMID 15028292.
- Клетки в сетке или о важности контактов. Журнал «Наука и жизнь». Дата обращения: 18 сентября 2009. Архивировано 1 ноября 2008 года.
- Pollard et al., 2017, p. 549.
- Pollard et al., 2017, p. 550.
- Кассимерис, Лингаппа, Плоппер, 2016, с. 902—903.
- Rackauskas M., Neverauskas V., Skeberdis V. A. Diversity and properties of connexin gap junction channels. (англ.) // Medicina (Kaunas, Lithuania). — 2010. — Vol. 46, no. 1. — P. 1—12. — PMID 20234156.
Литература
- Кассимерис Л., Лингаппа В. Р., Плоппер Д. . Клетки по Льюину. — М.: Лаборатория знаний, 2016. — 1056 с. — ISBN 978-5-906828-23-1.
- Thomas D. Pollard, William C. Earnshaw, Jennifer Lippincott-Shwartz, Graham T. Jonson. Cell biology. — Elsevier, 2017. — ISBN 978-0-323-34126-4.
Эта статья входит в число добротных статей русскоязычного раздела Википедии. |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Щелевые контакты, Что такое Щелевые контакты? Что означает Щелевые контакты?
Shelevy e konta kty angl gap junctions mezhkletochnye kontakty obespechivayushie pryamoj perenos ionov i nebolshih molekul mezhdu sosednimi kletkami Shelevye kontakty sposobny obrazovyvat pochti vse kletki zhivotnyh Kanaly shelevyh kontaktov imeyut cilindricheskuyu formu i sostoyat iz dvuh polovin konneksonov ili polukanalov Kazhdyj konnekson sostoit iz shesti belkovyh subedinic angl Pronicaemost shelevyh kontaktov reguliruetsya putyom otkrytiya i zakrytiya vorot kanala gejting Gejting v svoyu ochered kontroliruetsya izmeneniem kletochnogo pH koncentraciej ionov kalciya ili neposredstvennym fosforilirovaniem konneksinov Pomimo konneksinov izvestny i drugie semejstva belkov shelevyh kontaktov poetomu mozhno predpolozhit chto shelevye kontakty neodnokratno voznikali v hode evolyucii zhivotnyh Shelevoj kontaktStruktura i belkovyj sostavShelevye kontakty mogut soderzhat ot neskolkih desyatkov do mnogih tysyach kanalov prohodyashih skvoz plazmaticheskie membrany smezhnyh kletok Kazhdyj kanal i sostoit iz dvuh polovin kotorye izvestny kak konneksony ili polukanaly Eti poloviny stykuyutsya v uzkoj sheli shirinoj 2 3 nm razdelyayushej sosednie kletki Kazhdyj konnekson sostoit iz 6 belkovyh subedinic konneksinov Konnekson imeet cilindricheskuyu formu i predstavlyaet soboj gidrofilnyj kanal dlinoj 17 nm i diametrom 7 nm v naibolee shirokoj chasti i 3 nm v naibolee uzkoj Subedinica konneksina soderzhit 4 angl a spirali svyazannyh vnekletochnymi petlyami Po vsej vidimosti vnekletochnye petli protivopolozhnyh konneksinov svyazyvayutsya drug s drugom posredstvom antiparallelnyh b sloyov obrazuya b bochonok V genome cheloveka zakodirovano ne menee 20 razlichnyh konneksinov i vo mnogih kletkah ekspressiruetsya bolee odnogo tipa konneksinov V svyazi s etim razlichayut gomooligomernye konneksony sostoyashie iz odinakovyh konneksinov i geterooligomernye konneksony kotorye soderzhat subedinicy raznyh tipov V odnoj blyashke shelevogo kontakta mogut nahoditsya konneksony s raznym sostavom konneksinov prichyom v predelah blyashki konneksony ili raspolagayutsya gomogenno ili prostranstvenno razobsheny v sootvetstvii s sostavom konneksinov V konneksinah identificirovany domeny neobhodimye dlya stykovki dvuh konneksonov dlya uznavaniya drugih konneksinov dlya obrazovaniya oligomerov i sochetaemosti konneksinovyh subedinic V bolshinstve kletok konneksiny bystro degradiruyut i vremya ih poluzhizni sostavlyaet okolo 15 chasov Izvestny eshyo dva semejstva belkov shelevyh kontaktov angl obnaruzheny tolko u bespozvonochnyh zhivotnyh odnako oni ne yavlyayutsya gomologami konneksinov Tem ne menee oni formiruyut mezhkletochnye kontakty kotorye po stroeniyu i po funkciyam pohozhi na shelevye kontakty pozvonochnyh Drugoe semejstvo predstavleno panneksinami kotorye imeyutsya kak u pozvonochnyh tak i u bespozvonochnyh Po strukture oni otlichayutsya i ot konneksinov i ot inneksinov Panneksiny obnaruzhivayutsya pochti isklyuchitelno v nejronah i veroyatno igrayut vazhnuyu rol v ih funkcionirovanii i razvitii dazhe u zhivotnyh s primitivnoj nervnoj sistemoj V genome cheloveka i myshi k nastoyashemu vremeni identificirovany 3 gena panneksinov U iglokozhih i nekotoryh drugih grupp zhivotnyh est shelevye kontakty no net genov ni odnogo iz vyshenazvannyh semejstv Eto oznachaet chto sushestvuyut eshyo ne otkrytye semejstva belkov shelevyh kontaktov Takim obrazom mozhno zaklyuchit chto shelevye kontakty poyavlyalis v hode evolyucii zhivotnyh ne menee dvuh raz poetomu oni predstavlyayut soboj produkt konvergentnoj evolyucii DinamikaIzmeneniya v kanale pod dejstviem oleamida sleva do obrabotki oleamidom sprava posle Sborka novyh konneksonov iz konneksinov proishodit vnutri sekretornyh vezikul Novye konneksony dobavlyayutsya na periferii blyashek shelevyh kontaktov a starye konneksony udalyayutsya iz ih centralnoj chasti Pronicaemost shelevyh kontaktov mozhet regulirovatsya otkrytiem i zakrytiem kanalov etot process izvesten kak gejting ili vorotnyj mehanizm Gejting kanalov nahoditsya pod vliyaniem takih faktorov kak kletochnyj pH membrannyj potencial koncentraciya ionov kalciya i fosforilirovanie konneksinov Pokazano chto pri uvelichenii koncentracii ionov kalciya ot 10 7 M do 10 5 M pronicaemost kanalov umenshaetsya i pri koncentraciyah vyshe 10 5 M kanaly polnostyu zakryvayutsya Veroyatno zakrytie kanalov shelevyh kontaktov v otvet na vozrastanie koncentracii ionov Ca2 sluzhit mehanizmom zashity ot apoptoza tak kak pri apoptoze vnutrikletochnaya koncentraciya ionov kalciya rezko uvelichivaetsya i esli shelevye kontakty ne budut zakryty apoptoz proizojdyot i v sosednih kletkah Na dinamiku shelevyh kontaktov vliyayut nekotorye soedineniya Naprimer oleamid amid zhirnoj kisloty kotoryj obrazuetsya v golovnom mozge blokiruet shelevye kontakty i vyzyvaet son Organicheskie spirty angl i oktanol i obshie anestetiki galotan takzhe mogut vyzyvat obratimoe zakrytie shelevyh kontaktov odnako ih dejstvie ne ogranichivaetsya shelevymi kontaktami Konneksiny mogut fosforilirovatsya neskolkimi proteinkinazami Naprimer v techenie neskolkih sekund cAMF aktiviruet proteinkinazu A kotoraya fosforiliruet C koncevye uchastki konneksinov snizhaya ili uvelichivaya dolyu otkrytyh kanalov v zavisimosti ot izoformy konneksina i tipa kletki V dolgovremennoj perspektive neskolko chasov cAMF takzhe sposobstvuet sborke shelevyh kontaktov FunkciiShelevye kontakty sluzhat dlya peremesheniya ionov i malyh molekul mezhdu sosednimi kletkami Cherez shelevoj kontakt mogut prohodit molekuly massoj do 1 2 kDa a molekuly s massoj 2 kDa zaderzhivayutsya Kletki mogut obmenivatsya takimi molekulami kak sahara nukleotidy vtorichnye posredniki cAMF ili cGMF nebolshie peptidy i RNK Shelevye kontakty osobenno vazhny kogda bolshomu kolichestvu kletok neobhodimo vydat bystryj horosho skoordinirovannyj otvet Tak shelevye kontakty sostavlyayut osnovu ochen bystryh elektricheskih sinapsov kotorye mozhno najti naprimer v nejronah golovnogo mozga i v kletkah miokarda kardiomiocitah Shelevye kontakty vstrechayutsya prakticheski vo vseh tkanyah Odnim iz isklyuchenij yavlyaetsya poperechno polosataya muskulatura gde kletkam ne trebuetsya elektricheskaya svyaz poskolku kletki slity v simplast odnako shelevye kontakty vstrechayutsya v sosudah pitayushih myshcy Takzhe shelevye kontakty ne obnaruzhivayutsya u eritrocitov i zrelyh spermatozoidov Kak pravilo bolshaya chast kanalov v shelevyh kontaktah zakryta tak dolya otkrytyh kanalov v kardiomiocitov sostavlyaet okolo 0 2 a v nejronah 0 01 Klinicheskoe znachenieTochechnye mutacii v genah kodiruyushih konneksiny u cheloveka privodyat k ochen specificheskim defektam iz chego mozhno zaklyuchit chto bolshaya chast konneksinov ekspressiruetsya lish v neskolkih tkanyah Recessivnye mutacii v gene angl yavlyayutsya naibolee chastoj prichinoj nasledstvennoj gluhoty Konneksin 26 uchastvuet v transporte ionov kaliya v kletkah epiteliya podderzhivayushego chuvstvitelnye voloskovye kletki v uhe Lyudi s mutaciyami v gene kodiruyushem angl mogut stradat ot razrusheniya mielinovoj obolochki aksonov X svyazannyj variant bolezni Sharko Mari Tuta Vozmozhno stabilnost mielina mozhet zaviset ot shelevyh kontaktov mezhdu kletkami raznyh sloyov mielinovoj obolochki i narusheniya v funkcionirovanii kontaktov privodyat k eyo razrusheniyu Istoriya izucheniyaPervye svidetelstva o sushestvovanii shelevyh kontaktov poyavilis v 1960 h godah kogda bylo pokazano chto elektricheskij impuls peredayotsya mezhdu smezhnymi kletkami neposredstvenno a ne cherez razdelyayushuyu ih zhidkost Krome togo bylo prodemonstrirovano chto pri vvedenii v kulturalnuyu sredu fluorescentnyh molekul oni prohodyat mezhdu sosednimi kletkami gorazdo bystree chem esli by oni prohodili naskvoz cherez kletochnye membrany Na osnovanii etih eksperimentalnyh dannyh bylo vyskazano predpolozhenie chto kletki obmenivayutsya ionami i malymi molekulami cherez kanaly kotorye pronizyvayut plazmaticheskuyu membranu i neposredstvenno soedinyayut sosednie kletki Pozdnee s pomoshyu elektronnoj mikroskopii udalos poluchit izobrazheniya shelevyh kontaktov chto okonchatelno podtverdilo ih sushestvovanie PrimechaniyaKassimeris Lingappa Plopper 2016 s 901 Kassimeris Lingappa Plopper 2016 s 901 902 Kassimeris Lingappa Plopper 2016 s 903 Baranova A Ivanov D Petrash N Pestova A Skoblov M Kelmanson I Shagin D Nazarenko S Geraymovych E Litvin O Tiunova A Born T L Usman N Staroverov D Lukyanov S Panchin Y The mammalian pannexin family is homologous to the invertebrate innexin gap junction proteins angl Genomics 2004 Vol 83 no 4 P 706 716 doi 10 1016 j ygeno 2003 09 025 PMID 15028292 ispravit Kletki v setke ili o vazhnosti kontaktov Zhurnal Nauka i zhizn neopr Data obrasheniya 18 sentyabrya 2009 Arhivirovano 1 noyabrya 2008 goda Pollard et al 2017 p 549 Pollard et al 2017 p 550 Kassimeris Lingappa Plopper 2016 s 902 903 Rackauskas M Neverauskas V Skeberdis V A Diversity and properties of connexin gap junction channels angl Medicina Kaunas Lithuania 2010 Vol 46 no 1 P 1 12 PMID 20234156 ispravit LiteraturaKassimeris L Lingappa V R Plopper D Kletki po Lyuinu M Laboratoriya znanij 2016 1056 s ISBN 978 5 906828 23 1 Thomas D Pollard William C Earnshaw Jennifer Lippincott Shwartz Graham T Jonson Cell biology Elsevier 2017 ISBN 978 0 323 34126 4 Eta statya vhodit v chislo dobrotnyh statej russkoyazychnogo razdela Vikipedii
