Atlas histologii roślin i zwierząt

Komórki przylegają do innych komórek i do macierzy zewnątrzkomórkowej za pomocą adhezyjnych białek transmembranowych. Wyróżnia się integryny, kadheryny, selektyny i immunoglobuliny. Czasami wiele białek adhezyjnych łączy się ze sobą i z innymi białkami, tworząc duże wielkocząsteczkowe kompleksy adhezyjne, ogólnie znane jako połączenia komórkowe. Te molekularne rusztowania są niezbędne do utrzymania integralności wielu tkanek, takich jak tkanki nabłonkowe, mięśniowe i nerwowe.

Złącza komórkowe są klasyfikowane według ich morfologii, rodzaju cząsteczek adhezyjnych, które zawierają, struktur, do których przylegają i ich interakcji z cytoszkieletem. Połączenia komórkowe po raz pierwszy zaobserwowano za pomocą mikroskopów elektronowych i nazwano je zgodnie z ich morfologią, ale to techniki biologii molekularnej odkryły ich złożoną organizację molekularną.

Ciasne połączenia

Ciasne połączenia (Rycina 1), znane również jako zonula occludens, występują w bardziej apikalnej części komórek nabłonka, w mięśniu sercowym, w edotheium ośrodkowego układu nerwowego i hepatocytach. Tworzą one tak silne i ścisłe kontakty między sąsiadującymi komórkami, że przestrzeń międzykomórkowa jest niemal zatkana.

W komórkach nabłonka połączenia ścisłe działają jak zamek błyskawiczny wokół obwodu komórki. Oprócz silnej adhezji, połączenia ścisłe pełnią także inne funkcje. Na przykład w nabłonku jelita, ścisłe połączenia nie pozwalają cząsteczkom dyfundującym przez przestrzeń międzykomórkową między enterocytami, i są zmuszone do przejścia przez enterocyt, znacznie bardziej selektywną ścieżkę. Ponadto, połączenia ścisłe utrzymują polarność komórek nabłonka, ponieważ tworzą fizyczną barierę, dzięki czemu zapobiegają dyfuzji bocznej cząsteczek błonowych, zarówno białek, jak i lipidów. Jest to fizyczna bariera dla bocznej dyfuzji w błonie plazmatycznej. W ten sposób powstaje apikalna domena błony plazmatycznej z określonym zestawem cząsteczek, różnym od domeny laterobazalnej. Jest to niezbędne do prawidłowego kierowania cząsteczek ze światła jelita w kierunku naczyń krwionośnych: wchodzenie do enterocytu przez domenę apikalną i wychodzenie przez domenę bazolateralną.

Jednostki ścisłe składają się z ponad 40 typów białek. Do białek transbłonowych należą klaudyny, rodzina białek znanych jako okludyny oraz białka JAM (Junctional Adhesion Molecules). Klaudyny są białkami transmembranowymi odpowiedzialnymi za tworzenie adhezji komórka-komórka, a pomiędzy punktami adhezji znajduje się bardzo wąska przestrzeń zewnątrzkomórkowa (około 1 nm), która umożliwia jonom przemieszczanie się pomiędzy komórkami. Istnieje dwadzieścia typów klaudyn, które tworzą przejścia o różnej wielkości. Komórki mogą zmieniać ekspresję typów klaudyn, regulując w ten sposób przepuszczalność przez przestrzeń międzykomórkową. Okludyny nie są tak naprawdę niezbędne do tworzenia połączeń ścisłych, ale zapewniają stabilność połączeń komórkowych i pomagają w tworzeniu lepszej bariery. Białka JAM tworzą połączenia międzykomórkowe, ale wydają się być ważniejsze w stabilizacji rusztowania wielkocząsteczkowego. Wewnątrzkomórkowa domena tych białek jest związana z innymi cząsteczkami znanymi jako ZO (zonula occludens), które z kolei są połączone z filamentami aktynowymi i innymi białkami cytozolowymi. W zależności od stanu adhezji komórki, te wewnątrzkomórkowe interakcje molekularne mogą uruchamiać szlaki sygnalizacyjne, które wpływają na fizjologię komórki. Interesuj±cym spostrzeżeniem jest to, że występowanie ¶cisłych poł±czeń w komórkach może wymagać obecno¶ci poł±czeń adherentnych.

Złącza adherentne

Złącza adherentne (zonula adherens) są to połączenia komórkowe pomiędzy komórkami nabłonka. Znajdują się one w apikalnej części komórki, tuż poniżej połączeń ścisłych. Podczas rozwoju, połączenia adherentne są pierwszymi połączeniami komórkowymi, które pojawiają się w nabłonku, przed połączeniami ścisłymi. Uważa się, że biorą one udział w procesach morfogenetycznych. Podobnie jak połączenia ścisłe, połączenia adherentne tworzą wokół komórki strukturę przypominającą pas. Domeny zewnątrzkomórkowe E-kadheryn i nektyn biorą udział w kontaktach komórka-komórka, podczas gdy ich domeny wewnątrzkomórkowe są połączone z kilkoma cząsteczkami, takimi jak β- y α-kateniny, katenina p120 i afadyna. Białka te są pośrednikami pomiędzy cząsteczkami adhezyjnymi a filamentami aktynowymi. Ponadto, β-katenina może przedostawać się do jądra i zmieniać ekspresję genów.

Złącza adhezyjne są sekwencyjnie montowane. Najpierw powstają połączenia pośredniczone przez nektyny, które tworzą raczej słabe adhezje, a następnie rekrutowane są kadheryny, które tworzą silniejsze i bardziej stabilne kontakty między komórkami. W niektórych typach komórek poł±czenia adherentne inicjuj± powstawanie poł±czeń ¶cisłych. Okludyny, wraz z ich rusztowaniem białkowym, są najpierw rekrutowane przez połączenia adherentne, a białka ZO mogą odgrywać istotną rolę w tym procesie.

Połączenia ścisłe, połączenia adherentne i desmosomy są potrzebne do zachowania integralności warstwy nabłonkowej. Ale tylko połączenia adherentne są potrzebne do skoordynowanych ruchów grup komórek nabłonkowych przez warstwę nabłonka, co jest stosunkowo częstym ruchem. Połączenia komórka-komórka wykonane przez połączenia adherentne budują połączoną sieć wiązek filamentów aktynowych z różnych komórek, które łączą populację komórek. Te połączone komórki zachowują się w sposób skoordynowany, na przykład w celu pokrycia zranionego obszaru.

Desmosomy

Desmosomy (macula adherens) tworzą punktowe połączenia komórka-komórka, jak nity (Rycina 2). Są one bardzo liczne w tkankach nabłonkowych i mięśniowych, ale można je również znaleźć praktycznie w każdej tkance, na przykład w tkance nerwowej. Białkami adhezyjnymi w desmosomach są kadheryny (desmogleina i desmokolina). Wewnątrzkomórkowe domeny kadheryn desmosomów są związane z filamentami pośrednimi poprzez białka pośredniczące.

4. Hemidesmosomy

Hemidesmosomy i adhezje ogniskowe tworzą kontakty adhezyjne między komórkami a macierzą zewnątrzkomórkową (rysunek 3). Oba zawierają integryny jako cząsteczki adhezyjne. Hemidesmosomy są połączeniami między komórkami epitelialnymi a blaszką podstawną (rodzaj macierzy zewnątrzkomórkowej). Wewnątrzkomórkowo, domeny cystolowe tych integryn są związane z filamentami pośrednimi. Chociaż hemidesmosomy wyglądają jak połowa desmosomu, składają się one z różnych cząsteczek. Połączenia ogniskowe mają mniejsze rozmiary i tworzą połączenia między komórkami a macierzą zewnątrzkomórkową za pomocą integryn, które są przyłączone wewnątrzkomórkowo do filamentów aktyny.

Wspólnie do grupy połączeń komórkowych zalicza się połączenia szczelinowe (gap junctions). Gap junctions to kanały molekularne zlokalizowane w błonie plazmatycznej, które umożliwiają bezpośrednią komunikację między cytoplazmą sąsiadujących ze sobą komórek. Każdy kanał, zwany koneksonem, zbudowany jest z 6 koneksyn i umożliwia dyfuzję małych cząsteczek pomiędzy obiema cytoplazmami. Dlatego też połączenia szczelinowe powinny być traktowane jako kompleksy molekularne służące do komunikacji komórkowej, a nie jako zaangażowane w adhezję komórkowo-komórkową.

Bibliografia

Campbell HK, Maiers JL, DeMali KA. (2017). Interplay between tight junctions and adherent junctions. Experimental cell research 358: 39-44.

Hahn B-S, Labouesse M. (2001). Tissue integrity: Hemidesmosomes and resistance to stress. Current biology 11:R858-R861.

Huber O. (2003). Structure and function of desmosomal proteins and their role in development and disease. Cell and molecular life science. 60:1872-1890.

Ladoux B, Mege RM. (2017). Mechanobiologia zbiorowych zachowań komórek. Nature reviews in molecular cell biology. 18:743-757.

Niessen CM. (2007). Tight junctions/adherent junctions: basic structure and function. Journal of investigative dermatology. 127:2525-2532.