Пло́тные конта́кты ( англ. tight junctions ) — запирающие межклеточные контакты , присущие клеткам позвоночных животных , в составе которых мембраны соседних клеток максимально сближены и «сшиты» специализированными белками клаудинами и окклюдинами . Распространены в эпителиальных тканях , где составляют наиболее апикальную часть ( лат. zonula occludens ) комплекса контактов между клетками, в который входят адгезионные контакты и десмосомы . Плотные контакты построены из нескольких лент, опоясывающих клетку, которые, пересекаясь между собой, образуют сетевидную связь. С цитоплазматической стороны ассоциированы с актиновыми филаментами .

Эпителиальные ткани выполняют барьерную и транспортную функции, для этого они должны быть способны пропускать одни вещества и задерживать другие. Такую выборочную проницаемость успешно обеспечивают клеточные мембраны , однако между клетками остаются промежутки, через которые может проходить так называемый . Роль плотных контактов заключается в том, чтобы ограничивать и регулировать параклеточную диффузию : они предотвращают протекание тканевой жидкости через эпителий, но при необходимости могут быть проницаемыми для ионов , небольших гидрофильных молекул и даже макромолекул . Также плотные контакты выполняют так называемую функцию «ограждения», они предотвращают диффузию компонентов мембраны в её внешнем слое, благодаря чему поддерживается разница в составе апикальной и базолатеральной мембран. Плотные контакты задействованы в сигнальных путях , регулирующих пролиферацию , и дифференциацию эпителиальных клеток .

Аналогом плотных контактов у беспозвоночных являются септированные контакты .

Строение и молекулярный состав

Плотные контакты состоят из тонких лент, пересекающихся между собой, которые полностью опоясывают клетку и контактируют с аналогичными лентами на соседних клетках. На электронных микрофотографиях заметно, что в участках плотных контактов мембраны соприкасаются одна с другой или даже сливаются. Комбинация метода замораживания-скалывания с электронной микроскопией с высоким разрешением позволила установить, что плёнки плотных контактов построены из белковых частиц диаметром 3—4 нм , которые выступают с обеих поверхностей мембраны. Также в пользу того, что в образовании плотных контактов ключевую роль играют белки, свидетельствует разделение клеток под действием протеолитического фермента трипсина .

Всего в состав плотных контактов входит около 40 различных белков, как мембранных , так и цитоплазматических. Последние необходимы для прикрепления актиновых филаментов, регуляции и передачи сигнала .

Мембранные белки

Мембранные белки плотных контактов можно разделить на две группы: те, которые пересекают мембрану 4 раза, и те, которые пересекают её только раз. Первая группа очень обширная, в неё входят белки клаудины , окклюдины и трицеллюлин. Они имеют общие черты строения, в частности, в них имеются четыре α-спиральных , N - и С-концы обращены к цитозолю , а домены , выступающие в межклеточное пространство, участвуют в гомо- или гетерофильных взаимодействиях с подобными белками на соседней клетке .

Основными белками плотных контактов являются клаудины. Их роль была продемонстрирована на примере мышей с нокаутом гена клаудина-1, — в эпидермисе таких животных не формируются плотные контакты и они погибают в течение дня после рождения из-за обезвоживания вследствие интенсивного испарения . Клаудины также участвуют в формировании селективных каналов для транспорта ионов. В геноме человека есть гены по крайней мере 24 различных клаудинов, экспрессия которых происходит тканеспецифично .

Второе место по распространенности в плотных контактах занимают белки окклюдины (от лат. occludo — закрывать), они регулируют транспорт маленьких гидрофильных молекул и прохождение нейтрофилов через эпителий . Наибольшие концентрации третьего белка — трицеллюлина — наблюдаются в местах контакта трех клеток .

К белкам плотных контактов, пересекающим мембрану один раз, относятся JAM-A, -B, -C и -D ( англ. junctional adhesion molecules ) и родственные им ( англ. coxsackievirus and adenovirus receptor ), CLMP ( англ. CAR-like membrane protein ) и ( англ. endothelial-cell selective adhesion molecule ), имеющие по два , а также белки ( англ. Crumbs homologue 3 ) и .

Цитоплазматические белки

Цитоплазматическая часть плотных контактов необходима для их присоединения к актиновым филаментам, регуляции сцепления клеток и параклеточного транспорта, а также для передачи сигналов от поверхности внутрь клетки. В её состав входят , каркасные и цитоскелетные белки, а также элементы сигнальных путей ( киназы , фосфатазы ). Наиболее изучен белок цитоплазматической пластинки , он имеет несколько доменов, участвующих в белок-белковых взаимодействиях , каждый из которых обеспечивает контакт с другими компонентами. Так, три взаимодействуют с клаудинами и другими адаптерными белками — ZO-2 и ZO-3, GUK-домен ( англ. guanylate kinase homology ) — с окклюдинами, а — с сигнальными белками .

С цитоплазматической стороной плотных контактов также ассоциированы комплексы белков /PAR6 и Pals1/PATJ, необходимые для установления полярности клеток и морфогенеза эпителия .

Функции

Первые исследования функций плотных контактов привели к представлению, что это статические непроницаемые структуры, необходимые для того, чтобы ограничить диффузию веществ между клетками. Впоследствии было выяснено, что они избирательно проницаемы, к тому же, их пропускная способность отличается в различных тканях и может регулироваться . Также установлена ещё одна функция плотных контактов: роль в поддержании полярности клеток путём ограничения диффузии липидов и белков во внешнем слое плазматической мембраны. В первом десятилетии XXI века также накоплены данные, свидетельствующие об участии этих структур в сигнальных путях, в частности, регулирующих пролиферацию и полярность клеток .

Регулирование парацеллюлярного транспорта

Непроницаемость плотных контактов для большинства водорастворимых соединений может быть продемонстрирована в опыте по введению гидроксида лантана (электронно-плотный коллоидный раствор ) в кровеносные сосуды поджелудочной железы . Через несколько минут после инъекции ацинарные клетки фиксируются, и из них готовятся препараты для микроскопии. В таком случае можно наблюдать, что гидроксид лантана диффундирует из крови в пространство между латеральными поверхностями клеток, но не может проникнуть через плотные контакты в их верхней части . Другие опыты показали, что плотные контакты также непроницаемы для солей. Например, при выращивании культуры клеток почек собаки ( англ. Madin-Darby canine kidney ) в среде с очень низкой концентрацией кальция клетки формируют монослой , однако не связаны друг с другом плотными контактами. Через такой монослой могут свободно двигаться соли и жидкости. Если культуре добавить кальция, то за час формируются плотные контакты, и слой становится непроницаемым для жидкостей .

Однако не во всех тканях плотные контакты полностью непроницаемы, существуют так называемые неплотные эпителии ( англ. leaky epithelia ). Например, эпителий тонкого кишечника пропускает в 1000 раз больше ионов Na ⁺ , чем эпителий канальцев почек. Ионы проникают через параклеточные поры диаметром 4 Å , селективные по заряду и размеру частиц, которые формируются белками клаудинами . Поскольку эпителии различных органов эксрессируют разные наборы клаудинов, то отличается и их проницаемость для ионов. Например, специфический клаудин, присутствуюий только в почках, позволяет проходить ионам магния в процессе реабсорбции .

Межклеточное пространство эпителия может быть проницаемым и для больших частиц, например, при повторении упомянутого опыта с гидроксидом лантана на ткани эпителия тонкого кишечника кролика можно наблюдать прохождение коллоидных частиц между клетками. Крупные молекулы транспортируются через специальные пути утечки ( англ. leak pathway ) диаметром более 60 Å . Это важно, например, для процессов всасывания аминокислот и моносахаридов , концентрация которых в тонком кишечнике возрастает после еды достаточно для их пассивного транспорта .

Поддержание различия между апикальной и базолатеральной мембранами

Если в среду, контактирующую с апикальной частью монослоя MDCK-клеток, добавить липосомы , содержащие флуоресцентно меченные гликопротеины , некоторые из них спонтанно сливаются с клеточными мембранами. После этого флуоресценцию можно обнаружить в апикальной, но не в базолатеральной части клеток при условии целостности плотных контактов. Если же их разрушить, удалив из среды кальций, флуоресцентные белки диффундируют и равномерно распределяются по всей поверхности клетки .

Цитозольный слой мембраны имеет одинаковый липидный состав, как в апикальном, так и в базолатеральном участках, эти липиды могут свободно диффундировать. С другой стороны, липиды внеклеточного слоя двух частей клетки существенно различаются, и обмену между ними препятствуют плотные контакты. Например, все гликолипиды , как и белки, заякоренные гликозилфосфатидилинозитолом , в мембранах MDCK клеток расположены исключительно в внеклеточном слое апикальной части, а фосфатидилхолин — почти исключительно в базолатеральной части .

Болезни, связанные с плотными контактами

С нарушением формирования плотных контактов связаны некоторые наследственные заболевания человека, например, мутации в генах клаудина-16 и клаудина-19, которые приводят к вследствие чрезмерной потери магния с мочой. Мутации в генах клаудина-13 и трицеллюлина вызывают наследственную глухоту . Дисрегуляция некоторых белков плотных контактов связана с онкологическими заболеваниями , например, экспрессия ZO-1 и ZO-2 снижается во многих типах рака. Компоненты плотных контактов также могут быть мишенями для онкогенных вирусов .

Некоторые вирусы используют мембранные белки плотных контактов для проникновения в клетку, в частности, клаудин-1 является корецептором для вируса гепатита C . Другие вирусы присоединяются к белкам плотных контактов, чтобы разрушить барьер, отделяющий их от настоящих рецепторов на базолатеральной слое эпителиальных клеток или неэпителиальных клетках .

Плотные контакты могут быть мишенью и для бактериальных патогенов , например, Clostridium perfringens — возбудитель газовой гангрены — выделяет , действующий на внеклеточные домены клаудинов и окклюдинов, и вызывает протечки эпителия. Helicobacter pylori — возбудитель гастрита — вводит в клетки белок CagA, взаимодействующий с комплексом ZO-1-JAM-A; считается, что это помогает бактерии преодолеть защитный барьер желудочного эпителия .

Примечания

Литература

• Строение и молекулярный состав :
  • Furuse M. (англ.) // Cold Spring Harbor Perspectives In Biology. — 2010. — January ( vol. 2 , no. 1 ). — P. 002907—002907 . — doi : . — . [ ]
  • Krause G. , Winkler L. , Mueller S. L. , Haseloff R. F. , Piontek J. , Blasig I. E. (англ.) // Biochimica Et Biophysica Acta. — 2008. — March ( vol. 1778 , no. 3 ). — P. 631—645 . — doi : . — . [ ]
• Физиология :
  • Shen L. , Weber C. R. , Raleigh D. R. , Yu D. , Turner J. R. (англ.) // Annual Review Of Physiology. — 2011. — Vol. 73 . — P. 283—309 . — doi : . — . [ ]
  • Anderson J. M. , Van Itallie C. M. (англ.) // Cold Spring Harbor Perspectives In Biology. — 2009. — August ( vol. 1 , no. 2 ). — P. 002584—002584 . — doi : . — . [ ]
  • Van Itallie C. M. , Anderson J. M. (англ.) // Annual Review Of Physiology. — 2006. — Vol. 68 . — P. 403—429 . — doi : . — . [ ]
• Регуляция :
  • González-Mariscal L. , Tapia R. , Chamorro D. (англ.) // Biochimica Et Biophysica Acta. — 2008. — March ( vol. 1778 , no. 3 ). — P. 729—756 . — doi : . — . [ ]
  • Tsukita S. , Yamazaki Y. , Katsuno T. , Tamura A. , Tsukita S. (англ.) // Oncogene. — 2008. — 24 November ( vol. 27 , no. 55 ). — P. 6930—6938 . — doi : . — . [ ]
• Патофизиология :
  • Förster C. (англ.) // Histochemistry And Cell Biology. — 2008. — July ( vol. 130 , no. 1 ). — P. 55—70 . — doi : . — . [ ]
  • Turner J. R. (англ.) // The American Journal Of Pathology. — 2006. — December ( vol. 169 , no. 6 ). — P. 1901—1909 . — doi : . — . [ ]