Tight Junctions und Zellgrenzen

Tight Junctions sind die apikalsten der epithelialen Zellverbindungen, die eine gürtelartige Abdichtung bilden, welche die äußeren Blättchen benachbarter Plasmamembranen nahe der Oberseite der lateralen Zellgrenze verschmilzt. Sie definieren die Grenze zwischen der apikalen und basolateralen Zelloberfläche und regulieren, was zwischen den Zellen passieren kann, wodurch sie die strukturelle Grundlage selektiver epithelialer und endothelialer Barrieren bilden.

Definition

Eine Tight Junction (Zonula occludens) ist ein okkludierender Zellkontakt, bei dem integrale Membranproteine benachbarter Zellen ein kontinuierliches, anastomosierendes Netzwerk von Versiegelungssträngen bilden, das die Diffusion von gelösten Stoffen durch den parazellulären Raum begrenzt und die apikale von der basolateralen Membrandomäne trennt.

Scope

Dieses Thema behandelt die Struktur von Tight Junctions als Okklusionskontakte, ihre zwei Hauptfunktionen (die parazelluläre Barriere und die apikal-basolaterale Zaunfunktion), die wichtigsten Proteinfamilien, die sie aufbauen (Claudine, Occludin und Zonula occludens-Gerüstproteine), und ihre Rolle bei der Definition von Zellgrenzen in Epithelien und Endothelien. Es handelt sich um einen Referenz- und Bildungsbeitrag, nicht um eine klinische Leitlinie.

Key concepts

• Okklusionskontakt / Zonula occludens
• Parazelluläre Barriere
• Apikal-basolaterale Zaunfunktion
• Claudine
• Occludin
• Zonula occludens (ZO)-Gerüstproteine
• Selektive parazelluläre Permeabilität
• Blut-Hirn- und Blut-Gewebe-Schranken

Mechanisms

Tight Junctions werden aus Reihen von Transmembranproteinen – hauptsächlich Claudinen und Occludin – aufgebaut, deren extrazelluläre Schleifen benachbarter Zellen sich treffen, um kontinuierliche Versiegelungsstränge zu bilden; zytoplasmatische Zonula occludens (ZO)-Gerüstproteine verbinden diese Stränge mit dem Aktinzytoskelett. Die resultierende Abdichtung erfüllt zwei Funktionen: eine Barrierefunktion, die die Bewegung von Ionen und Molekülen durch den Raum zwischen den Zellen einschränkt, und eine Zaunfunktion, die verhindert, dass Membranproteine und Lipide zwischen den apikalen und basolateralen Domänen diffundieren, wodurch die Zellpolarität aufrechterhalten wird. Die Barriere ist nicht absolut, sondern selektiv permeabel, und die Claudin-Zusammensetzung bestimmt, welche Ionen passieren; der Verlust spezifischer Claudine, wie für Claudin-5 an der Blut-Hirn-Schranke gezeigt, lockert die Abdichtung auf eine größenabhängige Weise.

Clinical relevance

Tight Junctions bilden die Grundlage der Barriereeigenschaften von Epithelien und Endothelien, einschließlich der Darm- und Blut-Hirn-Schranke, daher sind ihre Struktur und Regulation zentral für das Verständnis, wie Gewebe ihre Umgebung kompartimentieren. Dieser Eintrag beschreibt den Mechanismus zu Referenzzwecken; er liefert keine diagnostischen oder therapeutischen Empfehlungen.

History

Tight Junctions wurden erstmals von Farquhar und Palade (1963) als das apikalste Element des epithelialen Junktionskomplexes beschrieben. Die molekulare Ära begann, als die integralen Proteine Occludin und dann die Claudin-Familie identifiziert wurden, wodurch die Junktion als eine definierte Proteinanordnung neu konzipiert wurde; Claudin-Knockout-Studien, wie die Claudin-5-Arbeit von Nitta und Kollegen (2003), verknüpften dann einzelne Proteine mit spezifischen Barriereeigenschaften.

Key figures

• Mikio Furuse
• Shoichiro Tsukita
• James Anderson
• Marilyn Farquhar
• George Palade

Seminal works

• farquhar-palade-1963
• anderson-vanitallie-2009
• furuse-2010

Frequently asked questions

Was bewirkt eine Tight Junction?

Sie dichtet den Raum zwischen benachbarten Epithel- oder Endothelzellen ab, um den parazellulären Durchtritt von Molekülen zu kontrollieren, und sie fungiert als Zaun, der apikale und basolaterale Membrankomponenten getrennt hält und so die Zellpolarität aufrechterhält.

Welche Proteine bilden Tight Junctions?

Die Versiegelungsstränge werden hauptsächlich aus Claudinen und Occludin aufgebaut, die im Zellinneren mit Zonula occludens (ZO)-Gerüstproteinen verbunden sind, welche die Junktion mit dem Aktinzytoskelett verbinden.