اتصالات شکاف‌دار و ارتباط سلولی

اتصالات شکاف‌دار (Gap junctions) اتصالات ارتباطی هستند که سیتوپلاسم سلول‌های مجاور را از طریق خوشه‌هایی از کانال‌ها به هم متصل می‌کنند و به یون‌ها و مولکول‌های کوچک اجازه می‌دهند مستقیماً از یک سلول به سلول دیگر عبور کنند. آنها مسیری برای جفت‌شدگی الکتریکی و متابولیکی فراهم می‌کنند و فعالیت سلول‌ها را در بافت‌هایی مانند عضله قلب، عضله صاف و بسیاری از اپیتلیوم‌ها هماهنگ می‌سازند.

Definition

اتصال شکاف‌دار (gap junction) یک اتصال سلولی ارتباطی است که از همی‌کانال‌های جفت‌شده (کانکسون‌ها) در غشاهای سلول‌های مجاور تشکیل شده است. هر کانکسون از پروتئین‌های کانکسین (connexin) مونتاژ می‌شود و این کانال‌ها با هم یک کانال آبی ایجاد می‌کنند که امکان تبادل مستقیم سیتوپلاسمی یون‌ها و مولکول‌های کوچک با وزن تقریبی کمتر از یک کیلودالتون را فراهم می‌آورد.

Scope

این موضوع ساختار اتصالات شکاف‌دار را به عنوان کانال‌هایی که از کانال‌های کانکسین (connexins) ساخته شده‌اند، انواع مولکول‌هایی که اجازه عبور می‌دهند، نقش آنها در ارتباطات بین‌سلولی الکتریکی و متابولیکی، و تنظیم باز و بسته شدن کانال را پوشش می‌دهد. این مطلب به عنوان یک مرجع و مدخل آموزشی در نظر گرفته شده است، نه به عنوان راهنمای بالینی.

Key concepts

• اتصال ارتباطی
• پروتئین‌های کانکسین
• کانکسون (همی‌کانال)
• جفت‌شدگی مستقیم سیتوپلاسمی
• جفت‌شدگی الکتریکی
• جفت‌شدگی متابولیکی
• باز و بسته شدن و تنظیم کانال
• امواج کلسیم بین‌سلولی

Mechanisms

هر کانال اتصال شکاف‌دار از اتصال دو کانکسون (connexon) تشکیل می‌شود که هر یک توسط یک سلول فراهم شده است. هر کانکسون حلقه‌ای از شش زیرواحد کانکسین است که یک منفذ مرکزی را احاطه کرده‌اند. در جایی که بسیاری از این کانال‌ها خوشه‌ای را تشکیل می‌دهند، یک پلاک ایجاد می‌کنند که شکاف باریک بین غشاهای مجاور را پر می‌کند. این منفذ به یون‌ها و مولکول‌های کوچک محلول در آب تا حدود یک کیلودالتون — از جمله یون‌هایی که جریان الکتریکی را حمل می‌کنند و پیام‌رسان‌های ثانویه مانند کلسیم و اینوزیتول تری‌فسفات — اجازه عبور می‌دهد، بنابراین سلول‌های جفت‌شده هم سیگنال‌های الکتریکی و هم متابولیت‌ها را به اشتراک می‌گذارند. نفوذپذیری کانال ثابت نیست: باز و بسته شدن توسط عواملی مانند غلظت کلسیم درون‌سلولی، pH و فسفوریلاسیون کانکسین تنظیم می‌شود و به سلول‌ها اجازه می‌دهد ارتباط را باز یا بسته کنند. این جفت‌شدگی از رفتار هماهنگ، از جمله انتشار امواج کلسیم بین‌سلولی در سراسر بافت‌ها، پشتیبانی می‌کند.

Clinical relevance

جفت‌شدگی اتصالات شکاف‌دار زیربنای عملکردهای هماهنگ مانند انتشار تحریک الکتریکی در قلب و هماهنگی سلول‌های ترشحی و انقباضی است، بنابراین زیست‌شناسی کانکسین به طور گسترده در فیزیولوژی و پاتولوژی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. این مدخل مکانیسم را برای مرجع و آموزش توصیف می‌کند و مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.

History

اتصال ارتباطی در میان عناصری که توسط فارکوهار و پالاد (Farquhar and Palade) در سال ۱۹۶۳ متمایز شدند، شناسایی شد و بعدها با مطالعات شکستگی انجمادی (freeze-fracture) و فیزیولوژیکی به عنوان محلی برای جفت‌شدگی مستقیم سلول به سلول مشخص گردید. شناسایی خانواده ژنی کانکسین (connexin) ترکیب مولکولی کانال‌ها را مشخص کرد و امکان تجزیه و تحلیل دقیق باز و بسته شدن و نفوذپذیری آنها را فراهم آورد.

Key figures

• Daniel Goodenough
• David Paul
• Werner Loewenstein
• Juan Saez

Seminal works

• farquhar-palade-1963
• goodenough-paul-2009
• saez-2003

Frequently asked questions

چه چیزی از طریق اتصال شکاف‌دار عبور می‌کند؟

یون‌ها و مولکول‌های کوچک محلول در آب تا حدود یک کیلودالتون، از جمله یون‌های حامل جریان الکتریکی و پیام‌رسان‌های ثانویه مانند کلسیم و اینوزیتول تری‌فسفات، می‌توانند مستقیماً بین سلول‌های جفت‌شده حرکت کنند.

اتصالات شکاف‌دار از چه چیزی ساخته شده‌اند؟

آنها از پروتئین‌های کانکسین ساخته شده‌اند؛ شش کانکسین یک همی‌کانال (کانکسون) را در یک سلول تشکیل می‌دهند و دو کانکسون از سلول‌های مجاور به صورت سر به سر به هم متصل می‌شوند تا یک کانال پیوسته بین دو سیتوپلاسم ایجاد کنند.