Базальная мембрана и межклеточные соединения

Эпителии зависят от двух структурных систем: базальной мембраны под ними и межклеточных соединений между и под их клетками. Базальная мембрана представляет собой тонкий слой внеклеточного матрикса, который прикрепляет эпителий к подлежащей соединительной ткани и действует как селективный фильтр и сигнальная платформа. Межклеточные соединения герметизируют соседние клетки, механически связывают их, прикрепляют к базальной мембране и обеспечивают прямую связь, превращая отдельные клетки в когерентный, поляризованный барьер.

Definition

Базальная мембрана — это специализированный слой внеклеточного матрикса (ламинин, коллаген IV типа, нидоген, перлекан), который отделяет и прикрепляет эпителий к соединительной ткани, в то время как межклеточные соединения — это мембранные структуры, которые герметизируют, скрепляют, прикрепляют и электрически и химически связывают соседние эпителиальные клетки.

Scope

Тема охватывает состав и функции базальной мембраны (базальной пластинки) и основных эпителиальных соединений: плотных (окклюдирующих) контактов, адгезионных контактов, десмосом, щелевых контактов, а также полудесмосом и фокальных контактов, которые прикрепляют клетки к базальной мембране. Материал представлен как справочник по клеточной биологии и гистологии, а не как клиническое руководство.

Core questions

• Из чего состоит базальная мембрана и каковы ее функции помимо механической поддержки?
• Каковы основные типы межклеточных соединений эпителия и чем отличаются их функции?
• Как плотные контакты создают барьер и определяют апикально-базальную полярность?
• Как эпителиальные клетки прикрепляются к базальной мембране?

Key concepts

• Базальная мембрана / базальная пластинка
• Коллаген IV типа, ламинин, нидоген, перлекан
• Плотные (окклюдирующие) контакты и парацеллюлярная проницаемость
• Адгезионные контакты и кадгерины
• Десмосомы и промежуточные филаменты
• Щелевые контакты и межклеточная коммуникация
• Полудесмосомы и фокальные контакты (интегрин-опосредованное прикрепление)
• Апикальный соединительный комплекс

Mechanisms

Фаркуар и Паладе (Farquhar and Palade, 1963) описали апикальный соединительный комплекс, в котором плотный контакт, адгезионный контакт и десмосомы расположены последовательно под апикальной поверхностью. Плотные контакты, образованные клаудинами и окклюдинами, сливают соседние мембраны, чтобы ограничить парацеллюлярную утечку и отделить апикальные домены мембраны от базолатеральных, устанавливая полярность (Anderson and Van Itallie, 2009). Адгезионные контакты используют кадгерины, связанные с актиновым цитоскелетом, для удержания клеток вместе и координации слоя (Meng and Takeichi, 2009), в то время как десмосомы связывают клетки с промежуточными филаментами для механической прочности, а щелевые контакты обеспечивают прямой обмен ионами и малыми молекулами. Базально полудесмосомы и интегриновые фокальные контакты прикрепляют клетки к базальной мембране, чьи сети ламинина и коллагена IV типа также передают механические и сигнальные стимулы в клетку (Yurchenco, 2011; Sun et al., 2016).

Clinical relevance

Дефекты в компонентах межклеточных соединений или базальной мембраны лежат в основе ряда наследственных и приобретенных состояний и влияют на инвазию эпителиальных опухолей, поскольку инвазия включает прорыв базальной мембраны. Такие связи суммированы в качестве основы для понимания патологии эпителия и не предназначены для диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Структура и функции базальной мембраны и эпителиальных соединений хорошо охарактеризованы с помощью электронной микроскопии и молекулярной клеточной биологии, при этом представленные здесь данные взяты из первичной и обзорной литературы (Farquhar and Palade, 1963; Yurchenco, 2011; Anderson and Van Itallie, 2009; Meng and Takeichi, 2009; Sun et al., 2016).

History

Электронная микроскопия в начале 1960-х годов выявила упорядоченный соединительный комплекс эпителиальных клеток (Farquhar and Palade, 1963), что перевело изучение клеточной адгезии от светооптического описания к ультраструктуре. Последующие десятилетия выявили задействованные молекулы — клаудины, кадгерины, коннексины, интегрины, ламинины и коллаген IV типа — и переосмыслили базальную мембрану не просто как каркас, а как сигнальную поверхность.

Key figures

• Marilyn Farquhar
• George Palade
• Peter Yurchenco
• Masatoshi Takeichi
• James Anderson

Seminal works

• farquhar-palade-1963
• yurchenco-2011
• meng-takeichi-2009

Frequently asked questions

В чем разница между базальной пластинкой и базальной мембраной?

В стандартном использовании базальная пластинка — это тонкий слой матрикса непосредственно под эпителием, видимый при электронной микроскопии, в то время как базальная мембрана — это более широкий термин (часто используемый для того, что видно при световой микроскопии), который включает базальную пластинку вместе с ассоциированными ретикулярными волокнами подлежащей соединительной ткани.

Какое соединение предотвращает просачивание веществ между эпителиальными клетками?

Плотный (окклюдирующий) контакт герметизирует пространство между соседними клетками, ограничивая парацеллюлярное движение, а также помогает разделять апикальные и базолатеральные домены мембраны, которые определяют полярность эпителия.