เยื่อฐานและจุดเชื่อมต่อระหว่างเซลล์

เนื้อเยื่อบุผิวพึ่งพาระบบโครงสร้างสองส่วน ได้แก่ เยื่อฐานที่อยู่ด้านล่างและจุดเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ที่อยู่ระหว่างและใต้เซลล์ เยื่อฐานเป็นแผ่นบางๆ ของเมทริกซ์นอกเซลล์ที่ยึดเนื้อเยื่อบุผิวเข้ากับเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่อยู่ด้านล่าง และทำหน้าที่เป็นตัวกรองแบบเลือกและแพลตฟอร์มการส่งสัญญาณ จุดเชื่อมต่อระหว่างเซลล์จะผนึกเซลล์ข้างเคียงเข้าด้วยกัน เชื่อมต่อกันในเชิงกล เชื่อมโยงเซลล์เข้ากับเยื่อฐาน และช่วยให้เกิดการสื่อสารโดยตรง ซึ่งทั้งหมดนี้จะเปลี่ยนเซลล์แต่ละเซลล์ให้กลายเป็นเกราะป้องกันที่เหนียวแน่นและมีขั้ว

Definition

เยื่อฐานเป็นแผ่นเมทริกซ์นอกเซลล์ชนิดพิเศษ (ลามินิน, คอลลาเจนชนิด IV, ไนโดเจน, เพอร์ลีแคน) ที่แยกและยึดเนื้อเยื่อบุผิวเข้ากับเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน ในขณะที่จุดเชื่อมต่อระหว่างเซลล์เป็นโครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ที่ผนึก ยึดเหนี่ยว และเชื่อมต่อเซลล์บุผิวที่อยู่ติดกันทั้งทางไฟฟ้าและเคมี

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมองค์ประกอบและบทบาทของเยื่อฐาน (basal lamina) และจุดเชื่อมต่อหลักของเนื้อเยื่อบุผิว ได้แก่ tight (occluding) junctions, adherens junctions, desmosomes, gap junctions, และ hemidesmosomes กับ focal adhesions ที่ยึดเซลล์เข้ากับเยื่อฐาน โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นข้อมูลอ้างอิงทางชีววิทยาของเซลล์และเนื้อเยื่อวิทยามากกว่าคำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• เยื่อฐานประกอบด้วยอะไร และมีบทบาทอะไรนอกเหนือจากการค้ำจุนเชิงกล?
• จุดเชื่อมต่อหลักของเซลล์บุผิวมีกี่ประเภท และบทบาทของแต่ละประเภทแตกต่างกันอย่างไร?
• tight junctions สร้างเกราะป้องกันและกำหนดขั้ว apical-basal ได้อย่างไร?
• เซลล์บุผิวยึดติดกับเยื่อฐานได้อย่างไร?

Key concepts

• เยื่อฐาน / basal lamina
• คอลลาเจนชนิด IV, ลามินิน, ไนโดเจน, เพอร์ลีแคน
• Tight (occluding) junctions และการซึมผ่านแบบ paracellular
• Adherens junctions และแคดเฮอริน
• Desmosomes และเส้นใยระดับกลาง
• Gap junctions และการสื่อสารระหว่างเซลล์
• Hemidesmosomes และ focal adhesions (การยึดเกาะที่อาศัยอินทิกริน)
• Apical junctional complex

Mechanisms

Farquhar และ Palade (1963) ได้อธิบายถึง apical junctional complex ซึ่งประกอบด้วย tight junction, adherens junction และ desmosomes ที่จัดเรียงตามลำดับใต้พื้นผิวส่วนยอด Tight junctions ซึ่งเกิดจากคลอดินและออคคลูดิน จะหลอมรวมเยื่อหุ้มเซลล์ที่อยู่ติดกันเพื่อจำกัดการรั่วไหลแบบ paracellular และเพื่อกั้นโดเมนเยื่อหุ้มเซลล์ส่วนยอดออกจากส่วนฐานด้านข้าง ซึ่งเป็นการสร้างขั้ว (Anderson และ Van Itallie, 2009) Adherens junctions ใช้แคดเฮอรินที่เชื่อมโยงกับโครงร่างไซโตสเกเลตันของแอคตินเพื่อยึดเซลล์เข้าด้วยกันและประสานแผ่นเนื้อเยื่อ (Meng และ Takeichi, 2009) ในขณะที่ desmosomes จะเชื่อมเซลล์เข้ากับเส้นใยระดับกลางเพื่อความแข็งแรงเชิงกล และ gap junctions ช่วยให้เกิดการแลกเปลี่ยนไอออนและโมเลกุลขนาดเล็กโดยตรง ที่ฐาน hemidesmosomes และ focal adhesions ที่อาศัยอินทิกรินจะยึดเซลล์เข้ากับเยื่อฐาน ซึ่งเครือข่ายลามินินและคอลลาเจนชนิด IV ของเยื่อฐานยังส่งสัญญาณเชิงกลและสัญญาณเข้าสู่เซลล์ด้วย (Yurchenco, 2011; Sun et al., 2016)

Clinical relevance

ความบกพร่องในส่วนประกอบของจุดเชื่อมต่อหรือเยื่อฐานเป็นสาเหตุของภาวะทางพันธุกรรมและภาวะที่เกิดขึ้นภายหลังหลายอย่าง และมีอิทธิพลต่อการรุกรานของเนื้องอกบุผิว เนื่องจากกระบวนการรุกรานเกี่ยวข้องกับการทะลุผ่านเยื่อฐาน การเชื่อมโยงดังกล่าวสรุปไว้เป็นข้อมูลพื้นฐานเพื่อความเข้าใจพยาธิวิทยาของเนื้อเยื่อบุผิว และไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นแนวทางการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

โครงสร้างและบทบาทของเยื่อฐานและจุดเชื่อมต่อของเนื้อเยื่อบุผิวได้รับการศึกษาอย่างดีผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและชีววิทยาของเซลล์ระดับโมเลกุล โดยข้อมูลที่นำเสนอในที่นี้ได้มาจากวรรณกรรมปฐมภูมิและวรรณกรรมทบทวน (Farquhar และ Palade, 1963; Yurchenco, 2011; Anderson และ Van Itallie, 2009; Meng และ Takeichi, 2009; Sun et al., 2016)

History

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ได้เผยให้เห็นถึง junctional complex ที่เป็นระเบียบของเซลล์บุผิว (Farquhar และ Palade, 1963) ซึ่งเป็นการเปลี่ยนการศึกษาการยึดเกาะของเซลล์จากการบรรยายด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงไปสู่โครงสร้างระดับจุลภาค ทศวรรษต่อมาได้ระบุโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ คลอดิน, แคดเฮอริน, คอนเนกซิน, อินทิกริน, ลามินิน และคอลลาเจนชนิด IV และได้ปรับเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับเยื่อฐานว่าไม่ใช่เพียงแค่โครงสร้างค้ำจุน แต่เป็นพื้นผิวการส่งสัญญาณด้วย

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

ความแตกต่างระหว่าง basal lamina และ basement membrane คืออะไร?

ในการใช้งานทั่วไป basal lamina คือชั้นเมทริกซ์บางๆ ที่อยู่ใต้เนื้อเยื่อบุผิวโดยตรง ซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ในขณะที่ basement membrane เป็นคำที่กว้างกว่า (มักใช้สำหรับสิ่งที่มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง) ซึ่งรวมถึง basal lamina พร้อมกับเส้นใยร่างแหที่เกี่ยวข้องของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่อยู่ด้านล่าง

จุดเชื่อมต่อใดที่ป้องกันไม่ให้สารรั่วไหลระหว่างเซลล์บุผิว?

tight (occluding) junction จะผนึกช่องว่างระหว่างเซลล์ที่อยู่ติดกัน ซึ่งจำกัดการเคลื่อนที่แบบ paracellular และยังช่วยแยกโดเมนเยื่อหุ้มเซลล์ส่วนยอดและส่วนฐานด้านข้างที่กำหนดขั้วของเนื้อเยื่อบุผิว