แกปจังก์ชันและการสื่อสารระหว่างเซลล์

แกปจังก์ชัน (gap junctions) เป็นจุดเชื่อมต่อสื่อสารที่เชื่อมโยงไซโทพลาซึมของเซลล์ที่อยู่ติดกันผ่านกลุ่มของช่องสัญญาณ ซึ่งช่วยให้อิออนและโมเลกุลขนาดเล็กสามารถผ่านจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้โดยตรง โดยเป็นเส้นทางสำหรับการเชื่อมโยงทางไฟฟ้าและเมแทบอลิซึม ทำให้กิจกรรมของเซลล์ในเนื้อเยื่อต่างๆ เช่น กล้ามเนื้อหัวใจ กล้ามเนื้อเรียบ และเยื่อบุผิวหลายชนิดทำงานประสานกัน

Definition

แกปจังก์ชันคือจุดเชื่อมต่อสื่อสารระหว่างเซลล์ที่เกิดจากการจับคู่กันของเฮมิแชนเนล (hemichannels หรือ คอนเนกซอน (connexons)) ในเยื่อหุ้มเซลล์ที่อยู่ติดกัน โดยแต่ละคอนเนกซอนประกอบขึ้นจากโปรตีนคอนเนกซิน ซึ่งรวมกันแล้วสร้างช่องทางน้ำที่ช่วยให้เกิดการแลกเปลี่ยนอิออนและโมเลกุลขนาดเล็กที่มีขนาดไม่เกินประมาณหนึ่งกิโลดาลตันระหว่างไซโทพลาซึมได้โดยตรง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างของแกปจังก์ชันในฐานะช่องสัญญาณที่สร้างขึ้นจากคอนเนกซิน (connexins) ชนิดของโมเลกุลที่สามารถผ่านได้ บทบาทในการสื่อสารระหว่างเซลล์ทั้งทางไฟฟ้าและเมแทบอลิซึม และการควบคุมการเปิดปิดช่องสัญญาณ โดยถือเป็นข้อมูลอ้างอิงและเพื่อการศึกษา ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Key concepts

• จุดเชื่อมต่อสื่อสาร
• โปรตีนคอนเนกซิน
• คอนเนกซอน (เฮมิแชนเนล)
• การเชื่อมต่อไซโทพลาซึมโดยตรง
• การเชื่อมโยงทางไฟฟ้า
• การเชื่อมโยงทางเมแทบอลิซึม
• การเปิดปิดและการควบคุมช่องสัญญาณ
• คลื่นแคลเซียมระหว่างเซลล์

Mechanisms

ช่องสัญญาณแกปจังก์ชันแต่ละช่องเกิดจากการเชื่อมต่อกันของคอนเนกซอนสองตัว โดยแต่ละเซลล์ส่งคอนเนกซอนมาหนึ่งตัว และแต่ละคอนเนกซอนประกอบด้วยวงแหวนของหน่วยย่อยคอนเนกซินหกตัวล้อมรอบรูตรงกลาง เมื่อช่องสัญญาณจำนวนมากรวมตัวกัน จะเกิดเป็นแผ่น (plaque) ที่เชื่อมช่องว่างแคบๆ ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ที่ประกบกัน รูพรุนนี้ยอมให้อิออนและโมเลกุลที่ละลายน้ำได้ขนาดเล็กไม่เกินประมาณหนึ่งกิโลดาลตันผ่านได้ ซึ่งรวมถึงอิออนที่นำกระแสไฟฟ้าและสารสื่อประสาทรอง (second messengers) เช่น แคลเซียมและอิโนซิทอลไตรฟอสเฟต ดังนั้นเซลล์ที่เชื่อมต่อกันจึงมีการแบ่งปันทั้งสัญญาณไฟฟ้าและสารเมแทบอไลต์ การซึมผ่านของช่องสัญญาณไม่คงที่: การเปิดปิดถูกควบคุมโดยปัจจัยต่างๆ เช่น ความเข้มข้นของแคลเซียมภายในเซลล์, pH, และการฟอสโฟรีเลชันของคอนเนกซิน ซึ่งช่วยให้เซลล์สามารถเปิดหรือปิดการสื่อสารได้ การเชื่อมต่อนี้สนับสนุนพฤติกรรมที่ประสานกัน รวมถึงการแพร่กระจายของคลื่นแคลเซียมระหว่างเซลล์ทั่วทั้งเนื้อเยื่อ

Clinical relevance

การเชื่อมต่อแบบแกปจังก์ชันเป็นพื้นฐานของการทำงานที่ประสานกัน เช่น การแพร่กระจายของการกระตุ้นไฟฟ้าในหัวใจ และการทำงานพร้อมกันของเซลล์หลั่งสารและเซลล์หดตัว ดังนั้นชีววิทยาของคอนเนกซินจึงได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในด้านสรีรวิทยาและพยาธิวิทยา ข้อมูลนี้อธิบายกลไกเพื่อการอ้างอิงและการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา

History

จุดเชื่อมต่อสื่อสารได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่ Farquhar และ Palade (1963) ได้จำแนกไว้ และต่อมาได้รับการแก้ไขโดยการศึกษาด้วยเทคนิคฟรีซ-แฟรกเจอร์ (freeze-fracture) และการศึกษาทางสรีรวิทยาว่าเป็นตำแหน่งของการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างเซลล์ การระบุตระกูลยีนคอนเนกซินได้สร้างองค์ประกอบโมเลกุลของช่องสัญญาณและช่วยให้สามารถวิเคราะห์การเปิดปิดและการซึมผ่านของช่องสัญญาณได้อย่างละเอียด

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

อะไรผ่านเข้าออกแกปจังก์ชันได้บ้าง?

อิออนและโมเลกุลขนาดเล็กที่ละลายน้ำได้ซึ่งมีขนาดไม่เกินประมาณหนึ่งกิโลดาลตัน รวมถึงอิออนที่นำกระแสไฟฟ้าและสารสื่อประสาทรอง เช่น แคลเซียมและอิโนซิทอลไตรฟอสเฟต สามารถเคลื่อนที่โดยตรงระหว่างเซลล์ที่เชื่อมต่อกันได้

แกปจังก์ชันสร้างมาจากอะไร?

แกปจังก์ชันสร้างมาจากโปรตีนคอนเนกซิน โดยคอนเนกซินหกตัวรวมกันเป็นเฮมิแชนเนล (คอนเนกซอน) ในเซลล์หนึ่ง และคอนเนกซอนสองตัวจากเซลล์ที่อยู่ติดกันจะมาเชื่อมต่อกันแบบปลายชนปลายเพื่อสร้างช่องสัญญาณต่อเนื่องระหว่างไซโทพลาซึมทั้งสอง