จุดเชื่อมแน่นและขอบเขตของเซลล์

จุดเชื่อมแน่น (tight junctions) เป็นจุดเชื่อมของเซลล์บุผิวที่อยู่ส่วนบนสุด โดยทำหน้าที่เป็นเหมือนเข็มขัดที่เชื่อมแผ่นเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกของเซลล์ที่อยู่ติดกันเข้าด้วยกัน บริเวณใกล้กับส่วนบนของขอบเซลล์ด้านข้าง จุดเชื่อมแน่นนี้กำหนดขอบเขตระหว่างพื้นผิวเซลล์ด้านบน (apical) และด้านข้าง-ล่าง (basolateral) และควบคุมสิ่งที่สามารถผ่านระหว่างเซลล์ได้ ทำให้เป็นโครงสร้างพื้นฐานของอุปสรรคการคัดเลือกของเซลล์บุผิวและเซลล์บุผนังหลอดเลือด

Definition

จุดเชื่อมแน่น (tight junction หรือ zonula occludens) คือจุดเชื่อมเซลล์แบบปิดกั้น ซึ่งโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์แบบฝังตัวของเซลล์ที่อยู่ติดกันจะรวมตัวกันเป็นเครือข่ายต่อเนื่องที่เชื่อมโยงกันของเส้นใยปิดผนึก ซึ่งจำกัดการแพร่ของสารละลายผ่านช่องว่างระหว่างเซลล์ และแยกโดเมนเยื่อหุ้มเซลล์ด้านบนออกจากโดเมนเยื่อหุ้มเซลล์ด้านข้าง-ล่าง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างของจุดเชื่อมแน่นในฐานะจุดเชื่อมแบบปิดกั้น หน้าที่หลักสองประการ (อุปสรรคระหว่างเซลล์และรั้วกั้นระหว่างด้านบนและด้านข้าง-ล่าง) ตระกูลโปรตีนหลักที่สร้างจุดเชื่อมแน่น (คลาวดิน, ออคคลูดิน และโครงสร้างซอนูลา ออคคลูเดนส์) และบทบาทของจุดเชื่อมแน่นในการกำหนดขอบเขตของเซลล์ในเซลล์บุผิวและเซลล์บุผนังหลอดเลือด เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงและเพื่อการศึกษา ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

Key concepts

• จุดเชื่อมแบบปิดกั้น / ซอนูลา ออคคลูเดนส์
• อุปสรรคระหว่างเซลล์
• หน้าที่รั้วกั้นระหว่างด้านบนและด้านข้าง-ล่าง
• คลาวดิน
• ออคคลูดิน
• โปรตีนโครงสร้างซอนูลา ออคคลูเดนส์ (ZO)
• การซึมผ่านแบบเลือกสรรระหว่างเซลล์
• อุปสรรคเลือด-สมองและอุปสรรคเลือด-เนื้อเยื่อ

Mechanisms

จุดเชื่อมแน่นสร้างขึ้นจากแถวของโปรตีนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งส่วนใหญ่คือคลาวดิน (claudins) และออคคลูดิน (occludin) โดยมีลูปภายนอกเซลล์จากเซลล์ข้างเคียงมาบรรจบกันเพื่อสร้างเส้นใยปิดผนึกที่ต่อเนื่องกัน โปรตีนโครงสร้างซอนูลา ออคคลูเดนส์ (zonula occludens หรือ ZO) ในไซโตพลาสซึมจะเชื่อมโยงเส้นใยเหล่านี้เข้ากับโครงร่างแอคติน การปิดผนึกที่เกิดขึ้นมีสองหน้าที่: หน้าที่กั้นที่จำกัดการเคลื่อนที่ของไอออนและโมเลกุลผ่านช่องว่างระหว่างเซลล์ และหน้าที่รั้วกั้นที่ป้องกันโปรตีนและไขมันในเยื่อหุ้มเซลล์จากการแพร่กระจายระหว่างโดเมนด้านบนและด้านข้าง-ล่าง ซึ่งช่วยรักษาขั้วของเซลล์ อุปสรรคนี้ไม่ได้สมบูรณ์แบบ แต่สามารถซึมผ่านได้แบบเลือกสรร และองค์ประกอบของคลาวดินจะปรับแต่งว่าไอออนใดสามารถผ่านได้ การสูญเสียคลาวดินบางชนิด เช่น คลาวดิน-5 ที่อุปสรรคเลือด-สมอง แสดงให้เห็นว่าทำให้การปิดผนึกหย่อนลงในลักษณะที่เลือกขนาดได้

Clinical relevance

จุดเชื่อมแน่นเป็นพื้นฐานของคุณสมบัติการกั้นของเซลล์บุผิวและเซลล์บุผนังหลอดเลือด รวมถึงอุปสรรคในลำไส้และอุปสรรคเลือด-สมอง ดังนั้นโครงสร้างและการควบคุมของจุดเชื่อมแน่นจึงมีความสำคัญต่อความเข้าใจว่าเนื้อเยื่อแบ่งส่วนสภาพแวดล้อมของตนเองอย่างไร เนื้อหานี้อธิบายกลไกเพื่อการอ้างอิง ไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

History

จุดเชื่อมแน่นถูกระบุครั้งแรกว่าเป็นองค์ประกอบที่อยู่ส่วนบนสุดของกลุ่มจุดเชื่อมเซลล์บุผิวโดย Farquhar และ Palade (1963) ยุคโมเลกุลเริ่มต้นขึ้นเมื่อมีการระบุโปรตีนสำคัญคือออคคลูดินและต่อมาคือตระกูลคลาวดิน ซึ่งทำให้จุดเชื่อมถูกกำหนดใหม่ว่าเป็นชุดโปรตีนที่ชัดเจน การศึกษาโดยการน็อกเอาต์ยีนคลาวดิน เช่น งานของ Nitta และคณะ (2003) เกี่ยวกับคลาวดิน-5 ได้เชื่อมโยงโปรตีนแต่ละชนิดเข้ากับคุณสมบัติการกั้นที่เฉพาะเจาะจง

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

จุดเชื่อมแน่นทำหน้าที่อะไร?

จุดเชื่อมแน่นทำหน้าที่ปิดผนึกช่องว่างระหว่างเซลล์บุผิวหรือเซลล์บุผนังหลอดเลือดที่อยู่ติดกัน เพื่อควบคุมการผ่านของโมเลกุลระหว่างเซลล์ และทำหน้าที่เป็นรั้วกั้นที่แยกส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ด้านบนและด้านข้าง-ล่างออกจากกัน ซึ่งช่วยรักษาขั้วของเซลล์

โปรตีนชนิดใดที่สร้างจุดเชื่อมแน่น?

เส้นใยปิดผนึกส่วนใหญ่สร้างขึ้นจากคลาวดินและออคคลูดิน ซึ่งเชื่อมต่ออยู่ภายในเซลล์กับโปรตีนโครงสร้างซอนูลา ออคคลูเดนส์ (ZO) ที่เชื่อมจุดเชื่อมแน่นเข้ากับโครงร่างแอคติน