Connexon - Connexon

Connexon
Коннексон и коннексин structure.svg
Коннексон и структура коннексина
Подробности
Идентификаторы
латинскийConnexona
THH1.00.01.1.02025
Анатомическая терминология

В биология, а коннексон, также известный как коннексин гемиканал, представляет собой набор из шести белков, называемых коннексины которые образуют поры для щелевой переход между цитоплазма двух соседних клетки. Этот канал обеспечивает двунаправленный поток ионов и сигнальных молекул.[1] Связь - это гемиканал запитывается ячейкой на одной стороне соединения; два коннексона из противоположных клеток обычно соединяются, чтобы сформировать полный межклеточный канал щелевого соединения. Однако в некоторых клетках сам полуканал активен как проводник между цитоплазмой и внеклеточное пространство, что позволяет переносить ионы и небольшие молекулы ниже 1-2 кДа. Мало что известно об этой функции коннексонов, кроме новых данных, указывающих на их ключевую роль в внутриклеточная передача сигналов.[2]

Коннексоны, состоящие из однотипных коннексинов, считаются гомомерный, а коннексоны, состоящие из разных типов коннексинов, гетеромерный.[3]

Структура

сборка

Сборка коннексонов начинается с синтеза коннексинов внутри клетки и заканчивается образованием бляшек канала щелевых соединений на клеточной мембране. Белки субъединицы коннексина, из которых состоят коннексоны, синтезируются на мембранах клеток. эндоплазматический ретикулум. Эти субъединицы затем олигомеризованный, или в сочетании с другими более мелкими частями в коннексоны в аппарат Гольджи.[4] Затем коннексоны доставляются в нужное место на плазматической мембране. Затем коннексоны состыковываются с совместимыми коннексонами из соседней клетки с образованием бляшек канала щелевых соединений.[4] Большая часть этого процесса опосредуется фосфорилирование различных ферментов и белков, позволяя и предотвращая взаимодействие между определенными белками.[4]

Общий

Коннексоны способствуют образованию щелевых контактов и являются важным компонентом электрических синапсов в нервных путях.[4] В одном щелевом соединении коннексоны будут собираться вокруг водной пористой мембраны, образуя полуканал, состоящий из коннексинов. Коннексины - это более мелкие белковые молекулы, которые составляют коннексоны и играют решающую роль в образовании щелевых контактов. Структурно коннексины состоят из 4 альфа спиральный трансмембранные домены соединены 2 внеклеточными петлями и 1 цитоплазматической петлей, в то время как обе N и Клеммы C находятся внутриклеточно. Типы коннексина могут быть дополнительно дифференцированы с использованием их предсказанной молекулярной массы (например, коннексин 43 имеет Cx 43 из-за его молекулярной массы 43 кДа). Коннексоны образуют щелевидный контакт, стыкуя полуканал с другим полуканалом в соседней клеточной мембране.[2] Во время этой фазы происходит формирование межклеточных каналов, охватывающих обе плазматические мембраны. Впоследствии этот процесс приводит к лучшему пониманию того, как электрические синапсы создаются между нейронами.[2]

Деградация

Структура коннексона разрушается при его удалении с плазматической мембраны. Коннексоны будут интернализованы самой клеткой как структура с двойной мембраной канала (из-за стыковки полуканалов).[4] Это называется интернализацией или эндоцитоз. Исследования показывают, что щелевые соединения в целом могут быть интернализованы с использованием более чем одного метода, но наиболее известным и наиболее изученным будет метод клатрин-опосредованный эндоцитоз.[4] Проще говоря, этот процесс состоит из лиганд связывание с рецептором передачи сигналов для определенной части мембраны, которая должна быть покрыта клатрин.[4] Эта часть мембраны затем прорастает в клетку, образуя везикул. Теперь присутствующие в клеточной мембране коннексоны будут разрушены лизосомный пути.[4] Лизосомы способны расщеплять белки коннексона, потому что они содержат специфические ферменты которые сделаны специально для этого процесса. Считается, что убиквитинирование сигнализирует о деградации внутри клетки.[4]

Клеточные функции

Характеристики

Свойства отдельных белков коннексина определяют общие свойства всего канала коннексона. В проницаемость а селективность каналов определяется их шириной, а также молекулярной селективностью коннексинов, такой как селективность заряда.[2] Исследования показывают, что коннексоны особенно проницаемы для растворимый вторые мессенджеры, аминокислоты, нуклеотиды, ионы и глюкоза.[2] Каналы также чувствительны к напряжению. Каналы связи имеют зависящие от напряжения вентили, которые открываются или закрываются в зависимости от разницы в Напряжение между интерьерами двух ячеек.[2] Gates также может показывать чувствительность к напряжению в зависимости от разницы в напряжении внутри и снаружи ячейки (т.е. мембранный потенциал ).[2]

Модуляция

Связь между щелевыми соединениями можно модулировать / регулировать разными способами. Основные виды модуляции:

  • Химическая - одним из распространенных типов химической модуляции является взаимодействие Ca2+ и определенные домены коннексинов. Это не совсем понятно, однако предполагается, что это взаимодействие вызывает Ca2+ заблокировать поры канала. Другая форма химической модуляции - реакция канала на закисление (уменьшение внутриклеточный pH ). Было обнаружено, что внутриклеточное закисление вызывает изменение С-концевой домен коннексинов, что затем снижает активность канала.[2]
  • Фосфорилирование белков - белок фосфорилирование регулирует связь между каналами множеством способов, контролируя: трафик коннексинов из аппарата Гольджи, накопление коннексонов в определенных областях и деградацию ненужных каналов. Процесс этих действий очень сложен, но известно участие фосфорилирования белков.[2]
  • Гуморальный - гуморальная модуляция коммуникации щелевых контактов осуществляется через многие биомолекулы, такие как нейротрансмиттеры, факторы роста, и различные биоактивные соединения. Нейротрансмиттеры, такие как адреналин и норэпинефрин работают в нейронных щелевых соединениях, вызывая распространение потенциалы действия вниз нейроны. Эти типы щелевых контактов с таким типом модуляции часто обнаруживаются в нейронах сердечной ткани и сетчатки позвоночных.[2]

Общие функции

Коннексоны играют важную роль в поведении и нейрофизиологии. Многие детали, касающиеся их патологических функций, остаются неизвестными, поскольку исследования начались совсем недавно. В центральной нервной системе (ЦНС) коннексоны играют важную роль в таких состояниях, как эпилепсия, ишемия, воспаление, и нейродегенерация.[1] Молекулярный механизм того, как коннексоны играют роль в перечисленных выше условиях, еще не полностью изучен и находится в стадии дальнейших исследований. Наряду с их ключевой ролью в ЦНС, коннексоны имеют решающее значение в функционировании сердечных тканей. Прямое соединение позволяет быстро и синхронно возбуждать нейроны сердца, что объясняет способность сердца быстро биться и изменять его частоту в ответ на определенные стимулы.[2] Коннексоны также играют важную роль в развитии клеток. В частности, их роль в нейрогенез занимается развитием мозга, а также восстановлением мозга во время определенных заболеваний / патологий, а также помогает как в делении клеток, так и в их пролиферации. Механизм, с помощью которого коннексоны помогают в этих процессах, все еще исследуется, однако в настоящее время понятно, что этот механизм включает пуринергическая сигнализация (форма внеклеточной передачи сигналов, опосредованная пуриновыми нуклеотидами и нуклеозидами, такими как аденозин и АТФ) и проницаемость для АТФ.[1] Другая важная роль коннексонов - определение уровня глюкозы и преобразование сигнала. Коннексоны вызывают изменения во внеклеточной концентрации глюкозы, влияющие на поведение при приеме пищи / сытости, циклы сна-бодрствования и потребление энергии.[1] Дальнейшие исследования показывают, что происходит увеличение поглощения глюкозы, опосредованное коннексонами (механизм которых до сих пор полностью не изучен), а также в периоды сильного стресса и воспаления.[1] Недавние исследования также показывают, что коннексоны могут влиять на синаптическая пластичность, обучение, память, зрение и сенсомоторное стробирование.

Сопутствующие заболевания

Некоторые из заболеваний, связанных с коннексонами: сердечно-сосудистые заболевания и сахарный диабет, которая представляет собой неспособность организма производить инсулин для поглощения глюкозы клетками и деградацию в более мелких единицах коннексонов, называемых коннексинами, что, возможно, приводит к возникновению сердечных заболеваний. Сердечно-сосудистые заболевания и диабет I и II типа поражают аналогичные участки в клетках сердца и поджелудочной железы. Это место является щелевым соединением, где коннексоны способствуют быстрым межклеточным взаимодействиям посредством электрических передач. Щелевые соединения часто присутствуют в нервных окончаниях, таких как сердечная мышца, и важны для поддержания гомеостаз в печени и правильной функции почек. Сам щелевой переход представляет собой структуру, которая представляет собой специализированный трансмембранный белок, образованный полуканалом коннексона.[5] Сердечно-сосудистые заболевания и, возможно, диабет типа I и II связаны с основным белком коннексином, который составляет щелевое соединение.

При сердечно-сосудистых заболеваниях Cx43 (коннексин 43), субъединица коннексона, представляет собой общий белок щелевого соединения, стимулирующий сердечно-сосудистые заболевания. миоцит мышечные клетки вставочных дисков, способствующие синхронному сокращению сердца. При возникновении сердечно-сосудистого заболевания субъединица Сх43 начинает проявлять признаки окислительного стресса, способности сердца противодействовать накоплению вредных токсинов из-за возраста или диеты, что приводит к снижению сосудистых функций.[5] Кроме того, сниженная экспрессия Cx43 в сосудистой ткани, которая играет роль в перестройке желудочков и заживлении ран после инфаркт миокарда, присутствуют при структурных заболеваниях сердца.[6] Однако механизмы Cx43 в сердце все еще плохо изучены.[6] В целом, эти изменения в экспрессии Сх43 и оксидантный стресс могут привести к нарушениям скоординированного биения сердца, предрасполагая его к сердечной недостаточности. аритмии.[5]

Коннексоны также связаны с обоими Тип I и Тип II сахарный диабет. Субъединица Cx36 (коннексин 36) опосредует инсулин экскреция и индуцированное глюкозой высвобождение инсулина из щелевых контактов печени и поджелудочной железы.[3] Гомеостаз в печени и органах поджелудочной железы поддерживается сложной системой клеточных взаимодействий, называемой эндокринной передачей сигналов. Секреция гормонов в кровоток для нацеливания на отдаленные органы. Однако эндокринная передача сигналов в поджелудочной железе и печени действует на коротких расстояниях в клеточной мембране посредством сигнальных путей, ионных каналов, Рецепторы, сопряженные с G-белком, рецепторы тирозинкиназы, и межклеточный контакт.[3] Щелевые соединения в этих тканях, поддерживаемые эндокринной передачей сигналов, регулируют внутриклеточные сигналы между клетками и более крупными системами органов, плотно соединяя соседние клетки друг с другом. Плотное прилегание щелевого соединения таково, что клетки ткани могут общаться более эффективно и поддерживать гомеостаз. Таким образом, цель щелевого соединения - регулировать прохождение ионов, питательных веществ, метаболитов, вторичных мессенджеров и небольших биологических молекул.[3] При диабете последующая потеря или деградация Сх36 существенно подавляет выработку инсулина в поджелудочной железе и глюкозы в печени, что жизненно важно для выработки энергии для всего организма. Дефицит Сх36 отрицательно влияет на способность щелевого соединения работать в этих тканях, приводя к снижению функции и возможному заболеванию. Подобные симптомы, связанные с потерей или деградацией щелевого соединения, наблюдались при диабете типа II, однако функция Cx36 при диабете типа 1 и типа II у людей все еще неизвестна. Кроме того, коннексин Cx36 кодируется геном GJD2, который имеет предрасположенность по локусу гена к диабету типа II и диабетическому синдрому.[3]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Чунг, Жизель; Чевер, Оана; Руах, Натали (4 ноября 2014 г.). «Коннексоны и паннексоны: новички в нейрофизиологии». Границы клеточной неврологии. 8: 348. Дои:10.3389 / fncel.2014.00348. ЧВК  4219455. PMID  25408635.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k Эрве, Жан-Клод; Деранджон, Микаэль (01.09.2012). «Межклеточная коммуникация, опосредованная щелевыми соединениями». Исследования клеток и тканей. 352 (1): 21–31. Дои:10.1007 / s00441-012-1485-6. PMID  22940728.
  3. ^ а б c d е Райт, Жозефина; Ричардс, Тоби; Беккер, Дэвид (2012-03-01). «Коннексины и диабет». Кардиологические исследования и практика. 2012: 496904. Дои:10.1155/2012/496904. ЧВК  3303578. PMID  22536530.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я Тевенин, Анастасия Ф (2013-03-07). «Белки и механизмы, регулирующие сборку, интернализацию и деградацию щелевых соединений». Физиология. 28 (2): 93–116. Дои:10.1152 / Physiol.00038.2012. ЧВК  3768091. PMID  23455769.
  5. ^ а б c Томаселли, Гордон Ф. (04.12.2010). «Окислительный стресс расстраивает сердечную связь». Журнал клинических исследований. 120 (1): 87–89. Дои:10.1172 / jci41780. ЧВК  2798705. PMID  20038808.
  6. ^ а б Чжан, Ян; Ван, Хунтао; Ковач, Аттила; Кантер, Эвелин; Ямада, Кэтрин (01.02.2010). «Пониженная экспрессия Cx43 ослабляет ремоделирование желудочков после инфаркта миокарда за счет нарушения передачи сигналов TGF-β». Американский журнал физиологии. Сердце и физиология кровообращения. 298 (2): H477-87. Дои:10.1152 / ajpheart.00806.2009. ЧВК  2822575. PMID  19966054.

дальнейшее чтение