Estructura y propiedades de las uniones estrechas de las células. Grupos y tipos de contactos intercelulares Estructura y composición molecular.

En los organismos multicelulares, debido a las interacciones intercelulares, se forman conjuntos celulares complejos, cuyo mantenimiento se puede realizar de diferentes formas. En los tejidos embrionarios germinales, especialmente en las primeras etapas de desarrollo, las células permanecen conectadas entre sí debido a la capacidad de sus superficies para pegarse. Esta propiedad adhesión(conexión, adhesión) de las células puede determinarse por las propiedades de su superficie, que interactúan específicamente entre sí. El mecanismo de estas conexiones está bastante bien estudiado; está garantizado por la interacción entre las glicoproteínas de las membranas plasmáticas.

Además de las conexiones adhesivas relativamente simples (pero específicas), existen una serie de estructuras, contactos o conexiones intercelulares especiales que realizan funciones específicas.

Cierre o conexión estrecha Característica de los epitelios de una sola capa (Fig. 9). Esta es la zona donde las capas externas de las dos membranas plasmáticas están lo más cerca posible. La estructura de tres capas de la membrana en este contacto es a menudo visible: las dos capas osmófilas externas de ambas membranas parecen fusionarse en una capa común de 2-3 nm de espesor.

La fusión de membranas no se produce en toda el área de estrecho contacto, sino que representa una serie de aproximaciones puntuales de membranas. Con colorantes especiales, estas estructuras también se pueden observar al microscopio óptico. Recibieron el nombre de los morfólogos. platos finales. La función de la unión estrecha de cierre no es solo conectar mecánicamente las células entre sí. Esta zona de contacto es poco permeable a macromoléculas e iones, por lo que bloquea y bloquea las cavidades intercelulares, aislándolas (y con ellas el medio interno del cuerpo) del medio externo (en este caso, la luz intestinal).

Se produce un contacto cerrado o estrecho entre todos los tipos de epitelio de una sola capa (endotelio, mesotelio, epéndimo).

contacto sencillo, que se encuentra entre la mayoría de las células adyacentes de diversos orígenes (Fig. 10). La mayor parte de la superficie de las células epiteliales en contacto también se conecta mediante un contacto simple, donde las membranas plasmáticas de las células en contacto están separadas por un espacio de 15 a 20 nm. Este espacio representa los componentes supramembrana de las superficies celulares. El ancho del espacio entre las membranas celulares puede ser superior a 20 nm, formando expansiones y cavidades, pero no inferior a 10 nm.

En el lado citoplasmático, no hay estructuras adicionales especiales adyacentes a esta zona de la membrana plasmática.

Contacto de engranaje (“bloqueo”) es una protuberancia de la superficie de la membrana plasmática de una célula hacia la intususcepción (invaginación) de otra (Fig. 11).

En el corte, este tipo de conexión se asemeja a una costura de carpintero. El espacio intermembrana y el citoplasma en la zona “lock” tienen las mismas características que en las zonas de contacto simple. Este tipo de conexiones intercelulares es característico de muchos epitelios, donde une las células en una sola capa, favoreciendo su unión mecánica entre sí.

El papel de la fijación mecánica hermética de las células entre sí lo desempeñan una serie de conexiones intercelulares estructuradas especiales.

Desmosomas, las estructuras en forma de placas o botones también conectan las células entre sí (Fig. 12). En el espacio intercelular, aquí también se ve una capa densa, representada por cadherinas de membrana integrales que interactúan: desmogleínas, que adhieren las células entre sí.

En el lado citoplasmático, una capa de la proteína desmoplaquina se encuentra adyacente al plasmalema, con el que están conectados los filamentos intermedios del citoesqueleto. Los desmosomas se encuentran con mayor frecuencia en los epitelios, en cuyo caso los filamentos intermedios contienen queratinas. En las células del músculo cardíaco, los cardiomiocitos contienen fibrillas de desmina como parte de los desmosomas. En el endotelio vascular, los desmosomas contienen filamentos intermedios de vimentina.

hemidesmosomas, En principio, tienen una estructura similar al desmosoma, pero representan una conexión de células con estructuras intercelulares. Así, en los epitelios, las glicoproteínas enlazadoras (integrinas) de los desmosomas interactúan con las llamadas proteínas. membrana basal, que incluye colágeno, laminina, proteoglicanos, etc.

El papel funcional de los desmosomas y hemidesmosomas es puramente mecánico: adhieren firmemente las células entre sí y a la matriz extracelular subyacente, lo que permite que las capas epiteliales resistan grandes cargas mecánicas.

De manera similar, los desmosomas unen estrechamente las células del músculo cardíaco entre sí, lo que les permite llevar a cabo enormes cargas mecánicas mientras permanecen conectadas en una única estructura contráctil.

A diferencia del contacto estrecho, todos los tipos de contactos adhesivos son permeables a las soluciones acuosas y no desempeñan ningún papel en la limitación de la difusión.

Contactos de brecha (nexos) se consideran uniones de comunicación de las células; Se trata de estructuras que participan en la transferencia directa de sustancias químicas de una célula a otra, que pueden desempeñar un papel fisiológico importante no sólo en el funcionamiento de células especializadas, sino también proporcionar interacciones intercelulares durante el desarrollo del organismo, durante la diferenciación de sus células (Fig. 13).

Una característica de este tipo de contacto es la unión de las membranas plasmáticas de dos células vecinas a una distancia de 2-3 nm. Fue precisamente esta circunstancia la que durante mucho tiempo no permitió distinguir este tipo de contacto de un contacto denso de separación (cierre) en secciones ultrafinas. Cuando se usaba hidróxido de lantano, se observó que algunas uniones estrechas permitirían el paso del agente de contraste. En este caso, el lantano llenó un fino espacio de unos 3 nm de ancho entre las membranas plasmáticas cercanas de las células vecinas. Esto dio origen al término contacto gap. Se lograron mayores avances en el desciframiento de su estructura mediante el método de escisión por congelación. Resultó que en las membranas escindidas, las zonas de contacto de las hendiduras (tamaños de 0,5 a 5 μm) están salpicadas de partículas dispuestas hexagonalmente con un período de 8 a 10 nm, de 7 a 8 nm de diámetro, que tienen un canal de aproximadamente 2 nm. de ancho en el centro. Estas partículas se llaman conexiones.

En las zonas de unión en hendidura puede haber desde 10 a 20 hasta varios miles de conexiones, dependiendo de las características funcionales de las células. Preparativamente se aislaron los conectivos, que constan de seis subunidades de conectina, una proteína con un peso molecular de aproximadamente 30 000. Al combinarse entre sí, las conectinas forman un agregado cilíndrico, un conectón, en cuyo centro hay un canal.

Las conexiones individuales están incrustadas en la membrana plasmática de modo que la atraviesan. Una conexión en la membrana plasmática de una célula se opone exactamente a una conexión en la membrana plasmática de una célula adyacente, de modo que los canales de las dos conexiones forman una sola unidad. Las conexiones desempeñan el papel de canales intercelulares directos a través de los cuales los iones y sustancias de bajo peso molecular pueden difundirse de una célula a otra. Se descubrió que las conexiones pueden cerrarse cambiando el diámetro del canal interno y participar así en la regulación del transporte de moléculas entre células.

La importancia funcional de las uniones hendidas se comprendió gracias al estudio de las células gigantes de las glándulas salivales de los dípteros. Debido a su tamaño, se pueden introducir fácilmente microelectrodos en dichas células para estudiar la conductividad eléctrica de sus membranas. Si inserta electrodos en dos células vecinas, sus membranas plasmáticas presentan una baja resistencia eléctrica y la corriente fluye entre las células. Esta capacidad de las uniones de hendidura para servir como sitio para el transporte de compuestos de bajo peso molecular se utiliza en aquellos sistemas celulares donde se necesita una transmisión rápida de un impulso eléctrico (onda de excitación) de una célula a otra sin la participación de un transmisor nervioso. Por lo tanto, todas las células musculares del miocardio del corazón están conectadas mediante uniones comunicantes (además, las células allí también están conectadas mediante uniones adhesivas). Esto crea las condiciones para la reducción sincrónica de una gran cantidad de células.

Con el crecimiento de un cultivo de células embrionarias del músculo cardíaco (cardiomiocitos), algunas células de la capa comienzan a contraerse espontáneamente independientemente unas de otras a diferentes frecuencias, y solo después de la formación de uniones entre ellas comienzan a latir sincrónicamente como un una sola capa de células contráctiles. De la misma forma se asegura la contracción articular de las células del músculo liso de la pared uterina.

Contacto sináptico(sinapsis). Este tipo de contacto es característico del tejido nervioso y ocurre tanto entre dos neuronas como entre una neurona y algún otro elemento: un receptor o efector (por ejemplo, una terminación neuromuscular) (Fig. 14).

Las sinapsis son áreas de contacto entre dos células especializadas en la transmisión unilateral de excitación o inhibición de un elemento a otro. En principio, este tipo de carga funcional y transmisión de impulsos se puede llevar a cabo mediante otros tipos de contactos (por ejemplo, una unión hendidura en el músculo cardíaco), pero en la comunicación sináptica se logra una alta eficiencia en la implementación de un impulso nervioso.

Las sinapsis se forman en los procesos de las células nerviosas: estas son las secciones terminales de las dendritas y los axones. Las sinapsis entre neuronas suelen tener extensiones en forma de pera, placas al final del proceso de las células nerviosas. Una extensión terminal de este tipo del proceso de una de las células nerviosas puede contactar y formar una conexión sináptica tanto con el cuerpo de otra célula nerviosa como con sus procesos. Los procesos periféricos de las células nerviosas (axones) forman contactos específicos con células efectoras o células receptoras. Por tanto, una sinapsis es una estructura formada entre regiones de dos células (al igual que un desmosoma). Las membranas de estas células están separadas por un espacio intercelular: una hendidura sináptica de unos 20 a 30 nm de ancho. A menudo, en la luz de esta brecha, se ve un material fibroso fino ubicado perpendicular a las membranas. La membrana en la zona de contacto sináptico de una célula se llama presináptica, la otra, que recibe el impulso, se llama postsináptica. En un microscopio electrónico, ambas membranas parecen densas y gruesas. Cerca de la membrana presináptica se detecta una gran cantidad de pequeñas vacuolas, vesículas sinápticas llenas de transmisores. Las vesículas sinápticas, en el momento del paso de un impulso nervioso, liberan su contenido en la hendidura sináptica. La membrana postsináptica a menudo parece más gruesa que las membranas normales debido a la acumulación de muchas fibrillas delgadas cerca de ella en el lado citoplasmático.

Plasmodesmas. Este tipo de comunicación intercelular se encuentra en las plantas. Los plasmodesmos son canales citoplasmáticos tubulares delgados que conectan dos células adyacentes (Fig. 15). El diámetro de estos canales suele ser de 20 a 40 nm. La membrana que limita estos canales pasa directamente a las membranas plasmáticas de las células vecinas.

Los plasmodesmos atraviesan la pared celular que separa las células. Así, en algunas células vegetales, los plasmodesmos conectan el hialoplasma de las células vecinas, por lo que formalmente no existe una demarcación completa, la separación del cuerpo de una célula de otra, sino que representa un sincitio: la unión de muchos territorios celulares con la ayuda de citoplasma. puentes.

Los elementos tubulares membranosos que conectan las cisternas del retículo endoplásmico de las células vecinas pueden penetrar dentro de los plasmodesmos. Los plasmodesmos se forman durante la división celular, cuando se construye la membrana celular primaria. En las células recién divididas, el número de plasmodesmos puede ser muy grande (hasta 1000 por célula); a medida que las células envejecen, su número disminuye debido a las rupturas al aumentar el espesor de la pared celular.

El papel funcional de los plasmodesmos es muy importante: con su ayuda se garantiza la circulación intercelular de soluciones que contienen nutrientes, iones y otros compuestos.

Las uniones estrechas se forman mediante conexiones punto a punto entre las membranas de las células vecinas a través de proteínas transmembrana. claudín Y ocludina, construidos en filas que pueden cruzarse para formar una especie de celosía o red en la superficie del chip.
Las uniones estrechas bloquean el movimiento de macromoléculas, líquidos e iones entre las células, asegurando así la función de barrera del epitelio y la regulación del transporte de sustancias a través de la capa epitelial.
Las uniones estrechas conectan las células del epitelio monocapa, especialmente las glandulares y las intestinales (células que recubren el tracto gastrointestinal y el sistema respiratorio). Se produce una unión estrecha entre todos los tipos de epitelio de una sola capa (endotelio, mesotelio, epéndimo).

Las uniones estrechas impiden el libre movimiento y la mezcla de proteínas intramembrana funcionalmente diferentes localizadas en el plasmalema de las superficies apical y basolateral de la célula, lo que ayuda a mantener su polaridad.
Las uniones estrechas parecen un cinturón de 0,1 a 0,5 µm de ancho que rodea la célula a lo largo del perímetro (generalmente en su polo apical).
Para mantener la integridad de estos compuestos, se requieren cationes divalentes Mg 2+ y Ca 2+. Los contactos pueden reorganizarse dinámicamente (debido a cambios en la expresión y el grado de polimerización de la ocludina) y abrirse temporalmente (por ejemplo, para la migración de leucocitos a través de los espacios intercelulares).

Contactos focales

Se encuentran en muchas células y se han estudiado especialmente en los fibroblastos.
Se construyen según el plan general con cintas adhesivas, pero se expresan en forma de pequeñas secciones: placas en el plasmalema. En este caso, las proteínas enlazadoras de integrinas transmembrana se unen específicamente a proteínas de la matriz extracelular (por ejemplo, fibronectina). En el lado citoplasmático, estas mismas glicoproteínas están asociadas con proteínas cercanas a la membrana, que incluyen la vinculina, que a su vez está asociada con un haz de filamentos de actina. La importancia funcional de los contactos focales es tanto anclar las células a las estructuras extracelulares como proporcionar un mecanismo que permita a las células moverse.

Contactos de ranura

Contactos de ranura– la brecha es de 2-4 nm, está formada por canales de proteínas que permiten el paso de sustancias de hasta 1 kDa.
Conexiones– canales ajustables, compuestos por 6 conexinas– subunidades de proteínas M=26-54 kDa.

Los canales se cierran cuando Ca 2+ ingresa a la célula debido a un daño. El intercambio de timina a través de conexiones durante la selección de células híbridas complica la selección, porque Dos conexiones de células vecinas forman un canal a través del cual la timina se transfiere de una célula a otra.
Las señales eléctricas y pequeñas moléculas reguladoras (por ejemplo, AMPc, InsP 3, adenosina, ADP y ATP) se transmiten a través de conexiones. Las conexinas son proteínas inestables que viven varias horas.
Presente en casi todas las células.
Hay 20 conexinas diferentes en ratones y 21 en humanos. Muchas células forman varios tipos de conexinas, que son capaces de polimerizarse en diversas combinaciones. Por ejemplo, los queratinocitos expresan Cx26, Cx30, Cx30.3, Cx31, Cx31.1 y Cx43; hepatocitos: Cx26 y Cx32; cardiomiocitos: Cx40, Cx43 y Cx45. Algunas conexinas pueden reemplazar a otras cuando mutan. Conexiones heteroméricas (que constan de diferentes conexinas) Cx26/Cx32 en las células del hígado, Cx46/Cx50 en el cristalino y conexiones Cx26/Cx30 en la cóclea.

¡La combinación de seis conexinas de dos tipos puede formar 14 variantes de conexones, a partir de las cuales se pueden formar 142 = 196 variantes diferentes de canales!

Diferentes tipos de conexiones humanas y de ratón.

Las conexinas son proteínas politópicas integrales de membrana que cruzan la membrana 4 veces, tienen dos bucles extracelulares (EL-1 y EL-2), un bucle citoplasmático (CL) con el extremo N (AT) y el extremo C (CT) que sobresalen hacia el citoplasma.
Las N- y E-cadherinas específicas garantizan la adhesión celular, lo que promueve la formación de canales entre células vecinas.
Proteínas que interactúan con las conexiones Cx43: v-, c-src quinasas, quinasa C, MAP quinasa, Cdc2 quinasa, caseína quinasa 1, quinasa A, ZO-2, ZO-1, b-catenina, Drebrin, a-, b-tubulina , caveolina-1, NOV, CIP85.
Varias proteínas pueden interactuar con las conexas, por ejemplo, las quinasas que fosforilan las conexas y cambian sus propiedades, lo que puede regular el funcionamiento del canal. Con conexiones
Las tubulinas (proteínas de microtúbulos) también interactúan, lo que puede facilitar el transporte de diversas sustancias a lo largo de los microtúbulos directamente al canal. La proteína drebrina interactúa con conexinas y microfilamentos, lo que indica la relación entre los canales y la organización del citoesqueleto celular.
Las conexiones pueden cerrarse bajo la influencia de la corriente, el pH, el voltaje de la membrana y el Ca2+.

Desmosomas

Desmosomas– conectan la membrana celular con filamentos intermedios, formando una red resistente al estiramiento.
filamentos de citoqueratina
filamentos de desmina
Placa de fijación Tiene forma de disco (diámetro ~0,5 μm y espesor 15 nm) y sirve como sitio de unión para los filamentos intermedios a la membrana plasmática.
Consiste en proteínas - desmoplaquina, placoglobina, desmocalmina.
brecha intercelular en la región del desmosoma, de 25 nm de ancho, está lleno de proteínas desmocolinas y desmogleínas, proteínas adhesivas de unión a Ca 2+ que interactúan con las placas de unión.

hemidesmosomas

hemidesmosomas– unir la parte basal de la membrana plasmática de las células epiteliales a la membrana basal.

contactos septados

Plasmodesmas

Este tipo de comunicación intercelular se encuentra en las plantas. Los plasmodesmos son canales citoplásmicos tubulares delgados que conectan dos células adyacentes. El diámetro de estos canales suele ser de 20 a 40 nm. La membrana que limita estos canales pasa directamente a las membranas plasmáticas de las células vecinas. Los plasmodesmos atraviesan la pared celular que separa las células.

Los elementos tubulares membranosos que conectan las cisternas del retículo endoplásmico de las células vecinas pueden penetrar dentro de los plasmodesmos.
Los plasmodesmos se forman durante la división celular, cuando se construye la membrana celular primaria. En las células recién divididas, el número de plasmodesmos puede ser muy grande (hasta 1000 por célula); a medida que las células envejecen, su número disminuye debido a las rupturas al aumentar el espesor de la pared celular.
Con la ayuda de los plasmodesmos, se garantiza la circulación intercelular de soluciones que contienen nutrientes, iones y otros compuestos. Las gotitas de lípidos pueden moverse a lo largo de los plasmodesmos, a través de los cuales las células se infectan con virus vegetales. Sin embargo, los experimentos muestran que el transporte libre a través de los plasmodesmos se limita a partículas con una masa de no más de 800 Da.

Interdigitación

Interdigitación- conexiones intercelulares formadas por protuberancias del citoplasma de algunas células, que sobresalen
en el citoplasma de otros. Debido a la interdigitación, aumenta la fuerza de la conexión celular y el área de su contacto.

Las uniones estrechas son un tipo de complejo de unión que se forma entre células epiteliales o endoteliales adyacentes.

Las uniones estrechas regulan el transporte de partículas entre células epiteliales

Las uniones estrechas mantienen la polaridad de las células epiteliales actuando como una "cerca" que previene la migración de proteínas de la membrana plasmática entre las regiones apical y basal.

Intercelular contactos Desempeñan un papel fundamental en la formación de organismos multicelulares y para garantizar su viabilidad. Se pueden formar tres tipos diferentes de complejos de contacto a lo largo de las superficies laterales de las células epiteliales y endoteliales adyacentes. En los vertebrados se trata de uniones estrechas, uniones adherentes y desmosomas. En los invertebrados, en lugar de un contacto estrecho, a menudo se produce un contacto septado. Las posiciones relativas de los contactos se muestran esquemáticamente en la siguiente figura.

Apoyan la existencia de áreas especializadas separadas en organismos multicelulares y regular el transporte de moléculas entre ellos. También protegen a las células del daño físico y químico. Analizaremos cada tipo de interacciones entre células, comenzando por las uniones estrechas.

Como se puede ver en la siguiente figura, una fotografía de una sección ultrafina de células en un microscopio electrónico de transmisión. juntas apretadas visibles como grupos de pequeños contactos (a veces llamados "besos"). Estos contactos existen entre las membranas laterales de las células vecinas ubicadas opuestas. Las proteínas del lado citoplasmático de la membrana adyacente a estos contactos aparecen como “nubes” densas en electrones. Los chips de suspensiones celulares congeladas muestran una imagen diferente, que muestra la distribución de la proteína en dos monocapas lipídicas separadas en el centro de la membrana plasmática.

Donde juntas apretadas Aparecen como una red entrelazada de finas fibrillas (o hilos) si las proteínas permanecen incrustadas en la membrana, o aparecen como una red de depresiones si las proteínas se pierden durante el proceso de escisión.

Juntas apretadas Tienen una composición molecular compleja. En la zona de estos contactos se encontraron más de 24 proteínas. Entre ellas, se han identificado tres tipos de proteínas transmembrana: claudinas, ocludinas y moléculas de adhesión a la unión (JAM). Las claudinas son las principales proteínas de las estructuras de uniones estrechas fibrilares. Los poros mencionados anteriormente se forman cuando los dominios extracelulares de las claudinas se organizan en bucles que forman canales selectivos en las fibrillas.

En los mamíferos, al menos 24 proteínas claudina, y sus diversas combinaciones forman canales con diferente permeabilidad a los iones. La transfección de genes de claudina en células que normalmente no los expresan da como resultado la formación de uniones estrechas. Las occludinas se copolimerizan lateralmente con las claudinas a lo largo de fibrillas de unión estrecha en dirección lateral, pero se desconoce su función precisa.

Tres proteína transmembrana estrechamente unido a nueve o más proteínas estructurales, incluida la actina. También son capaces de unirse episódicamente a más de doce proteínas de señalización. Esto sugiere que las uniones estrechas desempeñan un papel adicional como organizadores de señales presentes en la superficie celular, similar al complejo de adhesión focal en la superficie basal de las células.

muchos otros ardillas Las zonas de unión estrecha, como ZO-1, pertenecen a la familia de guanilato quinasa asociada a membrana (MAGUK) en su estructura primaria. Estas proteínas contienen tres dominios dispuestos en un orden característico. A través de estos dominios, se unen a muchos tipos de dianas proteicas, incluidas proteínas de señalización y elementos del citoesqueleto de actina. Algunas de las proteínas de unión estrecha también contienen un dominio PDZ, que les permite unirse entre sí. Los experimentos modelo in vitro utilizando formas intactas y truncadas de estas proteínas demostraron la posibilidad de la formación de sus diversas combinaciones en la zona de contacto.

Juntas apretadas desempeñan dos papeles importantes. En primer lugar, son estructuras moleculares que regulan el transporte paracelular (transporte de materiales que se produce en el espacio entre las células) en las capas epitelial y endotelial. (Anteriormente, se pensaba que funcionaban como barreras que bloqueaban (impedían) este transporte y, por lo tanto, las zonas de contacto se denominaban zonula occludens). De esta manera, las uniones estrechas se asemejan a un "filtro molecular" a través del cual pasan las moléculas del entorno celular. a medida que atraviesan los límites del epitelio y el endotelio.

Sin embargo, no todos los filtros son iguales, ya que cada tipo de tela requiere un filtro que pueda eliminar un conjunto específico de moléculas. Por ejemplo, en el caso del tejido renal, no es necesario eliminar las partículas de humo. De hecho, el rango de tamaños de partículas que pasan a través de uniones estrechas por difusión libre varía entre 4 y 40 A, dependiendo del tipo de tejido.

Barreras físicas al transporte de iones y otros. componentes solubles tienen una naturaleza diferente: los iones pasan instantáneamente, mientras que otros componentes solubles tardan minutos o incluso horas en pasar a través de un estrecho contacto. ¿Cómo se hace esto? Un modelo propuesto recientemente postula que la barrera de permeabilidad en la unión estrecha es creada por capas de poros que transportan cargas selectivas y forman una estructura de red que consta de estructuras frágiles en forma de hilos. Los iones pueden pasar a través de estos poros, pero para que pasen otros componentes solubles, se debe alterar la integridad de los filamentos.

A medida que los hilos se rompen y se vuelven a unir, el componente se mueve gradualmente a través de la barrera de contacto, como se muestra en la siguiente figura.

La segunda función de las uniones estrechas es que en términos estructurales y funcionales dividen la membrana plasmática de las células polarizadas en dos dominios. La superficie apical (de la palabra griega ápice - superior) es una parte de la membrana plasmática que está orientada hacia la cavidad o espacio en un lado de la capa epitelial. La superficie basal (o inferior) es el área del lado opuesto que está en contacto con la matriz extracelular.

Las superficies laterales forman " lados» entre estas dos áreas. rodean completamente las células epiteliales y endoteliales a lo largo de la superficie lateral a lo largo del borde de las zonas apical y lateral. Así, la célula se divide en dos regiones: dominios apical y basolateral. Estos dominios delimitan la superficie celular en una región "superior" y una región "base", que desempeñan diferentes funciones en el control del movimiento transcelular de los metabolitos. Aunque las proteínas de membrana pueden difundir en el plano de cada dominio, no migran de un dominio a otro a través de uniones estrechas.

En este sentido juntas apretadas como si desempeñaran el papel de una “valla”, gracias a la cual se mantiene una composición molecular única dentro de cada uno de los dos dominios de la membrana.

Aunque los mecanismos moleculares de esta barrera de difusión aún no han sido suficientemente estudiados, se han identificado dos complejo macromolecular individual, desempeñando un papel importante en la formación y mantenimiento de la distribución polar de las proteínas de la membrana plasmática en las células epiteliales y endoteliales. Los cambios en la expresión de cualquiera de estas proteínas hacen que la célula pierda polaridad. Estos complejos se encuentran en uniones estrechas y están directamente asociados con proteínas que forman parte de las estructuras de red analizadas anteriormente.

Los tejidos epiteliales realizan funciones de barrera y transporte, para ello deben poder pasar algunas sustancias y retener otras. Esta permeabilidad selectiva la proporcionan con éxito las membranas celulares; sin embargo, entre las células quedan espacios a través de los cuales puede pasar el llamado transporte paracelular (paracelular). Transporte paracelular). La función de las uniones estrechas es limitar y regular la difusión paracelular: impiden el flujo de líquido tisular a través del epitelio, pero, si es necesario, pueden ser permeables a iones, pequeñas moléculas hidrófilas e incluso macromoléculas. Además, las uniones estrechas realizan la llamada función de "cerca"; evitan la difusión de los componentes de la membrana en su capa externa, manteniendo así la diferencia en la composición de las membranas apical y basolateral. Las uniones estrechas participan en las vías de señalización que regulan la proliferación, polarización y diferenciación de las células epiteliales.

El análogo de las uniones estrechas en los invertebrados son las uniones septadas.

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Ictericia: causas, tratamiento y patología

Estructura y composición molecular.

Las uniones estrechas consisten en bandas delgadas que se cruzan y rodean completamente la célula y hacen contacto con bandas similares en las células vecinas. En las micrografías electrónicas se observa que en zonas de uniones estrechas las membranas entran en contacto entre sí o incluso se fusionan. La combinación de la técnica de congelación-escisión con microscopía electrónica de alta resolución reveló que las películas de unión estrecha están compuestas de partículas de proteína de 3 a 4 nm de diámetro que sobresalen de ambas superficies de la membrana. El hecho de que las proteínas desempeñan un papel clave en la formación de uniones estrechas también se evidencia en la división celular bajo la acción de la enzima proteolítica tripsina.

En total, las uniones cercanas incluyen alrededor de 40 proteínas diferentes, tanto de membrana como citoplasmáticas. Estos últimos son necesarios para la unión, regulación y señalización de los filamentos de actina.

Proteínas de membrana

Las proteínas de unión estrecha de membrana se pueden dividir en dos grupos: las que cruzan la membrana 4 veces y las que la cruzan solo una vez. El primer grupo está muy extendido e incluye las proteínas claudinas, occludinas y tricelulina. Tienen características estructurales comunes, en particular, tienen cuatro dominios transmembrana de hélice α, los extremos N y C miran al citosol y los dominios que sobresalen en el espacio intercelular están involucrados en interacciones homo o heterófilas con proteínas similares en el celda vecina.

Las principales proteínas de las uniones estrechas son las claudinas (lat. claudo). Su papel se demostró en ratones que carecen del gen claudina-1; en la epidermis de estos animales no se forman uniones estrechas y mueren al día siguiente de nacer debido a la deshidratación debida a la intensa evaporación. Las claudinas también participan en la formación de canales selectivos para el transporte de iones. En el genoma humano existen genes para al menos 24 claudinas diferentes, que se expresan de forma específica para cada tejido.

Las segundas proteínas más comunes en las uniones estrechas son las occludinas (del latín ocludo - cerrar), que regulan el transporte de pequeñas moléculas hidrófilas y el paso de los neutrófilos a través del epitelio. Las concentraciones más altas de la tercera proteína, la tricelulina, se observan en los puntos de contacto de tres células.

Proteínas citoplasmáticas

La placa citoplasmática de uniones estrechas es necesaria para su unión a los filamentos de actina, la regulación de la adhesión celular y el transporte paracelular, así como para la transmisión de señales desde la superficie a la célula. Consiste en proteínas adaptadoras, estructurales y citoesqueléticas, así como elementos de las vías de señalización (quinasas, fosfatasas). La proteína más estudiada de la placa citoplasmática es ZO-1, tiene varios dominios de interacción proteína-proteína, cada uno de los cuales proporciona contacto con otros componentes, incluidos tres dominios PDZ (ing. PSD95–DlgA–ZO-1) - con claudinas y otras proteínas adaptadoras - ZO-2 y ZO -3, Dominio GUK (ing. homología de guanilato quinasa) - con ocludinas y dominio SH3 - con proteínas de señalización.

También asociados con el lado citoplasmático de las uniones estrechas están los complejos proteicos PAR3/PAR6 y Pals1/PATJ, que son necesarios para establecer la polaridad celular y la morfogénesis epitelial.

Funciones

Los primeros estudios sobre las funciones de las uniones estrechas llevaron a la idea de que eran estructuras estáticas e impermeables necesarias para limitar la difusión de sustancias entre las células. Posteriormente se descubrió que son selectivamente permeables y que su permeabilidad difiere en diferentes tejidos y puede regularse. También se ha establecido otra función de las uniones estrechas: su papel en el mantenimiento de la polaridad celular al limitar la difusión de lípidos y proteínas en la capa externa de la membrana plasmática. En la primera década del siglo XXI, también se ha acumulado evidencia que indica la participación de estas estructuras en las vías de señalización, en particular las que regulan la proliferación y la polaridad.

Regulación del transporte paracelular.

La impermeabilidad de las uniones estrechas en la mayoría de los compuestos solubles en agua se puede demostrar inyectando hidróxido de lantano (una solución coloidal densa en electrones) en los vasos sanguíneos del páncreas. Unos minutos después de la inyección, las células acinares se fijan y a partir de ellas se preparan preparaciones para microscopía. En este caso, se puede observar que el hidróxido de lantano se difunde desde la sangre hacia el espacio entre las superficies laterales de las células, pero no puede penetrar las uniones estrechas en su parte superior. Otros experimentos han demostrado que las uniones estrechas también son impermeables a las sales. Por ejemplo, cuando los riñones de un perro MDCK (ing. riñón canino Madin-Darby) se cultivan en un ambiente con una concentración de calcio muy baja, forman una monocapa, pero no se combinan entre sí mediante uniones estrechas. Las sales y los líquidos pueden moverse libremente a través de dicha monocapa. Si se agrega calcio al cultivo, se forman uniones estrechas en una hora y la capa se vuelve impermeable a los líquidos.

Sin embargo, no todos los tejidos tienen uniones estrechas que sean completamente impermeables; existen los llamados epitelios permeables. Por ejemplo, el epitelio del intestino delgado deja pasar 1.000 veces más iones Na+ que el epitelio de los túbulos renales. Los iones penetran a través de poros paracelulares con un diámetro de 4, selectivos en cuanto a carga y tamaño de partícula, que están formados por proteínas claudina. Dado que los epitelios de diferentes órganos expresan diferentes conjuntos de claudinas, su permeabilidad a los iones también difiere. Por ejemplo, una claudina específica, presente únicamente en los riñones, permite el paso de iones de magnesio durante la reabsorción.

El espacio intercelular del epitelio también puede ser permeable a partículas grandes, por ejemplo, al repetir el experimento mencionado con hidróxido de lantano en el tejido epitelial del intestino delgado de un conejo, se puede observar el paso de partículas coloidales entre las células. Las moléculas grandes se transportan a través de vías de fuga especiales con un diámetro de más de 60 Å. Esto es importante, por ejemplo, para los procesos de absorción de aminoácidos y monosacáridos, cuya concentración en el intestino delgado aumenta después de comer lo suficiente para su transporte pasivo.

Mantener la distinción entre membranas apicales y basolaterales.

Si se añaden liposomas que contienen glicoproteínas marcadas fluorescentemente al medio en contacto con la parte apical de la monocapa de células MDCK, algunos de ellos se fusionan espontáneamente con las membranas celulares. Después de esto, se puede detectar fluorescencia en la parte apical, pero no en la basolateral de las células, siempre que las uniones estrechas estén intactas. Si se destruyen eliminando el calcio del medio, las proteínas fluorescentes se difunden y se distribuyen uniformemente por toda la superficie de la célula.

Enfermedades asociadas con uniones estrechas.

Algunos trastornos humanos hereditarios están asociados con una formación deficiente de uniones estrechas, como las mutaciones en los genes claudina-16 y claudina-19, que provocan hipomagnesemia debido a la pérdida excesiva de magnesio en la orina. Las mutaciones en los genes claudina-13 y tricelulina causan sordera hereditaria. La desregulación de varias proteínas de unión estrecha está asociada con el cáncer; por ejemplo, la expresión de ZO-1 y ZO-2 está reducida en muchos tipos de cáncer. Los componentes de contactos cercanos también pueden ser objetivos de virus oncogénicos.

Algunos virus utilizan proteínas de unión estrecha de membrana para ingresar a las células; en particular, la claudina-1 es un correceptor del virus de la hepatitis C. Otros virus se unen a proteínas de unión estrecha para romper la barrera que los separa de sus receptores reales en la capa basolateral de células epiteliales o células no epiteliales.

Las uniones estrechas también pueden ser un objetivo para patógenos bacterianos, por ejemplo Clostridium perfringens, el agente causante de la gangrena gaseosa, secreta enterotoxina ( Inglés), que actúa sobre los dominios extracelulares de las claudinas y occludinas de membrana y provoca fuga epitelial. Helicobacter pylori, el agente causante de la gastritis, introduce en las células la proteína CagA, que interactúa con el complejo ZO-1-JAM-A, se cree que esto ayuda a la bacteria a superar la barrera protectora del epitelio gástrico.

Contacto estrecho: las capas bilipídicas de las membranas de las células vecinas entran en contacto. En el área de la zona de unión estrecha, prácticamente no pasan sustancias entre las células.

Los contactos celulares constantes mantienen unidas las células de la capa de células epiteliales de tal manera que incluso las moléculas más pequeñas no pueden fluir de un lado a otro de la capa. La movilidad lateral de muchas proteínas de membrana es limitada. La limitación de la movilidad se logra mediante barreras formadas con la participación de cruces estrechos.

Los clones de tejidos epiteliales (epitelio) funcionan como barreras selectivamente permeables que separan fluidos con diferentes composiciones químicas a cada lado de la capa. Las uniones estrechas desempeñan dos funciones en el desempeño de esta función.

El transporte transcelular realizado por las células epiteliales (por ejemplo, nutrientes desde la cavidad del intestino delgado hacia el líquido intracelular del otro lado de la capa) depende de dos grupos de proteínas transportadoras de membrana: una se encuentra en el apical (frente a la cavidad ) superficie de la célula y transporta activamente moléculas individuales al interior de la célula; el otro está ubicado en la superficie basolateral de la célula y permite que las mismas moléculas abandonen la célula mediante difusión facilitada. Para mantener este transporte direccional, no debe haber movimiento de proteínas transportadoras apicales hacia la superficie basolateral y viceversa.

Además, los espacios entre las células epiteliales deben sellarse para que las moléculas transportadas no puedan regresar a la cavidad a través de los espacios intercelulares.

Las uniones estrechas realizan estas dos funciones: barreras a la difusión de proteínas de membrana entre las superficies apical y basolateral y mantienen unidas a las células vecinas para que las moléculas solubles en agua no puedan fluir al otro lado de la capa. Al mismo tiempo, las uniones estrechas son impermeables a las macromoléculas y su permeabilidad a las moléculas pequeñas varía mucho en los diferentes epitelios. Las células epiteliales pueden modificar temporalmente las uniones estrechas para permitir un mayor flujo de líquido a través de los espacios en las barreras de las uniones. Este transporte paracelular es especialmente importante durante la absorción de aminoácidos y monosacáridos de la cavidad del intestino delgado.

El elemento más importante en la estructura de las barreras epiteliales y endoteliales selectivamente permeables son las uniones estrechas. La permeabilidad selectiva varía de un tejido a otro, permitiendo el paso de células enteras y macromoléculas, o sólo de protones e iones. La unión estrecha aparece como un cinturón de hilos de sujeción entretejidos que rodea completamente el extremo apical de cada célula de la capa epitelial. Se cree que los filamentos de unión consisten en largas filas de proteínas transmembrana específicas en cada una de las dos membranas plasmáticas que interactúan, que se unen directamente entre sí, lo que resulta en la oclusión del espacio intercelular. La proteína integral de la membrana de la unión estrecha resultó ser la ocludina (interactúa con dos proteínas citoplasmáticas, ZO-1 y ZO-2 (oclusión de la zónula 1, 2). Su función no está del todo clara. Quizás su función sea localizar la ocludina. en los sitios entre las células de las superficies apical y basolateral. También se encontraron varias proteínas asociadas al citoesqueleto en áreas de uniones estrechas, entre ellas, zingulina, antígeno y actina (según la microscopía electrónica, los filamentos de actina constan de dos cadenas de moléculas globulares, de 4 nm de diámetro y formando una doble hélice, cada vuelta de la cual contiene 13,5 moléculas). Estas cadenas forman la base de finos filamentos de los músculos esqueléticos, que, además de actina, también contienen varias otras proteínas; la actina globular tiene un peso molecular de aproximadamente 42 kDa Contiene una cadena polipeptídica que consta de 375 o 374 residuos de aminoácidos, las diferencias en las secuencias de aminoácidos de diferentes actinas, tanto dentro de una especie como entre especies, son extremadamente insignificantes. No constituyen más de 25 sustituciones de aminoácidos; Actualmente, en los vertebrados se distinguen 6 isoformas de actina, según el punto isoeléctrico, se dividen en 3 clases: alfa, beta y gamma; Las actinas beta y gamma son características de las células no musculares y las actinas alfa son características de las células musculares). Ras juega un papel en la regulación del funcionamiento de las uniones estrechas. Por tanto, las células aparentemente tienen mecanismos similares para la construcción y regulación de estructuras de adhesión, y estos mecanismos están estrechamente relacionados con cambios en el citoesqueleto. Sin embargo, aún no está del todo claro cómo afectan los reordenamientos del citoesqueleto a los procesos de adhesión intercelular. Los mecanismos de adhesión y señalización intercelular están estrechamente relacionados con el conocido fenómeno de la inhibición del contacto, cuya naturaleza aún no se comprende completamente.