Jump to content

Модуляция щелевого перехода

Строение и расположение щелевых контактов на клеточных мембранах.

Модуляция щелевых соединений описывает функциональное манипулирование щелевыми соединениями , специализированными каналами, которые обеспечивают прямую электрическую и химическую связь между клетками без экспорта материала из цитоплазмы . [1] Щелевые контакты играют важную регуляторную роль в различных физиологических процессах, включая распространение сигналов в мышцах и тканевый гомеостаз печени сердечных . Модуляция необходима, поскольку щелевые соединения должны реагировать на окружающую среду, будь то посредством повышенной экспрессии или проницаемости. Нарушение или изменение модуляции может иметь серьезные последствия для здоровья и связано с патогенезом печени, сердца и кишечника . [2] [3] [4]

Модуляция достигается с помощью эндогенных химических веществ, факторов роста , гормонов и белков , которые влияют на экспрессию, структуру, деградацию и проницаемость щелевых соединений. Естественные формы модуляции включают стробирование напряжения и химическую модуляцию. Управление напряжением — это относительно быстрая модуляция, разделяемая на управление Vj и медленное управление напряжением, на которые дополнительно влияют кальция ионы (Ca 2+ ), pH и кальмодулин . [1] [5] Химическая модуляция влечет за собой добавление или удаление функциональной группы или белка из субъединиц коннексина щелевых соединений; это может изменить выражение и структуру щелевого соединения. [6]

стробирование напряжения

[ редактировать ]

Молекулярная структура щелевых контактов делает их чувствительными и чувствительными к межклеточным токам. [7] Эта чувствительность позволяет каналу изменять свой размер и структуру в соответствии с электрическими сигналами. Два типа стробирования напряжения: Vj стробирования и стробирования медленного напряжения, схожи по своим механизмам, но реагируют на разные электрические величины. [7] Электрические сигналы, которые модулируют щелевые переходы, высвобождают Ca. 2+ который вызывает положительную обратную связь со стробированием напряжения. [8] На эту модуляцию кальция также влияют pH и кальмодулин. [8]

Механизмы

[ редактировать ]

VJ стробирование

[ редактировать ]

Затвор Vj определяет размер щелевого перехода и способен уменьшить размер канала до 40% по сравнению с его полностью открытым состоянием. [1] [7] Чувствительность к напряжению в значительной степени объясняется цитоплазматическим NH2-концом щелевого перехода , который реагирует на небольшие напряжения (2-3 мВ). [7] [9] Модуляция стробирования напряжения связана с зарядом коннексина ; Положительно заряженный коннексин закрывается при гиперполяризации , а отрицательно заряженный коннексин закрывается при деполяризации . [7] Помимо заряда коннексина, ворота Vj также регулируются различными концентрациями Ca. 2+ , Ч + и кальмодулин. [8]

Медленное стробирование напряжения

[ редактировать ]

Предполагается, что вентилирование медленного напряжения похоже на вентилирование Vj с точки зрения механизма, но, в отличие от стробирования Vj, полностью закрывает канал в непроводящее состояние. [7] Эта модуляция медленнее, чем предыдущий метод стробирования, поскольку она происходит в ответ на стробирование Vj. [7] Временное регулирование напряжения также зависит от более высокого напряжения (10-30 мВ), [7] различные природные факторы, такие как липофилы и низкий уровень pH, а также стыковка двух полуканалов . [7] Точные механизмы как Vj-гейтирования, так и медленного напряжения остаются неизвестными, но предполагается, что изменение заряда заставляет цитоплазматический NH2-концевой домен перемещаться по направлению к цитоплазме , уменьшая размер пор. [7]

Кальций существует в организмах в форме иона Ca 2+ , и является эффективным модулятором щелевых переходов, имеющим тесную связь со стробированием напряжения. Увеличение внутриклеточной концентрации ионов кальция более 500 нМ приводит к проницаемости плазматических мембран . быстрому снижению [5] Известно, что такая модуляция посредством кальция является защитной, поскольку она предотвращает индукцию мертвыми клетками апоптоза в соседних клетках. [10] Тем не менее, высокий Ca 2+ концентрация наблюдается редко, так как этот метод пропускания является самоблокирующимся. [8] Что 2+ Концентрации являются решающим фактором, определяющим стробирование напряжения, поскольку приток и движение Ca 2+ необходим для деполяризации. [8]

На проницаемость щелевых соединений дополнительно влияет pH окружающей среды. Чувствительность к pH зависит от типа коннексина, составляющего щелевой переход, но каналы обычно закрываются при pH 6,4–6,2. [8] [10] В слабой кислой среде каналы щелевого перехода остаются закрытыми, несмотря на изменения напряжения, тогда как в сильной кислой среде каналы открываются под действием напряжения, но немедленно закрываются.

Отчеты также указывают на синергетическую связь между ионами водорода и внутриклеточной концентрацией кальция в снижении проницаемости щелевых соединений. [8] [10] Исследования сердечных клеток показали, что ацидоз, снижение pH, сам по себе оказывает ограниченное влияние на уменьшение диффузии красителя между клетками; снижение значительно увеличивалось с увеличением внутриклеточной концентрации кальция. [8]

Кальмодулин

[ редактировать ]

Кальмодулин (CaM) представляет собой белок, состоящий из 148 аминокислот , который играет как промежуточную, так и прямую роль в сдерживании щелевых соединений. [6] [8] Кальмодулин действует как регулятор мембранных каналов, включая малые и промежуточные Ca. 2+ -активированные калиевые ионные каналы L-типа , Ca 2+ каналы , P/Q-тип Ca 2+ каналы и натриевые ионные каналы . [8] Все эти мембранные каналы могут дополнительно влиять на концентрации катионов , определяя электрохимический градиент клеточной мембраны и влияя на управление напряжением. [8]

Кальмодулин также действует непосредственно на щелевые соединения посредством двух своих Ca 2+ сайты связывания. [8] [10] При связывании Са 2+ кальмодулин претерпевает конформационные изменения, которые в конечном итоге блокируют канал щелевого соединения, предотвращая прохождение цитоплазматического материала. [8] Аналогичным образом, в то время как ингибирование экспрессии кальмодулина увеличивает вероятность закрытия щелевых соединений, антагонисты СаМ и блокаторы СаМ способствуют открытию щелевых соединений. [5] [8]

Химическая модификация

[ редактировать ]

Химическая модификация происходит в белках коннексина после их трансляции и обычно включает изменения в фосфорилировании и убиквитинировании , хотя нитрозилирование , дезамидирование и гидроксилирование модифицируют процессы. также было отмечено, что [10] Последствия химической модификации широко варьируются в зависимости от функциональной группы или белка и задействованных белков коннексина. добавленной [10] Обычно изменения происходят в развитии и жизненном цикле белка коннексина или в воротах и ​​структуре самих щелевых соединений. [10]

Механизмы

[ редактировать ]

фосфорилирование

[ редактировать ]

Фосфорилирование , добавление фосфатной группы, играет важную роль в регулировании как щелевых соединений, так и субъединиц, которые их образуют. Белок щелевого соединения коннексин обычно имеет несколько сайтов фосфорилирования (у коннексина Cx43 их 21). [11] [12] Связывание фосфата с этими сайтами может вызывать различные эффекты, влияющие на аспекты жизненного цикла белка. [11] Например, фосфорилирование сайтов фосфорилирования Cx43 способствует его транспортировке из аппарата Гольджи в плазматическую мембрану . [11] Последующая олигомеризация этого белка в полуканалы и полуканалы в щелевые контакты также индуцируются фосфорилированием. [12] Аналогично, деградация может быть инициирована фосфорилированием, а также изменениями в воротном механизме, который определяет проницаемость щелевых соединений. [13]

Фосфорилирование щелевых соединений и их субъединиц обычно достигается с помощью протеинкиназ — ферментов, которые добавляют фосфаты к аминокислотам белков. [11] [12] [13] Серин/треониновые киназы , которые фосфорилируют гидроксильную группу остатков серина или треонина, составляют основную часть киназ фосфорилирования коннексина. К ним относятся протеинкиназа C (PKC), протеинкиназа G (PKG), Ca2+/кальмодулин-зависимая киназа II (CaMKII), цАМФ-зависимая протеинкиназа A (PKA), MAP-киназа (MAPK) и казеинкиназа (CK). [11] Киназа Src представляет собой одинокую тирозинкиназу , которая, как было обнаружено, фосфорилирует коннексины. [11] Протеинкиназы различаются по своим целевым соединениям, конкретным местам фосфорилирования и эффекту фосфорилирования. [11]

Например, фосфорилирование PKA влияет как на активность гемиканалов, так и на активность коннексина. [11] Здесь активность полуканалов нейронов подавляется за счет снижения проницаемости, в то время как на коннексины влияет повышенный транспорт и сборка в щелевые соединения. Активность ПКА во многом связана с повышенной концентрацией цАМФ . [11] С другой стороны, фосфорилирование PKB может предотвращать связывание белка zonula occludens-1 , что приводит к увеличению размера щелевого соединения и проницаемости полуканалов. [11] Его активность обычно является ответом на физиологические изменения, такие как ранение или гипоксия . [11]

Убиквитинирование

[ редактировать ]

Убиквитин представляет собой небольшой долгоживущий глобулярный белок, который ковалентно связывается с остатками лизина белков-мишеней в процессе, известном как убиквитинирование. [14] Подобно фосфорилированию, он действует как посттрансляционный регулятор для многих белков, включая коннексин. [14] Было замечено, что убиквитинирование наиболее активно участвует в заключительных стадиях жизненного цикла белка коннексина, регулируя как эндоцитоз щелевых соединений , так и деградацию коннексина. [15] Однако детали конкретных путей и задействованных белков все еще изучаются.

Отдельные эффекты убиквитинирования, как правило, широко варьируются в зависимости от тканей и субклеточного местоположения, где оно происходит, а также от типа вовлеченного убиквитина. [15] Например, вновь синтезированный Cx43 в эндоплазматическом ретикулуме может подвергаться полиубиквитинированию, что приводит к распознаванию протеасомами , которые осуществляют деградацию белков, ассоциированных с эндоплазматическим ретикулумом (ERAD). [15] Убиквитинирование Cx43, который находится на плазматической мембране и организован в щелевые соединения, приведет к интернализации или эндоцитозу с последующей деградацией Cx43 лизосомами. [15]

Нитрозилирование

[ редактировать ]

Было продемонстрировано, что нитрозилирование , добавление группы оксида азота (NO), играет существенную роль в возникновении посттрансляционных модификаций как белков щелевых соединений, так и полуканалов. [16] Нитрозилирование может быть индуцировано либо белками коннексина, либо белками, которые дополнительно регулируют коннексин, такими как киназы. Типом нитрозилирования является S-нитрозилирование, присоединение группы оксида азота к цистеинтиолу белка. [17]

Эксперименты, касающиеся S-нитрозилирования и жизненного цикла щелевых соединений, предполагают, что он играет роль в регуляции движения полуканалов и формировании щелевых соединений; Добавление NO быстро увеличивало уровень коннексина Cx40 и Cx43 на плазматической мембране, а также образование щелевых контактов в эндотелиальных клетках. [17] Механизм этого явления до сих пор неизвестен, но считается, что прооксидантные условия, индуцированные NO, модулируют свойства аппарата Гольджи , который отвечает за модификацию и сортировку белков. [17]

[ редактировать ]
Положение щелевых соединений в волокнах сердечной мышцы.

Аритмогенная кардиомиопатия

[ редактировать ]

Электрическая связь между сердечными клетками имеет решающее значение для здоровья сердца, позволяя волокнам сердечной мышцы нормально сокращаться. Эта связь осуществляется посредством щелевых соединений. [18] Щелевые соединения позволяют пассивную диффузию материалов, таких как ионы, через цитоплазму одной клетки в другую; это соединение обеспечивает правильное распространение электрических импульсов по сердечным клеткам. [18]

Генетическое заболевание сердца, аритмогенная кардиомиопатия (АКМ), характеризуется снижением экспрессии/количества щелевых соединений сердца, что в дальнейшем может привести к нарушению функции и желудочковой аритмии. [18] Это заболевание возникает в результате изменения экспрессии белков, включая нейронный кадгерин (CDH2) и плакофилин-2 (PKP2), которые естественным образом способствуют экспрессии щелевых соединений. [18] Обнаружено, что снижение CDH2 снижает экспрессию коннексина 43 (Cx43), основного белка, который способствует синтезу щелевых соединений, что дополнительно приводит к снижению скорости проведения электрических импульсов. [18] Снижение PKP2 также ограничивает экспрессию Cx43, но только с одновременным снижением снижения N-кадгерина. [18]

Заболевания печени

[ редактировать ]

Поскольку щелевые контакты играют важную роль в регуляции гомеостаза печени, аномальная экспрессия щелевых соединений может быть основным фактором, способствующим печеночной недостаточности . [19] Возьмем , к примеру, цирроз печени и острую печеночную недостаточность (ACLF). Повышенная экспрессия печеночного коннексина 43 связана с тяжелым воспалением . [19] Условия ухудшаются, поскольку повышенная экспрессия Cx43 быстро передает сигналы смерти соседним клеткам, заставляя их подвергаться апоптозу. [19]

Желудочно-кишечные заболевания

[ редактировать ]

Как и в случае с сердцем, щелевые контакты играют важную роль в передаче электрических сигналов в кишечнике. [20] Электрические сигналы необходимы для синхронизации гладких мышц , буферизации концентрации субстрата и опосредования воспаления. [20] Таким образом, дисфункция щелевых соединений приводит к многочисленным симптомам, таким как желудочно-кишечные инфекции и воспалительные заболевания кишечника . [20]

Патогенез щелевых соединений варьируется в зависимости от заболевания. При воспалительных заболеваниях кишечника снижение экспрессии щелевых соединений разрушает соединительные комплексы между клетками кишечника, что приводит к таким симптомам, как диарея и внутренние спазмы. [20] Меньше известно о механизме патогенеза щелевых соединений при желудочно-кишечных инфекциях, но корреляция очевидна: инфекции характеризуются повышенным уровнем Cx43 и их аномальной локализацией. [20]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с «Клетка – Щелевые контакты» . Британская энциклопедия . Проверено 27 апреля 2020 г.
  2. ^ Нурман, Мартье; ван дер Хейден, Марсель АГ; ван Вин, Toon AB; Кокс, Моник GPJ; Хауэр, Ричард Н.В.; де Баккер, Жак М.Т.; ван Риен, Гарольд В.М. (1 апреля 2009 г.). «Сердечные межклеточные соединения в здоровье и болезни: электрическая и механическая связь». Журнал молекулярной и клеточной кардиологии . 47 (1): 23–31. дои : 10.1016/j.yjmcc.2009.03.016 . ISSN   0022-2828 . ПМИД   19344726 .
  3. ^ Хоугланд, Дэниел Т.; Сантос, Вебстер; Пельцинг, Стивен; Гурди, Роберт Г. (01 июля 2019 г.). «Роль промежности щелевого перехода в сердечной проводимости: потенциал в качестве новой мишени для антиаритмических препаратов» . Прогресс биофизики и молекулярной биологии . Физика встречается с медициной – в центре активной материи. 144 : 41–50. doi : 10.1016/j.pbiomolbio.2018.08.003 . ISSN   0079-6107 . ПМК   6422736 . ПМИД   30241906 .
  4. ^ Эрнандес-Герра, Мануэль; Хаджиамби, Анна; Джалан, Раджив (29 декабря 2018 г.). «Щелевые соединения при заболеваниях печени: значение для патогенеза и терапии» . Журнал гепатологии . 70 (4): 759–772. дои : 10.1016/j.jhep.2018.12.023 . ISSN   0168-8278 . ПМИД   30599172 .
  5. ^ Jump up to: а б с Пераккья, Камилло (16 февраля 2019 г.). Структура щелевого соединения и химическая регуляция: прямая роль кальмодулина в открытии межклеточных каналов . Лондон, Великобритания. ISBN  978-0-12-816380-1 . OCLC   1086610350 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  6. ^ Jump up to: а б Сегретен, Доминик; Фальк, Матиас М. (23 марта 2004 г.). «Регуляция биосинтеза, сборки, образования и удаления щелевых соединений коннексина». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1662 (1–2): 3–21. дои : 10.1016/j.bbamem.2004.01.007 . ПМИД   15033576 .
  7. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Харрис, Эндрю Л. (1 февраля 2002 г.). «Измерение напряжения и выпрямление подсостояния» . Журнал общей физиологии . 119 (2): 165–170. дои : 10.1085/jgp.119.2.165 . ISSN   1540-7748 . ПМК   2233797 . ПМИД   11815666 .
  8. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Пераккья, Камилло (23 марта 2004 г.). «Химическое стробирование каналов щелевого соединения». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1662 (1–2): 61–80. дои : 10.1016/j.bbamem.2003.10.020 . ПМИД   15033579 .
  9. ^ Бринк, Питер (1 июля 2000 г.). «Зависимость напряжения на щелевом переходе» . Журнал общей физиологии . 116 (1): 11–12. дои : 10.1085/jgp.116.1.11 . ISSN   0022-1295 . ПМК   2229614 . ПМИД   10871636 .
  10. ^ Jump up to: а б с д и ж г Нильсен, Мортен Шак; Найгаард Аксельсен, Лен; Сорген, Пол Л.; Верма, Вандана; Дельмар, Марио; Гольштейн-Ратлу, Нильс-Хенрик (01 июля 2012 г.), Терджунг, Рональд (редактор), «Разрывные соединения», Комплексная физиология , 2 (3), John Wiley & Sons, Inc.: 1981–2035, doi : 10.1002/cphy.c110051 , ISBN  978-0-470-65071-4 , ПМЦ   3821273 , ПМИД   23723031
  11. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Погода, Кристин; Камерич, Петра; Ретамал, Маурисио А.; Вега, Хосе Л. (24 мая 2016 г.). «Регуляция каналов щелевых соединений и полуканалов посредством фосфорилирования и окислительно-восстановительных изменений: пересмотр» . Клеточная биология BMC . 17 (S1): 11. дои : 10.1186/s12860-016-0099-3 . ISSN   1471-2121 . ПМЦ   4896245 . ПМИД   27229925 .
  12. ^ Jump up to: а б с Солан, Джоэл Л.; Лампе, Пол Д. (10 июня 2005 г.). «Фосфорилирование коннексина как регуляторное событие, связанное со сборкой канала щелевого соединения». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1711 (2): 154–163. дои : 10.1016/j.bbamem.2004.09.013 . ПМИД   15955300 .
  13. ^ Jump up to: а б Лэрд, Дейл В. (10 июня 2005 г.). «Фосфорилирование коннексина как регуляторное событие, связанное с интернализацией и деградацией щелевых соединений». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1711 (2): 172–182. дои : 10.1016/j.bbamem.2004.09.009 . ПМИД   15955302 .
  14. ^ Jump up to: а б Лейт, Эдвард; Риведал, Эдгар (14 ноября 2007 г.). «Убиквитинирование белков щелевых соединений». Журнал мембранной биологии . 217 (1–3): 43–51. дои : 10.1007/s00232-007-9050-z . ISSN   0022-2631 . ПМИД   17657522 . S2CID   25811352 .
  15. ^ Jump up to: а б с д Кенсет, Ане; Фикеруд, Тоне; Риведал, Эдгар; Лейт, Эдвард (04 марта 2010 г.). «Регуляция межклеточной коммуникации щелевых соединений с помощью убиквитиновой системы». Сотовая сигнализация . 22 (9): 1267–1273. doi : 10.1016/j.cellsig.2010.03.005 . ПМИД   20206687 .
  16. ^ Гарсия, Исаак Э.; Санчес, Хельмут А.; Мартинес, Агустин Д.; Ретамал, Маурисио А. (07 октября 2017 г.). «Редокса-опосредованная регуляция белков коннексина; фокус на оксиде азота» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1860 (1): 91–95. дои : 10.1016/j.bbamem.2017.10.006 . ПМИД   29017810 .
  17. ^ Jump up to: а б с Лофт-Уилсон, Колорадо; Бийо, М.; Джонстон, СР; Штрауб, AC; Исаксон, Бельгия (28 июля 2011 г.). «Взаимодействие между передачей сигналов оксида азота и щелевыми соединениями: влияние на функцию сосудов» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1818 (8): 1895–1902. дои : 10.1016/j.bbamem.2011.07.031 . ПМК   3229654 . ПМИД   21835160 .
  18. ^ Jump up to: а б с д и ж Нурман, Мартье; ван дер Хейден, Марсель АГ; ван Вин, Toon AB; Кокс, Моник GPJ; Хауэр, Ричард Н.В.; де Баккер, Жак М.Т.; ван Риен, Гарольд В.М. (1 апреля 2009 г.). «Сердечные межклеточные соединения в здоровье и болезни: электрическая и механическая связь». Журнал молекулярной и клеточной кардиологии . 47 (1): 23–31. дои : 10.1016/j.yjmcc.2009.03.016 . ПМИД   19344726 .
  19. ^ Jump up to: а б с Эрнандес-Герра, Мануэль; Хаджиамби, Анна; Джалан, Раджив (29 декабря 2018 г.). «Щелевые соединения при заболеваниях печени: значение для патогенеза и терапии» . Журнал гепатологии . 70 (4): 759–772. дои : 10.1016/j.jhep.2018.12.023 . ПМИД   30599172 .
  20. ^ Jump up to: а б с д и Вонг, Джереми; Чопра, Жасмин; Чан, Лоррейн Лок Винг; Лю, Тонг; Эй, Джеффри; Ву, Уильям К.К.; Це, Гэри; Вонг, Санни Хэй (15 февраля 2019 г.). «Роль коннексинов при желудочно-кишечных заболеваниях» . Журнал молекулярной биологии . 431 (4): 643–652. дои : 10.1016/j.jmb.2019.01.007 . ISSN   0022-2836 . ПМИД   30639409 . S2CID   58626359 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d737f4cb3bf7d23ba0fb59641140e8fe__1720895760
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d7/fe/d737f4cb3bf7d23ba0fb59641140e8fe.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Gap junction modulation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)