4.14: Gap Junctions

Multizelluläre Organismen nutzen eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie Zellen miteinander kommunizieren können. Gap Junctions sind spezialisierte Proteine, die bei Tieren Poren zwischen benachbarten Zellen bilden. Sie verbinden das Zytoplasma zwischen beiden und ermöglichen den Austausch von Molekülen und Ionen. Sie kommen in einer Vielzahl von Wirbellosen und Wirbeltieren vor, vermitteln zahlreiche Funktionen inklusive der Zelldifferenzierung und Zellentwicklung. Gleichzeitig werden sie mit zahlreichen menschlichen Krankheiten assoziiert. Dazu gehören z.B. Herz- und Hautkrankheiten.

Die Gap Junctions der Wirbeltiere bestehen aus Transmembranproteinen, die Connexine (CX) genannt werden, und sechs Connexine bilden einen Halbkanal, der Connexon genannt wird. Der Mensch hat mindestens 21 verschiedene Formen der Connexine. Sie werden in fast allen Zelltypen exprimiert. Ein Connexon-Halbkanal wird als Homomer bezeichnet, wenn alle sechs Connexine gleich sind. Man bezeichnet sie als Heteromer, wenn sie aus verschiedenen Typen zusammengesetzt sind.

Die meisten Zellen exprimieren mehr als eine Art der Connexine. Diese können funktionelle Connexon-Halbkanäle oder eine durchgehende Pore (Gap Junction) bilden, indem sie sich mit einem Gegenstück einer benachbarten Zelle paaren. Die Gap Junctions werden als homotypisch angesehen, wenn die einzelnen Connexone gleich sind, und als heterotypisch, wenn sie sich voneinander unterscheiden. Cluster, die als Gap Junction-Plaques bezeichnet werden, bilden sich häufig an Orten wo die Kanäle kontinuierlich recycelt und im Zentrum der Plaques abgebaut und an der Peripherie ersetzt werden.

Gap Junctions ermöglichen den Durchtritt von Ionen, Botenstoffen, Zuckern und anderen kleinen Molekülen zwischen den Zellen. Dieser Austausch ist selektiv permeabel und wird durch die Connexin-Zusammensetzung des Kanals bestimmt. Sie besitzen die Fähigkeit, unter bestimmten Bedingungen zwischen einem offenen und geschlossenen Zustand zu wechseln. Dadurch können die Zellen den Austausch von Molekülen zwischen ihnen regulieren. Faktoren wie der pH-Wert und das Vorhandensein von Ca²⁺-Ionen können die Kommunikation zwischen den Zellen in einem kürzeren Zeitraum regulieren, als die differentielle Genexpression, welche die Art und die Häufigkeit der Connexine in den verschiedenen Zelltypen der embryonalen und adulten Geweben reguliert.

Gap Junctions sind spezialisiert Membranproteine, die Kanäle zwischen dem Zytoplasma bilden von tierischen Zellen. Sie tragen zur interzellulären Signalübertragung bei durch Ermöglichen des Austauschs von Ionen, Second Messenger, Zucker und andere kleine Moleküle. Diese interzellulären Kanäle sind zusammengesetzt von Transmembranproteinen, die Connexine oder kurz CX genannt werden.

Sechs Connexine bilden einen Hemichannel. Eine Hälfte eines vollen Kanals wird als Connexon bezeichnet. Wenn alle sechs Proteine ??gleich sind, Das Connexon wird als homomer angesehen.

Zum Beispiel ein prominentes Connexin im Herzen, CX40, können homomere Verbindungen bilden. CX40 kann jedoch auch kombiniert werden mit einem anderen Herz connexin, CX43, eine heteromere Version zu erstellen das kann verschiedene Funktionen wie Selektivität haben für verschiedene Moleküle. Connexons werden im Golgi-Apparat gebildet und an die Zellmembran geliefert, wo sie sich paaren mit Konnexen auf benachbarten Nachbarzellen um den Kanal zu vervollständigen.

Sie bildeten häufig Cluster, sogenannte Gap Junctions Plaques wo die Kanäle kontinuierlich recycelt werden. Gap Junctions sind in der Regel in einem offenen Zustand gehalten, Sie können jedoch unter bestimmten Bedingungen geschlossen werden. Zum Beispiel in Gegenwart von Kalzium, die blütenblätter der connexins drehen sich nach innen das schließt den Kanal. Solche Aktionen sind wichtig in Herzzellen, die als Kardiomyozyten bezeichnet werden die Gap Junctions verwenden, um Gruppen elektrisch zu koppeln von Zellen zusammen zu erzeugen Synchronisierte rhythmische Kontraktionen.