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4.12: Gap Junctions
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Gap Junctions
 
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4.12: Gap Junctions

4.12: Gap Junctions

Multicellular organisms employ a variety of ways for cells to communicate with each other. Gap junctions are specialized proteins that form pores between neighboring cells in animals, connecting the cytoplasm between the two, and allowing for the exchange of molecules and ions. They are found in a wide range of invertebrate and vertebrate species, mediate numerous functions including cell differentiation and development, and are associated with numerous human diseases, including cardiac and skin disorders.

Vertebrate gap junctions are composed of transmembrane proteins called connexins (CX), and six connexins form a hemichannel called a connexon. Humans have at least 21 different forms of connexins that are expressed in almost all cell types. A connexon hemichannel is said to be homomeric when all six connexins are the same, and heteromeric when composed of different types.

Most cells express more than one type of connexin. These can form functional connexon hemichannels or a full gap junction channel by pairing up with a counterpart on an adjacent cell. The gap junctions are considered homotypic when each connexon is the same, and heterotypic when they differ. Clusters called gap junction plaques often form where the channels are continually recycled and degraded at the center of the plaques and replaced at the periphery.

Gap junctions allow the passage of ions, second messengers, sugars, and other small molecules between cells. This exchange is selectively permeable and determined by the connexin composition of the channel. They possess the ability, under certain conditions, to switch between open and closed states, allowing cells to regulate the exchange of molecules between them. Factors such as pH and the presence of Ca2+ ions can regulate the communication between cells on a shorter time scale, while differential gene expression controls the type and abundance of connexins in the various cell types in developmental and adult tissues.

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 Cytoplasma zwischen beiden und ermöglichen den Austausch von Molekülen und Ionen ermöglichen. Sie kommen in einer Vielzahl von Wirbellosen und Wirbeltieren vor, vermitteln zahlreiche Funktionen inklusive der Zelldifferenzierung und-entwicklung. Gleichezitig werden sie mit 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 Hemikanal, der Connexon genannt wird. Der Mensch hat mindestens 21 verschiedene Formen von Connexinen. 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 von Connexin. Diese können funktionelle Connexon-Hemikanäle oder einen vollständigen Gap Junction-Kanal bilden, indem sie sich mit einem Gegenstück auf 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. Häufig bilden sich Cluster, die als Gap Junction-Plaques bezeichnet werden, in denen die Kanäle im Zentrum der Plaques kontinuierlich recycelt und abgebaut und an der Peripherie ersetzt werden.

Gap Junctions ermöglichen den Durchgang von Ionen, Botenstoffen, Zuckern und anderen kleinen Molekülen zwischen den Zellen. Dieser Austausch ist selektiv durchlässig und wird durch die Connexin-Zusammensetzung des Kanals bestimmt. Sie besitzen die Fähigkeit, unter bestimmten Bedingungen zwischen offenen und geschlossenen Zuständen umzuschalten. 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 auf einer kürzeren Zeitskala regulieren, während die differentielle Genexpression die Art und die Häufigkeit der Connexine in den verschiedenen Zelltypen in Entwicklungs -und adulten Geweben reguliert.


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