Gap Junction

Come Giunzioni gap è il termine usato per descrivere gli accumuli di canali cellula-cellula. Questi attraversano le membrane cellulari di due cellule vicine e stabiliscono una connessione tra il citoplasma.

Cos'è un gap junction?

Le giunzioni di gap sono i cosiddetti collegamenti (complessi proteici) che collegano la membrana plasmatica di due cellule. Le membrane sono fisse, ma al microscopio elettronico si può ancora vedere uno spazio vuoto.

I canali di una giunzione di spazio vuoto sono costituiti da due mezzi canali (connessioni). Un collegamento è costituito da complessi proteici che si assemblano sotto forma di un esagono. Un poro rimane libero nel mezzo. Un canale è formato da due di questi complessi proteici. Con l'aiuto delle giunzioni gap, è possibile lo scambio di segnali tra le celle. Le molecole o gli ioni possono essere trasferiti con l'aiuto della diffusione, che può essere prodotti metabolici, sostanze messaggere secondarie o ioni calcio.

Anatomia e struttura

Il termine Gap Junction è stato coniato da Morris Karnovsky e Jean-Paul Revel. Hanno scoperto che nell'area di una giunzione a fessura, la distanza tra due membrane vicine si restringe.

Un gap junction è costituito da sei connexins, che insieme formano un cosiddetto connexon. Un connexon può essere composto da diverse connexine o dallo stesso tipo di connessine. Una connessina è costituita da una catena polipeptidica formata da due anelli extracellulari, quattro domini transmembrana o un terminale N e C. Il peso molecolare è determinato dalla lunghezza del C-terminale. Ci sono almeno 20 geni della connessina nell'uomo, i nomi delle diverse isoforme della connessina sono basati sul loro peso molecolare. S.

o Connexin 43, ad esempio, ha un peso di 43 kDa. Una giunzione gap è molto spesso costituita da diverse isoforme. Il significato funzionale di questa diversità non è stato completamente chiarito; la pervietà dei canali può probabilmente essere regolata in modo diverso di conseguenza. Un mezzo canale viene quindi collegato al mezzo canale di una cella vicina. Questo canale intercellulare è costituito da diversi collegamenti o da due identici collegamenti. Il diametro del poro è compreso tra 1,5 e 2 nm, in modo che gli ioni o le molecole possano passare.

Una giunzione gap può essere impostata in pochi secondi quando due celle entrano in contatto. I collegamenti sono disposti secondo uno schema esagonale, con circa 28.000 canali per micrometro quadrato che formano le cosiddette placche.

Funzione e compiti

Le giunzioni di gap sono molto comuni, soprattutto nella fase embrionale. Negli adulti, possono essere trovati nella retina, nelle cellule gliali ed epiteliali e nel muscolo cardiaco. Le giunzioni gap svolgono le seguenti attività:

• Stabilire una comunicazione elettrica diretta tra le celle
• Produzione di comunicazioni chimiche dirette tramite i cosiddetti secondi messaggeri
• Scambio molecolare tra cellule
• Evita la perdita di cariche o molecole durante lo scambio

Le giunzioni di gap vengono utilizzate, ad esempio, nelle ossa o nel cristallino dell'occhio per trasportare i nutrienti. I nutrienti vengono assorbiti dalle cellule di confine e quindi trasmessi alle cellule adiacenti attraverso le giunzioni. Nel pancreas e nel fegato supportano la secrezione, mentre nel sistema nervoso o nel muscolo cardiaco trasmettono potenziali d'azione. Una giunzione a fessura consente di chiudere i pori in modo estremamente rapido. Ciò si verifica, ad esempio, quando una cella vicina è danneggiata.

La cellula adiacente viene successivamente disaccoppiata in modo che le cellule sane rimangano intatte. Nel cuore, nella retina o nei neuroni, le giunzioni di gap funzionano come sinapsi controllate dal voltaggio e prive di trasmettitore, chiamate anche "sinapsi elettriche". Ciò consente ai potenziali d'azione di diffondersi molto rapidamente e in modo sincrono. La conducibilità dipende dalla composizione delle connessine.

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Malattie

Se si verificano cambiamenti nella costruzione di giunzioni gap, ciò può portare a varie malattie. Ad esempio, nella cosiddetta sindrome di Charcot-Marie-Tooth, si verifica un blocco tra il citoplasma periassonale e la cellula di Schwann, che porta alla degenerazione della cellula di Schwann.

Producendo oncogeni e promotori tumorali, le cellule tumorali perdono la capacità di comunicare. I canali di giunzione del gap si chiudono e si formano connessioni incompatibili, provocando la crescita delle cellule tumorali. Un'espressione alterata della connessione si verifica anche nei processi infiammatori. Quando le giunzioni del gap cardiaco cambiano, ciò porta ad aritmie cardiache che possono essere pericolose per la vita. Le alterazioni nella funzione delle giunzioni del gap nel cuore hanno spesso cause molto diverse. Nella cosiddetta malattia di Chagas, si verifica un'infezione da Trypanosoma cruzii, a seguito della quale i canali di giunzione del gap sono solo meno incorporati nella membrana. In caso di infarto acuto, le giunzioni gap si chiudono, riducendo la durata del potenziale d'azione.

Nel periodo post-infarto le giunzioni del gap vengono ridistribuite e le variazioni nella distribuzione delle giunzioni del gap si verificano anche nell'insufficienza cardiaca cronica, per cui la superficie della gap junction viene ridotta in particolare. Una rottura delle proteine ​​della giunzione del gap può anche portare a sordità congenita, infertilità congenita o malattie della pelle. Anche i canali di gap junction svolgono un ruolo importante nella cataratta. Il cristallino dell'occhio non può rifornirsi di sangue perché i vasi sanguigni rendono il corpo del cristallino opaco. Di conseguenza, le celle nella lente dipendono dalle celle vicine, con l'alimentazione che avviene tramite i canali di giunzione dello spazio. Se c'è un disturbo nella comunicazione, le cellule muoiono e si sviluppa la cataratta.