Другие типы плотных контактов
Белки щелевых контактов
У позвоночных основу щелевых контактов составляют коннексины — первое из описанных семейств белков щелевых контактов. В геноме человека идентифицирован 21 ген щелевых контактов, в геноме мыши — 20 генов.
История изучения
Первые свидетельства о существовании щелевых контактов появились в 1960-х годах, когда было показано, что электрический импульс передаётся между смежными клетками непосредственно, а не через разделяющую их жидкость.
Кроме того, было продемонстрировано, что при введении в культуральную среду флуоресцентных молекул
они проходят между соседними клетками гораздо быстрее, чем если бы они проходили насквозь через клеточные мембраны.
На основании этих экспериментальных данных было высказано предположение, что клетки обмениваются ионами и малыми молекулами через каналы, которые пронизывают плазматическую мембрану и непосредственно соединяют соседние клетки.
Позднее с помощью электронной микроскопии удалось получить изображения щелевых контактов, что окончательно подтвердило их существование.
Позднее выяснилось, что у позвоночных, кроме коннексинов, имеются также белки, гомологичные иннексинам. Эти белки, открытые группой российских ученых под руководством Ю. В. Панчина, получили название паннексины. В геноме человека и мыши к настоящему времени идентифицированы 3 гена паннексинов.
У кишечнополостных и иглокожих есть щелевые контакты, но нет генов ни одного из вышеназванных семейств. Это означает, что существуют ещё не открытые семейства белков щелевых контактов.
Флуоресцентные репортеры и их молекулярные репортажи
Флуоресценция, или флюоресценция — люминесцентный процесс, характеризующийся крайне малым временем затухания излучения после отключения источника возбуждения. Флуоресценцией обычно называют излучательный переход возбуждённого состояния с самого нижнего синглетного колебательного уровня S1 в основное состояние S0.
Флуоресценция: свечение, индуцированное светом.
Мы почти не встречаем или не замечаем это явление в обычной жизни.
Интенсивность флуоресценции слишком мала по сравнению с вызывающим ее светом.
Так, например, мы даже не догадываемся, глядя на зеленый лист растения, что хлорофилл в нем флуоресцирует красным светом.
Однако ученым удалось разработать приборы и методы, позволяющие не только выявлять, но и измерять различные параметры флуоресценции.
Причем оказалось, что, благодаря этим измерениям, можно получать уникальную информацию о молекулярной организации и функционировании биологических систем.
Так был создан и постоянно расширяется богатый арсенал оптических методов исследований, в которых особую роль играют специальные вещества — флуоресцентные репортеры.
Что высветили в микромире флуоресцентные репортеры
Флуоресцентные репортеры долго и успешно служат во многих, если не во всех областях экспериментальной биологии. Однако есть такие области, где они сыграли ключевую роль.
С использованием флуоресцентных репортеров была экспериментально доказана модель жидкокристаллической структуры всех биологических мембран.
Согласно этой модели, при всей ее структурной целостности мембрана достаточно «жидкая», чтобы отдельные ее компоненты могли перемещаться в нужные стороны. Такое представление позволяет понять основные молекулярные механизмы функционирования мембран, а также свойства живых клеток в целом.
В значительной мере благодаря информации от флуоресцентных репортеров прояснились механизмы трансформации энергии в клетках.
Особую роль здесь сыграли флуорофоры, позволяющие регистрировать внутриклеточный и внутримитохондриальный рН, а также разность электрических потенциалов на мембранах.
С их помощью прежде всего был выявлен механизм сопряжения энергодонорных реакций окисления с энергозатратным синтезом аденозинтрифосфата (АТФ) — универсального поставщика энергии для большинства метаболических процессов.
Кроме того, была изучена природа накопления различных веществ в цитоплазме и в клеточных органеллах за счет мембранного электрического потенциала и градиента рН.
Функции щелевых контактов
Щелевые контакты служат для перемещения ионов и малых молекул между соседними клетками. Через щелевой контакт могут проходить молекулы массой до 1,2 кДа, а молекулы с массой 2 кДа задерживаются.
Клетки могут обмениваться такими молекулами, как сахара, нуклеотиды, вторичные посредники (цАМФ или цГМФ), небольшие пептиды и РНК.
Щелевые контакты особенно важны, когда большому количеству клеток необходимо выдать быстрый, хорошо скоординированный ответ.
Так, щелевые контакты составляют основу очень быстрых электрических синапсов, которые можно найти, например, в нейронах головного мозга и в клетках миокарда (кардиомиоцитах)
Щелевые контакты встречаются практически во всех тканях.
Одним из исключений является поперечно-полосатая мускулатура, где клеткам не требуется электрическая связь, поскольку клетки слиты в симпласт (однако щелевые контакты встречаются в сосудах, питающих мышцы).
Также щелевые контакты не обнаруживаются у эритроцитов и зрелых сперматозоидов.
Как правило, большая часть каналов в щелевых контактах закрыта: так, доля открытых каналов в кардиомиоцитов составляет около 0,2, а в нейронах — 0,01..
Клиническое значение
Точечные мутации в генах, кодирующих коннексины, у человека приводят к очень специфическим дефектам, из чего можно заключить, что большая часть коннексинов экспрессируется лишь в нескольких тканях.
Рецессивные мутации в гене коннексина-26 являются наиболее частой причиной наследственной глухоты.
Коннексин-26 участвует в транспорте ионов калия в клетках эпителия, поддерживающего чувствительные волосковые клетки в ухе.
Люди с мутациями в гене, кодирующем коннексин-32, могут страдать от разрушения миелиновой оболочки аксонов (X-связанный вариант болезни Шарко — Мари — Тута).
Возможно, стабильность миелина может зависеть от щелевых контактов между клетками разных слоёв миелиновой оболочки,
и нарушения в функционировании контактов приводят к её разрушению..
Что такое демиелинизирующее заболевание ЦНС?
Миелин – это специальная оболочка вокруг нервных волокон, которая выполняет роль изолятора, ускоряет проведение нервных импульсов и обеспечивает нормальную работу нервной системы. Повреждение миелина приводит к нарушениям передачи нервных сигналов между клетками, что может привести к различным симптомам и осложнениям.
Демиелинизирующие заболевания ЦНС могут воздействовать на различные части нервной системы, включая головной и спинной мозг, оптические нервы и спинномозговые корешки. Эти заболевания включают в себя такие состояния как рассеянный склероз (РС), оптический неврит, трансверзный миелит и другие.
Наследственные формы демиелинизирующих заболеваний ЦНС обычно вызываются генетическими мутациями и проявляются в раннем возрасте.
Воспалительные формы обусловлены иммунной реакцией, при которой собственные клетки организма атакуют миелин. Нарушение нормального функционирования иммунной системы, вирусные инфекции и внешние факторы могут способствовать развитию воспалительной демиелинизации.
Симптомы демиелинизирующих заболеваний ЦНС могут варьироваться в зависимости от локализации повреждений и степени поражения миелиновых оболочек. Они могут включать нарушения чувствительности, изменения в зрении, координации движений, мышечную слабость, проблемы с памятью и мозговой активностью.
Диагностика демиелинизирующих заболеваний ЦНС включает клинический осмотр, нейрологические тесты, магнитно-резонансную томографию (МРТ) и другие инструментальные и лабораторные методы исследования.
Лечение демиелинизирующих заболеваний ЦНС направлено на снижение воспаления, замедление прогрессирования заболевания и снятие симптомов. Конкретные методы лечения зависят от типа и стадии заболевания, а также от индивидуальных особенностей пациента.
Демиелинизирующие заболевания ЦНС – это хронические заболевания, которые требуют длительного наблюдения и лечения.
Своевременная диагностика и комбинированное лечение могут улучшить качество жизни пациента и замедлить прогрессирование заболевания.