JONCŢIUNILE CELULARE ÎN BIOLOGIA CELULARĂ ŞI MOLECULARĂ

CLASIFICAREA FUNCŢIONALĂ A JONCŢIUNILOR

1. Joncţiuni ocluzive (joncţiuni strânse)2. Joncţiuni de ancorare

a. cu situsuri de ataşare a filamentelor de actină- joncţiuni de adezivitate între celule (aderenţe în centură)- joncţiuni de adezivitate între celule şi matricea extracelulară- joncţiuni septate (numai la nevertebrate)

b. cu situsuri de ataşare a filamentelor intermediare- joncţiuni celulă-celulă (desmosomi)- joncţiuni celulă-matrice (hemidesmosomi)

3. Joncţiuni de comunicare:a. joncţiuni gapb. sinapse chimicec. plasmodesmata (numai la plante)

Joncţiune strânsă

Apare între celulele epiteliale învecinate şi împiedică trecerea moleculelor printre acestea

Joncţiuni de adezivitate

Realizează legătura inele de filamente de actină la acelaşi nivel din două celule adiacente

Desmozom macular

Joncţiuni sub formă de "nituri" care ancorează filamentele intermediare a 2 celule vecine

Joncţiuni gap Joncţiuni intercelulare care permit trecerea moleculelor mici, hidrosolubile şi ioni

Hemi-desmozomi

Ancorează filamentele intermediare din celule la membrana bazală

Membrana bazală

1. Joncţiunile strânse joacă rolul unor bariere dotate cu permeabilitate selectivă care separă două medii fluide de o parte şi de alta a două celule aflate în contact. Împreună cu joncţiunile de adezivitate în bandă formează, la nivelul celulelor epiteliale o unitate funcţională denumită complex joncţional apical.

Joncţiunile strânse apar ca o reţea interconectată de creste pe faţa citoplasmatică a membranelor adiacente. La magnificaţii importante, aceste creste apar formate din lanţuri de proteine sferice de 3-4 nm diametru; la formarea joncţiunii strânse participă mai multe lanţuri de proteine sferice de fiecare parte (fig.3).

Funcţiile joncţiunilor strânse. Bariera realizată de joncţiunile strânse prin intermediul lanţurilor proteice

compuse din ocludine constituie un element rezistiv în calea de transport paracelular a solviţilor. Astfel, 2 medii sunt separate aproape complet şi selectiv în funcţie de starea funcţională a joncţiunilor strânse.

Joacă un rol deosebit la nivelul celulelor epiteliului intestinal şi al barierei hematoencefalice.

La nivelul intestinului subţire, jonţiunile strânse dintre enterocite realizează separarea lumenului intestinal de sistemul vascular printr-o barieră dotată cu permeabilitate selectivă. Pentru a traversa această barieră, moleculele simple, ionii sau apa trebuie să urmeze 2 căi: transportul paracelular sau transportul transcelular. Joncţiunile strânse împiedică tocmai transportul paracelular, dar nu complet, deoarece chiar şi la acest nivel, spaţiul intercelular este de circa 2-8 A. Astfel, apa poate trece de joncţiunile strânse relativ uşor în timp ce majoritatea

Fig. 3 Localizarea joncţiunilor strânse

(schemă)

Fig. 2 Localizarea joncţiunilor strânse

(ME de baleiaj)

ionilor şi a macromoleculelor mici sunt aproape complet blocate. Monozaharidele şi aminoacizii sunt incapabili de a traversa bariera pe cale paracelulară, fiind obligaţi să abordeze calea transcelulară.

Joncţiunile strânse contribuie la menţinerea asimetriei membranare în celulele epiteliale. Această asimetrie reprezintă o necesitate a transportului transcelular. În celulele epiteliale polarizate, compoziţia plasmalemei polului apical este diferită de cea a regiunii bazolaterale. Joncţiunile strânse contribuie la menţinerea domeniilor proteice prin împiedicarea difuziunii în planul membranei. Menţinerea domeniilor proteice permit transferul vectorial al moleculelor într-un singur sens. De exemplu, glucoza este transportată din lumenul intestinal spre fluxul sangvin şi nu invers, deoarece transportorii de import sunt localizaţi la polul apical iar cei de export sunt localizaţi la polul bazal.

Joncţiunile strânse nu sunt identice din punct de vedere funcţional. Selectivitatea permeabilităţii acestor joncţiuni este raportată în special la transportul de sodiu.

La nivelul barierei hematoencefalice aceste joncţiuni sunt localizate între celulele endoteliale capilare. Bariera hematoencefalică (celulele endoteliale cuplate prin joncţiuni strânse) permite trecerea unor substanţe ca glucoza, drogurile, alcoolul – din sânge în LCR, CO2 – din LCR în sânge. Majoritatea antibioticelor trec destul de dificil, de aceea pot apărea dificultăţi în tratamentul patologiei infecţioase la nivelul SNC.

2. Joncţiunile de adezivitate La nivelul ţesuturior, celulele sunt menţinute laolaltă prin diverse tipuri de

joncţiuni; dintre acestea, mai importante pentru adezivitatea fizică dintre celule sau dintre acestea şi mediu, prezentăm mai jos joncţiunile de adezivitate. Aceste joncţiuni joacă roluri fundamentale în determinarea şi menţinerea organizării tisulare.

Cele mai importante joncţiuni de adezivitate pot fi clasificate după cum urmează (Farquhar & Palade, 1963, Burridge & al., 1988, Garrod, 1993, Gumbiner, 1996):

a. joncţiuni cu situsuri de ataşare pentru actină.b. joncţiuni cu situsuri de ataşare pentru filamente intermediare.

În funcţie de conectare şi moleculele de cuplare transmembranare, joncţiunile se pot împărţi în:

a. joncţiuni celulă-celulă – cuplare prin cadherineb. joncţiuni celulă-matrice – cuplare prin integrine

a. Joncţiuni cu situsuri de fixare pentru actină.Joncţiunile celulă-celulă se mai numesc şi aderenţe în centură (zonula

adherens – ZA – la nivelul celulelor epiteliale). Totuşi, aceste joncţiuni iau diverse forme în diferite tipuri celulare: regiuni de adezivitate la nivelul sinapselor în SNC

(Fannon&Colman, 1996), joncţiuni autotipice la nivelul tecilor de mielină, discurile intercalare situate între miocardocite (Volk & Geiger, 1986). Sistemele de adezivitate cu cadherine funcţionează şi în celulele care prezintă contacte intercelulare extinse fără a prezenta joncţiuni definibile din punct de vedere morfologic.

Joncţiunile de adezivitate se găsesc în special la nivelul celulelor epiteliale unde formează o bandă continuă (zonula adherens) care înconjoară interiorul fiecărei celule din complex.

Joncţiuni celulă-matrice se realizează sub forma contactelor focale (plăci de adezivitate). Ele fac legătura dintre elementele actinice şi matricea extracelulară. Se ataşează la această matrice prin proteine numite integrine. Ataşarea integrinelor la actină este mediată de proteine ca talina, -actinina, vinculina.

b. Joncţiuni cu situsuri de fixare pentru filamentele intermediare.Joncţiuni celulă-celulă – desmozomii. Sunt joncţiuni în formă de buton care

conectează 2 celule, având rolul de a distribui forţele de tracţiune şi de forfecare care apar între acestea.

La nivelul lor se descriu o serie de structuri specializate care facilitează conectarea citoscheletelor celor 2 celule. Astfel, prin intermediul desmozomilor intră în contact filamentele intermediare ale celulelor adiacente.

În structura desmozomului intră 2 plăci citoplasmatice, una de fiecare celulă în care sunt ancorate elemente ale citoscheletului fiecărei celule în parte (filamentele de keratină în cazul celulelor epiteliale şi filamentele de desmină în cazul celulelor miocardice).

Proteinele de legătură transmembranare dintre cele 2 celule aparţin unei clase de proteine de aderenţă, dependente de Ca2+ şi care sunt tot CADHERINE.

Joncţiuni celulă-matice: hemidesmozomii. Sunt similari desmozomilor cu deosebirea că fac legătura dintre celulă şi matricea extracelulară. Un exemplu sunt hemidesmozomii care ataşează celulele epiteliului intestinal (enterocitele) la membrana bazală (o specializare a matricei extracelulare la limita dintre epiteliu şi ţesutul conjunctiv). La nivelul epiteliilor, hemidesmosomii determină o rigiditate şi o rezistenţă crescute.

3. Joncţiuni de comunicare- de tip GAP- sinapse chimice

Joncţiunile de tip GAP reprezintă modalităţi de comunicare directă între celule şi sunt distribuite pe suprafeţele laterale ale celulelor adiacente, permiţând schimbul de molecule mici. Astfel, prin aceste joncţiuni trec ioni – deci curent electric – eveniment important în evitarea întârzierilor la nivelul sinapselor. Joncţiunile gap sunt prezente şi în ţesuturile non-neuronale unde deservesc procesele de integrare metabolică prin schimbul de ioni şi molecule mici – AMPc (329Da), precursorii ADN şi ARN, glucoza-6-fosfat (259Da).

Funcţii:a. se găsesc în sinapsele electrice şi au un rol important pentru funcţionarea

acestora fiind de 10.000 de ori mai permeabile pentru ionii metalici decât restul sinapselor.

b. comunicările intercelulare prin joncţiuni GAP au un rol important în embriogeneză (în perioada de organogeneză).

c. aceste joncţiuni se găsesc şi la nivelul glandelor salivare, în ficat, rinichi, piele, tiroidă, prin intermediul lor realizându-se o cooperare metabolică între celule. În cadrul cooperării metabolice o celulă preia de la celulele vecine substanţe pe care nu le poate sintetiza. Un component important care poate trece prin joncţiunile gap este AMPc care acţionează ca mesager secund intracelular. Aşa cum s-a explicat anterior, creşterea AMPc este consecutivă stimulării hormonale diverse. Trecerea AMPc are o semnificaţie deosebită; astfel, creşterea concentraţiei intracelulare post-stimulare a AMPc duce la creşterea concentraţiei sale şi în celulele vecine (de exemplu, în cadrul unui epiteliu), iniţiind simultan acelaşi tip de răspuns metabolic. Trecerea Ca2+ prin joncţiunile gap permite contracţia muşchiului neted prin coordonarea contracţiei fibrelor individuale; exemplificând, trecerea Ca2+ prin joncţiunile gap permite sincronizarea contracţiei celulelor musculare netede intestinale cu determinarea peristalticii, sau contracţia uterului în timpul naşterii.

d. au un caracter dinamic, comunicarea prin intermediul lor fiind dependentă de Ca şi pH. În mod normal, concentraţia extracelulară a Ca2+ este destul de ridicată (1x10-3 la 2x10-3M) în timp ce concentraţia Ca2+ liber în citoplasmă este mai mică de 10-6 M. Dacă se produce o efracţie membranară la nivelul plasmalemei sau a organitelor de stocare a Ca2+, concentraţia acestuia din urmă creşte în citosol, rezultatul fiind închiderea canalelor din joncţiunile gap. Astfel, deteriorarea unei celule împiedică, prin închiderea joncţiunilor gap, răspândirea mesajului biochimic de leziune, protejând celulele vecine.