A sejtek közötti közvetlen (direkt) kapcsolat

Átírás

1 A sejtek közötti közvetlen (direkt) kapcsolat rés-kapcsolat vagy gap junction ingerlékeny sejteknél elektromos szinapszis - kétirányú jeladás - gyors jelátadás (nincs "szünet") - egyszerű szabályozás, hatásfok-növelés kis molekulák közvetlen anyagforgalma connexinek <2 nm

2 A rés kapcsolatok és a "félcsatornák" (hemichannel) szerkezete pórusátmérő: Å

3 A rés kapcsolatok és a "félcsatornák" (hemichannel) szerkezete homo- és heteromer connexonok homo- és heterotípusos csatornák Cx26: N-terminális "dugó"

4 A rés kapcsolatok és a "félcsatornák" (hemichannel) szerkezete homo- és heteromer connexonok homo- és heterotípusos csatornák homo- és heterocelluláris előfordulás

5 GJ fehérjék: connexin - pannexin - innexin connexinek gerincesekben innexinek gerinctelenekben; gerinces homológ: pannexinek

6 GJ fehérjék: connexin - pannexin - innexin

7 GJ fehérjék: connexin innexin összehasonlítás gerincesek gerinctelenek

8 GJ fehérjék: connexin innexin összehasonlítás gerincesek gerinctelenek

9 GJ fehérjék: connexin innexin összehasonlítás

10 turnover: 2-5h A rés-kapcsolat "életciklusa"

11 A rés-kapcsolatok exocitózisa

12 ERAD: ER-hez kapcsolt degradáció A rés-kapcsolatok degradációja ubiquitinálás proteaszóma lizoszóma autofágia

13 A rés-kapcsolatok áteresztőképességének szabályozása transzcelluláris áteresztőképesség függ - GJ-ok számától és típusától - egyedi GJ pórusátmérőtől - nyitvatartási valószínűségtől feszültség-függés - alegység-összetételtől függ - fiziológiás körülmények melletti depolarizáció még nem zár (kivétel: Cx45 Purkinje rostokban retrográd AP terjedés gátlása)

14 A rés-kapcsolatok áteresztőképességének szabályozása ph - alegység-összetételtől függ - intracelluláris ph csökkenés: ált. záródnak intracell. [Ca 2+ ] - ált. magas szintje szétkapcsol: protektív hatás? - calmodulin kötőhelyek a citoplazmás hurokban és a C- terminálison

15 A rés-kapcsolatok áteresztőképességének szabályozása foszforiláció - alegységtől függő hatás - C-terminálison főleg - defoszforiláció ált. zár + egyéb poszttranszlációs módosítások (hidroxiláció, acetiláció, palmitoiláció, karboxiláció, nitroziláció...)

16 Technikai fejlődés a GJ-kapcsolatok detektálására Cx fehérjék kimutatása immunológiai és EM módszerekkel tracer anyagok (Lucifer Yellow, biocytin, neurobiotin) GJ szétkapcsoló (blokkoló) szerek (carbenoxolone, mefloquine) új Cx gének, KO állatok

17 Technikai fejlődés a GJ-kapcsolatok detektálására páros elvezetések, live cell imaging (tracer) FRIL (freeze-fracture replica immunogold labeling); MDR-FRIL (matched-double-replica FRIL)

18 A rés-kapcsolatok funkcionális jelentősége

19 A rés-kapcsolatok funkcionális jelentősége: nem csak csatorna-funkció! szöveti homeosztázis, adhézió, sejtnövekedés és pusztulás szabályozása is transzkripciós szinten - E / N-cadherin - Wnt / b-catenin - tight junction fehérjék - sejtciklus szabályozás - apoptózis szabályozás

20 A rés-kapcsolatok funkcionális jelentősége: nem csak csatorna-funkció!

21 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: neocortex fejlődése sejtcsoportok (neuronális őssejtek/radiális glia) ciklus-függő összekapcsolása hemichannel: Ca 2+ hullámok, funkcionális szinkronizáció The role of gap junction coupling and hemichannels in radial glial cell proliferation. Radial glial coupling and hemichannel activity are regulated during the course of neurogenesis and within each cell cycle. Radial glial cell gap junction coupling is greatest during midneurogenesis and decreases in late neurogenesis [10]. During the cell cycle, cells uncouple from clusters during M phase and recouple during S phase in mid-neurogenesis or late S or G2 phase in late neurogenesis [11]. During late neurogenesis, hemichannels on S phase radial glia initiate Ca2+ waves by releasing ATP which binds to P2Y1 receptors on adjacent cells inducing an IP3-mediated release of Ca2+ from intracellular stores [20]. Additionally, during each cell cycle, the levels of Cx26 and Cx43 fluctuate such that Cx26 and Cx43 levels are at their peak during M phase and S phase, respectively [17]. Pharmacologically blocking coupling or Ca2+ waves inhibits entry into S phase of the cell cycle [10,20]. (hemichannel)

22 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: neocortex fejlődése radiális neuronális migráció: adhéziós szerep, vezető él és sejtmag pozíciója

23 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: neocortex fejlődése

24 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: felnőtt agyszövet asztroglia sejtek: spatial buffering (K + ); Glu felvétel (Glu-Gln ciklus)

25 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: felnőtt agyszövet asztroglia sejtek: spatial buffering (K + ); Glu felvétel (Glu-Gln ciklus)

26 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: felnőtt agyszövet neuron - asztroglia: metabolikus csatolás; glükóz és laktát transzport asztroglia sejtek közvetítésével neuronoknak és oligodendrogliának

27 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: felnőtt agyszövet neuron - asztroglia: metabolikus csatolás; glükóz és laktát transzport asztroglia sejtek közvetítésével neuronoknak és oligodendrogliának

28 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: mielinizáció Schwann sejtek / oligodendroglia: Cx32 mielin rétegek közötti összeköttetés (intracelluláris shortcut ; 1000x gyorsabb transzport) oligodendroglia / oligodendroglia: Cx32, Cx47 szinkronizáció oligodendroglia / asztroglia: Cx32, Cx 47 metabolikus kapcsolat axonok: félcsatornák; periaxonális tér felé

29 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: mielinizáció

30 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe idegsejtekben kémiai és elektromos szinapszisok közötti interakciók

31 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe idegsejtekben kémiai és elektromos szinapszisok közötti interakciók

32 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: hálózati működés retina: kontraszt-hatás, szkotópiás látás - nagyfokú kapcsoltság a receptorsejtek között: háttérzaj eliminálása - horizontális sejtek: receptív mező - amakrin sejtek: receptorsejtek integrációja - fotópiás /szkotópiás látás: változó receptív mező - fény hatására kapcsoltság csökken Cx36 expresszió éjjel magas circadian szabályozás

33 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: hálózati működés retina: kontraszt-hatás, szkotópiás látás - fotópiás /szkotópiás látás: változó receptív mező - fény hatására kapcsoltság csökken fény-függő Cx36 defoszforilálás -> szétkapcsolás

34 A rés-kapcsolatok funkcionális szerepe: hálózati működés hippokampális és kortikális neuronok: szinkronizáció - főleg Cx36 - ált. azonos sejttípusok között - g oszcillációk során GJ coupling is: főleg a 100 Hz feletti ripple-k alatt piramissejtekben - PV+ interneuronok szabályozó szerepe szintén Cx36- függő spikelets

35 A rés-kapcsolatok szerepe patológiás folyamatokban: Charcot-Marie-Tooth kór (CMTX) Cx32 pontmutációk: X kromoszómás Charcot- Marie-Tooth kór (CMTX) -> perifériás mozgatóideg-sorvadás vezetési sebesség csak kissé csökken, nem jellemző a teljes demielinizáció: főleg axonális patológia CNS-ben kisebb tünetek: funkcionális rendundancia

36 A rés-kapcsolatok szerepe patológiás folyamatokban: Charcot-Marie-Tooth kór (CMTX)

37 A rés-kapcsolatok szerepe patológiás folyamatokban: epilepszia status epilepticus: generalizált tónusos-klónusos rohamok; >5 min asztrocita aktiváció -> reaktív gliózis > intracell [Ca 2+ ] nő -> extracell. Glu konc. nő -> excitotoxicitás BBB sérül -> albumin nő az agyi parenchimában -> aquaporin expr. nő -> sejtduzzadás -> ödéma -> ATP release -> purinerg aktiváció

38 A rés-kapcsolatok szerepe patológiás folyamatokban: epilepszia

39 A rés-kapcsolatok szerepe patológiás folyamatokban: agyhártyagyulladás, ischémia gyulladás -> citokin expr. nő -> BBB sérül -> baktérium bejutás -> mikroglia aktiváció -> citokin, ATP release -> neuronális hemichannel permeabilitás nő -> excitotoxicitás -> neuronális sérülés TNFa, IL1b X

40 A rés-kapcsolatok szerepe patológiás folyamatokban: agyhártyagyulladás, ischémia

41 Kidolgozandó esszé kérdések: 1. Ismertesse a rés-kapcsolatok (gap junction) felépítését és a kialakításukban szerepet játszó molekula-típusokat! Hasonlítsa össze a connexin és innexin alegységekből felépülő csatornákat! Mutassa be, hogy a rés-kapcsolatok áteresztőképessége hogyan szabályozható! 2. Milyen (sejt)élettani szerepet tölthetnek be a rés-kapcsolatok? Példákon keresztül mutassa be a rés-kapcsolatok jelentőségét, feladatát a normál idegszöveti működés során! 3. Milyen (sejt)élettani szerepet tölthetnek be a rés-kapcsolatok? Példákon keresztül mutassa be a rés-kapcsolatok jelentőségét, feladatát a patológiás idegrendszeri körülmények mellett! 4. Milyen struktúrákat nevezünk fél-csatornáknak (hemichannel-nek)? Ismertesse felépítésüket és mutassa be ezek (sejt)élettani szerepét, jelentőségét is! 5. Milyen nem-csatorna funkciókkal rendelkeznek a rés-kapcsolatok? Példákon keresztül ismertesse ezek szerepét, jelentőségét! határidő: november 29.

42 Irodalom: Laura A.B. Elias, Arnold R. Kriegstein: Gap junctions: multifaceted regulators of embryonic cortical development. Trends in Neurosciences (2008) Vol.31 No Vivian Su Kimberly Cochrane Alan F. Lau: Modulation of Brain Hemichannels and Gap Junction Channels by Pro-Inflammatory Agents and Their Possible Role in Neurodegeneration. ANTIOXIDANTS & REDOX SIGNALING (2009) Feb;11(2): doi: /ars Nielsen MS, Axelsen LN, Sorgen PL, Verma V, Delmar M, Holstein-Rathlou NH: Gap junctions. Compr Physiol Jul;2(3): doi: /cphy.c Vinken M, Decrock E, Leybaert L, Bultynck G, Himpens B, Vanhaecke T, Rogiers V.: Non-channel functions of connexins in cell growth and cell death. Biochim Biophys Acta Aug;1818(8): doi: /j.bbamem Jean-Claude Hervé & Mickaël Derangeon: Gap-junction-mediated cell-to-cell communication. Cell Tissue Res (2013) 352: I. Martha Skerrett and Jamal Williams: A Structural and Functional Comparison of Gap Junction Channels Composed of Connexins and Innexins Developmental Neurobiology (2017)May;77(5): doi: /dneu James I. Nagy, Alberto E. Pereda, John E. Rash: Electrical synapses in mammalian CNS: Past eras, present focus and future directions Biochimica et Biophysica Acta (2017) in press