Claudine

Bir hücre yapısında bir epitel hücresinin şematik gösterimi. Oranlar bozulmuş, birleşimler aslında orantısal olarak çok daha küçük. Oklar , epitel boyunca moleküllerin hücre dışı yolunu işaretler .

Claudins ( lat. Claudere "kapatmak") , hücre bağlantılarının en önemli bileşeni olan ve örtü dokularında ( epitelya ) meydana gelen sıkı bağlantılar olarak adlandırılan bir protein grubudur . Epitel gövdesi çok hücreli hayvan yaratıkların yüzeyleri ve sınırlamak kapak lümeni organları . Claudins, epiteldeki hücreler arasındaki boşlukları kapatır ve hücre boşluğundan madde akışının kontrol edilmesini sağlar. Böylece hücreler arasında bir tür mühür oluştururlar (“paraselüler bariyer”), epitelde gerekli olan iyonlar ve moleküller organlardan serbestçe geçemezler. Bu paraselüler bariyerler olmadan belirli bir bireysel kompartman ortamını ( midede 1 ila 2 pH değerleri gibi ) korumak mümkün olmazdı.

inşaat

Tipik bir Claudin'in yapısı. Hücre içi alanlar kırmızı, hücre dışı alanlar mavi ve transmembran alanlar yeşil ile gösterilmiştir. Her nokta bir amino asidi simgelemektedir.

Klaudin küçük transmembran proteinleri birçok meydana organizmalar ve vardır çok benzer ( korunmuş ) , kendi yapısı içinde kurda karşı Caenorhabditis elegans için insanlarda . 20-27 kilodalton (kDa) boyutlarındadırlar  . Ancak DNA dizi seviyesinde koruma çok yüksek değildir. Hücre zarını dört kez kaplarlar ( tetraspanin ), N-terminali ve C-terminalinin her biri sitoplazmadadır . Bir claudin, daha küçük ve daha büyük hücre dışı döngüler olarak adlandırılan iki hücre dışı (hücrenin dışında) alana sahiptir. İlk hücre dışı döngü ortalama 53 amino asitten oluşur  , ikincisi biraz daha küçüktür ve ortalama 24 amino aside sahiptir. N ucu genellikle çok kısadır (4-10 amino asit), C ucu uzunluğu daha değişkendir (21 ila 63 amino asit arasında). Birinci hücre dışı döngüde, tüm claudinlerde meydana gelen ve W-GLW-CC amino asitlerinden oluşan bir amino asit motifi vardır. Bir claudin'in sisteinleri veya farklı claudin'lerin sisteinleri arasında disülfid köprülerinin oluştuğu varsayılmaktadır . En çok korunan alanlar transmembran alanlardır, en değişken alan C-terminalidir. Claudin 12 hariç, tüm insan claudinleri , C terminalinde PDZ alan proteinlerine bağlandıkları bir PDZ bağlanma motifine sahiptir . C-terminali için, sıkı bağlantılarda claudin moleküllerinin lokalizasyonu için gerekli olduğu da gösterilebilir .

Şimdiye kadar 27 farklı insan claudin tespit edildi ve “Claudin 1” olarak “Claudin 27” olarak adlandırıldı. Bir kümede değiller, ancak farklı kromozomlara dağıtılırlar.

Tarih

Drosophila'daki bölmeli bağlantıların elektron mikrografı

O zamandan beri sıkı bağlantıları edildi tarif ve hücreler işlevleri tanındı faktörleri veya yapısal bileşenler için ara sıkı bağlantıları arası boşluk sızdırmaz için gerekli olduğunu aranmıştır. 1990'ların başında, Japon araştırma grubu en Mikio Furuse ve Shoichiro Tsukita başkanlığında Kyoto Üniversitesi başarılı tanımlamada transmembran proteini Okkludin ilk integral membran proteini olarak sıkı kavşak . Bununla birlikte, okludin içermeyen hücreler hala sıkı bağlantı şeritleri oluşturabildiğinden, okludin'in paraselüler bariyerin oluşumundan ve korunmasından sorumlu olmadığı ortaya çıktı. Birkaç yıl sonra, aynı grup sıkı bağlantıların oluşumundan gerçekten sorumlu olan ilk iki proteini keşfetti ve 1998'de onlara Latince "yakın" anlamına gelen claudere'den gelen "Claudin" adını verdi . Bazı claudin proteinleri daha önce başka bağlamlarda tanımlanmıştır, ancak sıkı bağlantıların sızdırmazlık bileşenleri olarak işlevleri başlangıçta tanınmamıştır. Claudine grubunda sınıflandırıldıklarında buna göre yeniden adlandırıldılar.

İnsan ve fare genomunda hedeflenen bir araştırma , dizileri, yapıları ve ifadelerine göre claudin grubuna sınıflandırılabilecek toplam 24 protein buldu.

Claudins ayrıca diğer hayvan türlerinde, örneğin incelenen tüm memelilerde, çeşitli balık türlerinde ( Takifugu rubripes , Danio rerio ), amfibilerde ( Xenopus laevis ve Xenopus tropikalis ) ve beklenmedik bir şekilde 2003 yılında nematod Caenorhabditis'te de keşfedilmiştir. elegans ve meyve sineği Drosophila melanogaster . Her iki nedeni keşif beklenmedik C. elegans ve Drosophila hiçbir hiç sıkı kavşaklar, ancak benzer yapılar var septate kavşaklar epitellerin hücrelerde,.

O zamandan beri, claudinler, ifadeleri , işlevleri ve düzenlenmesi ile ilgili 500'den fazla çalışma yayınlandı . Sıkı bağlantıların temel bileşenleri olduklarından, manipüle edilebilirlikleri, örneğin şu anda beyin tümörlerinin ilaç tedavisini neredeyse imkansız hale getiren kan-beyin bariyerinin aşılmasında önemli bir adım olacaktır .

ifade

Bir Drosophila melanogaster embriyosunda bir anti-claudin antikoru ile antikor boyama . 16. aşamadaki arka bağırsak epiteli ve dört Drosophila claudin'den birinin bölmeli bağlantılardaki lokalizasyonu gösterilmektedir .

Gen aktivitesi çeşitli dokularda çeşitli klaudin edildi incelenmiştir birçok farklı olarak model organizmalar , örneğin fare gibi , C. elegans , zebra balığı ( D rerio ), D. melanogaster insanlarda da, bazı durumlarda, ve,. Bilinen 24 claudin'in her birinin belirli bir ifade modeli vardır . Hücre kültürlerinde ektopik olarak eksprese edilen claudinler üzerine yapılan çeşitli çalışmalar, her claudin'in yük seçiciliği ve muhtemelen ayrıca bariyerin boyut seçiciliği açısından farklı özelliklere sahip olduğu varsayımına yol açmıştır. Bir epitelde ifade edilen farklı claudinlerin kombinasyonu bariyerin özelliklerini belirler. Epiteldeki taleplere bağlı olarak, az ya da çok yoğun bir bariyere yol açan claudinler ifade edilir. Orada Claudine olan her yerde , çok özel olarak ya da uzamsal olarak ifade edilir diğerleri Claudin 16 olarak, özel olarak yukarı çıkan kısmına bütün epitelyal dokuların, örneğin 1 Claudin olarak, aktif olan hemen hemen içinde, ve Henle döngüsünün bulunan ya da zamansal olarak bir farelerde sadece embriyogenez sırasında eksprese edilen claudin 6 gibi .

paraselüler bariyer

Claudinlerin birbirleriyle nasıl etkileştiği ve moleküler düzeyde sıkı bağlantıların yapısının nasıl oluştuğu henüz tam olarak bilinmiyor. Hücre kültürü deneyleri klaudin göstermiştir girmek iki hemofilik ve spesifik olarak heterofiliktir 2'ye de yapar Klaudin 2 Klaudin 3 Klaudin 1 Klaudin 3 formu sıkı yapılar birleşme benzeri Claudin tanımlayan hücrelerle 1 Klaudin eksprese edebilen hücreleri, ancak: bağlar. Bir model, Claudine sulu gözeneklerin ( sulu gözenekler ) oluştuğunu, özellikle Claudine iyonlarının tipine ve belirli bir boyuta kadar moleküllerin geçmesine (yük seçiciliği ve boyut seçiciliği) bağlı olduğunu ileri sürer . Bu özellikler, birinci hücre dışı döngüdeki yüklü amino asit kalıntıları tarafından belirlenir ve kalsiyumdan bağımsızdır. Hücre kültüründeki mutajenez deneyleri , birinci hücre dışı döngüdeki belirli kalıntıların yükünün tersine çevrilmesinin, bariyerin yük seçiciliğinin tersine çevrilmesine yol açtığını gösterdi. Bu, TER ( transepitelyal elektrik direnci ) kullanılarak ölçülür .

Claudin süper ailesi

Claudin ailesi, protein dizilerinin hizalanmasını sağlayan Cambridge, İngiltere'deki Sanger Enstitüsü'nün Pfam protein veritabanı tarafından PMP22 / EMP / MP20 / Claudin süper ailesi (pfam00822) olarak sınıflandırılır. Bu, hepsi benzer bir yapıya sahip farklı türlerden yaklaşık 450 proteinden oluşur. Bununla birlikte, bu proteinlerin bazıları için, gerçek claudinlerinkinden tamamen farklı işlevler tarif edilmiştir.

İlişkili Hastalıklar

Bazı hastalıklar claudinlerdeki değişikliklerle ilişkilidir: Örneğin Claudin 3 ve 4, Clostridium perfringens - enterotoksin (CPE) için reseptörlerdir . Başlangıçta claudin olarak değil, Rvp.1 ( sıçan ventral secdesi , daha sonra Claudin 3 olarak yeniden adlandırıldı) ve CPE-R ( Clostridium perfringens Enterotoksin Reseptörü , daha sonra Claudin 4 olarak yeniden adlandırıldı) olarak tanımlandılar. CPE'nin claudin 3 veya 4'e bağlanması , claudin 3 / claudin 4-eksprese eden hücrelerin on ila yirmi dakika içinde parçalanmasına ve dolayısıyla şiddetli ishal ile kendini gösteren bağırsak epitelinin hasar görmesine yol açar .

Claudin genlerindeki mutasyonlara kadar çeşitli insan hastalıklarının izi sürülebilir. Örneğin, aynı zamanda olarak adlandırılır 16 Claudin mutasyonlar paracellin artan bir boşaltım için, öne kalsiyum içinde idrar ( hiperkalsiüri ) ve bir azalmaya magnezyum içerik kan ( hipomagnezemi ).

Claudin 14 omurgalılarda ( omurgalılar ) karaciğer ve böbreklerde , pankreasta ve iç kulakta eksprese edilir . Farelerde iç kulakta claudin 14 ifadesinin ancak doğumdan sonra başladığı gösterilebildi. Pakistan'da yaşayan iki ailede, açık okuma çerçevesinde bir kaymaya veya bir durdurma kodonuna neden olan mutasyonlar tespit edilmiştir. Bu mutasyonlar çekinik uyuşukluğa neden olurken böbrek ve karaciğer fonksiyonları normal görünür. Karşılık gelen fare mutantlarında ayrıca böbrek veya karaciğer fonksiyonunda hiçbir kusur yoktur. Fenotip mutant fare daha detaylı olarak analiz göstermiştir saç hücreleri, 14 Claudin iç kulak dejenere fonksiyonu işitme kaybına iç kulak dar bağlantı noktalarından, potansiyel eksiktir. Dış tüylü hücreler ve Corti organı arasındaki sıkı bağlantı şeritleri hala mevcuttur ve epitelin hücre polaritesi bozulmaz. Saç hücresi dejenerasyonunun, erken işitme gelişimi sırasında aşırı potasyum konsantrasyonlarından kaynaklandığına inanılmaktadır.

Başlangıçta OSP (oligodendrosite özgü protein) olarak adlandırılan Claudin 11, esas olarak merkezi sinir sisteminin (CNS) miyelininde ve testislerde eksprese edilir . Fare mutantı, sinirlerde uyaranların gecikmeli iletimini gösterir ve arka bacaklar zayıflar. Erkekler kısırdır , ancak mutant hayatta kalır. Dondurarak kırılma elektron mikroskobu görüntüleri, CNS miyelininde veya Sertoli hücrelerinde sıkı bağlantıların bulunmadığını göstermektedir . Kan-testis engeli , bu mutantlarda kusurludur. Claudin 11, OAP (OSP/Claudin 11-associated protein) ve beta-1 integrin ile hücre adezyonunda bir kompleks halinde etkileşir ve integrin - sinyalleşmesinde rol oynar.

Claudin 19 olduğu ifade içinde Schwann hücreleri içinde periferal sinir sistemi , sıkı-kavşak benzeri yapılar oluşturmaktadır. Claudin 19'un genomik bölgesinde delesyon bulunan farelerde bu yapılar eksiktir ve kas-iskelet sistemini etkileyen uyaran iletimi bozulmuştur.

Claudin 1'den yoksun fareler, susuz kaldıkları için doğumdan birkaç saat sonra ölürler. İnsan claudin-1 genindeki bir mutasyon, ciddi cilt değişikliklerine yol açar. Claudin 5'ten yoksun farelerin özel bir fenotipi vardır : kan-beyin bariyerleri daha küçük moleküllere karşı geçirgen hale gelir. Claudin 6'nın aşırı ekspresyonu epidermisin bozulmasına yol açar.

Bu örneklerde, claudinlerin farklı epitellerde işleyen bir hücre dışı bariyerin oluşumunda belirleyici bir rol oynadığı ve farklı gruplara ayrılabileceği açıkça ortaya çıkıyor: büyük ölçüde her yerde bulunan ve sıkı hücrelerin oluşumu için temel işlevler olan " temizlikçi " claudinler. - eklem bağları devralır ve sadece belirli dokularda eksprese edilen veya oluştukları tüm dokularda önemli bir işlevi yerine getirmeyen özel claudinler.

Edebiyat

  • Christina M. Van Itallie, James M. Anderson: Claudins ve Epitelyal Paraselüler Nakil. İçinde: Fizyolojinin Yıllık İncelemesi . Cilt 68, 2006, sayfa 403-429, doi: 10.1146 / annurev.physicol.68.040104.131404 .
  • Julia E. Rasmussen: Claudins ve paraselüler taşıma sisteminin düzenlenmesi Tez (MS), Chapel Hill'deki Kuzey Karolina Üniversitesi, ProQuest Bilgi ve Öğrenme, yayın numarası AAT 1432782 . Chapel Hill 2006 (27 Ekim), ISBN 978-0-542-54616-7 .
  • Christina M. Van Itallie, James M. Anderson: Sıkı Kavşağın Fizyolojisi ve İşlevi . İçinde: Cold Spring Harbor Perspect Biol . Cilt 1, Sayı 2, Ağustos 2009, PMC 2742087 (serbest tam metin).

Bireysel kanıt

  1. ↑ C. Ruffer, V. Gerke: Claudins 1 ve 5'in C-terminal sitoplazmik kuyruğu, epitelyal ve endotelyal sıkı bağlantılarda apikal lokalizasyon için PDZ bağlayıcı motifi gerekli değildir. İçinde: Avrupa hücre biyolojisi dergisi . 83, 2004, ISSN  0070-2463 , sayfa 135-144, PMID 15260435 .
  2. ^ Dorothee Günzel, Alan SL Yu: Claudins ve Sıkı Bağlantı Geçirgenliğinin Modülasyonu . İçinde: Fizyolojik İncelemeler . bant 93 , hayır. 2 , Nisan 2013, ISSN  0031-9333 , s. 525-569 , doi : 10.1152 / physrev.00019.2012 , PMID 23589827 , PMC 3768107 (serbest tam metin).
  3. ↑ M. Furuse, K. Fujita, T. Hiiragi, K. Fujimoto, S. Tsukita: Claudin-1 ve -2: okludin ile dizi benzerliği olmayan sıkı bağlantılarda lokalize olan yeni integral membran proteinleri. İçinde: Hücre Biyolojisi Dergisi . Cilt 141, 1998, sayfa 1539-1550, PMID 9647647
  4. ↑ M. Furuse, S. Tsukita: Claudins, insan ve sineklerin kavşaklarını kapatıyor. İçinde: Hücre Biyolojisinde Eğilimler . Cilt 16, 2006, sayfa 181-188 , PMID 16537104 .
  5. ^ VEYA Colegio, C. Van Itallie, C. Rahner, JM Anderson: Claudin hücre dışı alanları, hücre dışı yük seçiciliğini ve direncini belirler, ancak sıkı bağlantı fibril mimarisini belirlemez. İçinde: Amerikan Fizyoloji-Hücre Fizyolojisi Dergisi . Cilt 284, 2003, sayfa C1346-C1354, PMID 12700140 .
  6. ↑ EE Schneeberger: Claudin'in hücre dışı yoldaki iyon seçici kanalları oluşturur. İçinde: Amerikan Fizyoloji-Hücre Fizyolojisi Dergisi . Cilt 284, 2003, ISSN  0363-6143 , sayfa C1331-C1333, PMID 12734103 .
  7. ^ Cambridge, İngiltere Sanger Enstitüsü Protein veritabanı ( Memento içinde 7 Temmuz 2012 tarihinden itibaren Internet Archive )
  8. ↑ T. Ben-Yosef, IA Belyantseva, TL Saunders, ED Hughes, K. Kawamoto, CM Van Itallie, LA Beyer, K. Halsey, DJ Gardner, ER Wilcox, J. Rasmussen, JM Anderson, DF Dolan, A. Forge , Y. Raphael, SA Camper, TB Friedman: Otozomal resesif sağırlık DFNB29 için bir model olan Claudin 14 nakavt fareler, koklear saç hücresi dejenerasyonu nedeniyle sağırdır. İçinde: İnsan Moleküler Genetiği . Cilt 12, 2003, sayfa 2049-2061, PMID 12913076 .
  9. ^ A. Gow, CM Southwood, JS Li, ​​​​M. Pariali, GP Riordan, SE Brodie, J. Danias, JM Bronstein, B. Kachar, RA Lazzarini: CNS miyelin ve sertoli hücre sıkı bağlantı şeritleri Osp / claudin-11 boş fare. İçinde: Hücre . Cilt 99, 1999, sayfa 649-659, PMID 10612400 .