Gap junctions zijn clusters van cel-celkanalen. Deze kruisen de celmembranen van twee naburige cellen en zorgen voor een verbinding tussen het cytoplasma.
Wat is een gap junction?
Gap junctions zijn zogenaamde connexons (eiwitcomplexen) die het plasmamembraan van twee cellen met elkaar verbinden. De membranen zitten vast, maar onder de elektronenmicroscoop is nog een opening te zien. De kanalen van een gap junction bestaan uit twee halve kanalen (connexon). Een connexon bestaat uit eiwitcomplexen die samenkomen in de vorm van een zeshoek. In het midden blijft een porie vrij. Een kanaal wordt gevormd uit twee van dergelijke eiwitcomplexen. Met behulp van gap junctions is de uitwisseling van signalen tussen cellen mogelijk. Moleculen of ionen kunnen worden overgedragen door diffusie, en dit kunnen metabolieten, secundaire boodschappers of zijn calcium ionen.
Anatomie en structuur
De term gap junction is bedacht door Morris Karnovsky en Jean-Paul Revel. Ze ontdekten dat in het gebied van een spleetovergang de afstand tussen twee aangrenzende membranen smaller wordt. Een gap junction bestaat uit zes connexins, die samen een zogenaamd connexon vormen. Een connexon kan zijn samengesteld uit verschillende connexines of uit hetzelfde type connexines. Een connexine bestaat uit een polypeptideketen die wordt gevormd door twee extracellulaire lussen, vier transmembraandomeinen en respectievelijk een N- en C-terminus. De lengte van de C-terminus bepaalt het molecuulgewicht. Bij mensen zijn er ten minste 20 connexine-genen en de aanduiding van de verschillende connexine-isovormen is gebaseerd op het molecuulgewicht. S
o connexin 43 heeft bijvoorbeeld een gewicht van 43 kDa. Een gap junction is vaak samengesteld uit verschillende isovormen. De functionele betekenis van deze diversiteit wordt niet volledig begrepen; het is waarschijnlijk dat de doorgankelijkheid van de kanalen daardoor anders kan worden geregeld. Een hemikanaal wordt dan verbonden met het hemikanaal van een naburige cel. Dit intercellulaire kanaal is ofwel samengesteld uit verschillende verbindingen of uit twee identieke verbindingen. De diameter van de porie is 1.5 tot 2 nm, waardoor ionen of moleculen slagen. Een gap junction kan binnen enkele seconden tot stand worden gebracht wanneer twee cellen met elkaar in contact komen. Connexons zijn gerangschikt in een hexagonaal patroon, met ongeveer 28,000 kanalen per vierkante micrometer die zogenaamde plaques vormen.
Functie en taken
Gap junctions zijn bijzonder wijdverbreid in het embryonale stadium. Bij volwassenen zijn ze te vinden in het netvlies, de gliale en epitheelcellen en de hartspier. Tussenruimten hebben de volgende functies:
- Directe elektrische communicatie tussen cellen tot stand brengen.
- Oprichting van directe chemische communicatie via zogenaamde second messengers.
- Moleculaire uitwisseling tussen cellen
- Voorkomen van kosten of moleculen niet verloren gaan in het uitwisselingsproces.
Gap junctions dienen om voedingsstoffen naar binnen te transporteren botten of de lens van het oog, bijvoorbeeld. De voedingsstoffen worden door de marginale cellen opgenomen en via de gap junctions doorgegeven aan de naburige cellen. In de alvleesklier en lever, ondersteunen ze afscheiding, terwijl ze in de zenuwstelsel or hart- spieren brengen ze actiepotentialen over. Gap junctions kunnen poriën extreem snel sluiten. Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer een naburige cel wordt beschadigd. De naburige cel wordt vervolgens losgekoppeld, waardoor de gezonde cellen onbeschadigd blijven. In de hart-, in het netvlies of in neuronen, functioneren gap junctions als zendervrij, voltage-gated synapsen, ook wel "elektrische synapsen" genoemd. Hierdoor kunnen actiepotentialen zich zeer snel en synchroon voortplanten. De geleiding is hier afhankelijk van de samenstelling van de connexines.
Ziekten
Als er veranderingen optreden in de constructie van spleetovergangen, kan dit leiden voor verschillende ziekten. Bij het zogenaamde Charcot-Marie-Tooth-syndroom treedt bijvoorbeeld een blokkering op tussen het periaxonale cytoplasma en de Schwann-cel, resulterend in Schwann-celdegeneratie. Tumorcellen verliezen hun vermogen om te communiceren door de productie van oncogenen en tumorpromotors. Gap junction-kanalen sluiten zich en incompatibele connexines worden gevormd, waardoor tumorcellen worden gevormd groeienVeranderde connexine-expressie komt ook voor bij ontstekingsprocessen. Wanneer cardiale gap junctions worden gewijzigd, leidt dit tot hartritmestoornissen dat kan levensbedreigend zijn. Bijzondere waardeverminderingen in de functie van gap junctions in de hart- hebben vaak heel verschillende oorzaken. In de zogenaamde Chagas ziektetreedt een infectie met Trypanosoma cruzii op, waardoor de gap junction kanalen slechts in beperkte mate in het membraan worden opgenomen. Bij een acuut myocardinfarct sluiten gap junctions zich en nemen ze af actiepotentiaal looptijd. In de postinfarctperiode worden gap junctions herverdeeld en veranderingen in de distributie van gap junctions komen ook voor bij chronisch hartfalenwaarbij in het bijzonder het spleetovergangsoppervlak wordt verkleind. Verder een verstoring van de gap junction eiwitten kan ook leiden tot aangeboren doofheid, aangeboren onvruchtbaarheid or huid ziekten. Bovendien spelen gap junction-kanalen een essentiële rol bij cataracten. De lens van het oog kan zichzelf niet voorzien bloed omdat bloed schepen maak het lenslichaam ondoorzichtig. Als gevolg hiervan zijn de cellen in de lens afhankelijk van naburige cellen, waarbij de toevoer via de gap junction-kanalen komt. Als er een communicatiestoring optreedt, sterven de cellen af en ontstaat er staar.
