Estrutura e Função do Complexo de Junção no Trato GI

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A saúde digestiva pode ser atribuída à função ideal do trato gastrointestinal. No entanto, a título de exemplo, se a doença afeta a estrutura do intestino, a compreensão de sua anatomia e função, pode ajudar os especialistas em saúde a concluir um resultado de diagnóstico. O epitélio intestinal é uma camada única de células encontradas que alinham o lúmen intestinal, que desempenha o papel de desempenhar duas funções essenciais no sistema digestivo. Sua primeira função é atuar como uma barreira para evitar a passagem de entidades intraluminais prejudiciais, como antígenos estranhos, microorganismos e suas toxinas. Sua segunda função é atuar como um filtro seletivo, permitindo a translocação de nutrientes dietéticos importantes, eletrólitos e água do lúmen intestinal para a corrente sanguínea. O epitélio intestinal distingue a permeabilidade seletiva através de duas vias principais: as vias transepiteliais / transcelulares e paracelulares, conforme observado na Figura 1.

A permeabilidade transcelular é geralmente relacionada com as células epiteliais e é amplamente regulada por transportadores específicos, que também são responsáveis ​​pela transferência de aminoácidos, eletrólitos, ácidos gordos de cadeia curta e açúcares em todo o corpo humano. A permeabilidade paracelular é geralmente relacionada à distância de transferência entre as células epiteliais e é altamente regulada pelos complexos intercelulares encontrados na junção da membrana apical-lateral e ao longo da membrana lateral do trato gastrointestinal ou do trato GI. A interação entre as células epiteliais intestinais envolve três componentes que podem ser identificados no nível ultraestrutural: desmossomas, junções de aderência ou AJs, e junções apertadas, ou TJs, como visto na Figura 2. Os complexos juncionais adesivos são constituídos por proteínas transmembranares que conectam células adjacentes ao citoesqueleto de actina através de proteínas de andaimes citoplasmáticos. Acredita-se que as uniões adesivas e os desmossomas sejam mais significativos do que o elo mecânico das células adjacentes. As junções apertadas, por outro lado, são o complexo juncional mais apical, responsável pelo fechamento do espaço intercelular, bem como pela regulação da transferência específica de soluto iónico paracelular. Os complexos AJ e TJ também são essenciais para a regulação da proliferação celular, polarização e distinção.

Componentes Estruturais dos Complexos Juncionais

Figura 2

Juntas Aderentes (AJs)

As junções de aderência, também conhecidas como aderentes à zônula, são complexos protéicos localizados ao longo da membrana lateral que ocorrem em pontos de contato célula a célula, conforme observado na Figura 2. Eles são moldados por interações entre proteínas transmembranares, proteínas adaptadoras intracelulares e o citoesqueleto. As principais juntas de AJs ou aderentes são formadas por caderina para interações de catenina. As cateterias epiteliais (E) ou as moléculas de adesão dependentes do cálcio são glicoproteínas de transmembrana única de tipo I que contêm um terminal C intracelular e um terminal N extracelular. O domínio extracelular cria interações homotípicas com as caderinas de células vizinhas para desenvolver essa adesão célula a célula. O domínio intracelular contém um domínio de ligação à catenina que interage com membros da superfamília de repetição de armadillo, β-, γ- e p120-catenina. As catenomas então conectam os AJs à rede do citoesqueleto através da ligação direta ao domínio C-terminal da F-actina ou indiretamente através de interações com outras proteínas adaptadoras como afadin. Os complexos de caderina para catenina são significativos não só para conectar células adjacentes, mas também para manter a polaridade celular e para regular a migração e proliferação epitelial, bem como a formação de complexos adesivos adicionais, como os desmossomos. Para permitir a ligação das células adjacentes, uma diminuição da regulação da E-caderina do epitélio intestinal interrompe a adesão da célula à célula que foi associada à proliferação epitelial intestinal e à migração afetadas.

As interações de Nectin-Afadin criam outro complexo AJ significativo. As nectinas, especificamente nectina-1-4, são proteínas semelhantes a imunoglobulinas que resistem a interações homófilas e heterofílicas com nectinas em células adjacentes. As nectinas podem interagir com o citoesqueleto através da afadina, uma proteína de ligação a F-actina, ou preferencialmente através de interações com outras proteínas de ligação de F ou α-actina, incluindo proteínas de interação de domínio de ponsin / SH3P12, vinculina e afadin dil.

Junções apertadas (TJs)

As junções apertadas são os complexos juncionais adesivos mais apicais nas células epiteliais de mamíferos que desenvolvem um anel contínuo semelhante à correia em torno das células epiteliais no limite entre as regiões da membrana apical e lateral do trato gastrointestinal, de acordo com a Figura 2. As junções apertadas, ou TJs, são complexos multi-proteicos poderosos que servem de barreira paracelular seletiva / semipermeável, que facilita a passagem de íons e solutos através do espaço intercelular, evitando também a translocação de antígenos luminal, microorganismos e suas toxinas. A progressão da biologia TJ começou nos 1960 com o desenvolvimento da microscopia eletrônica. A avaliação e análise de células epiteliais explicaram uma série de fusões aparentes, em que o espaço entre as células epiteliais adjacentes havia sido eliminado. Estes chamados "pontos de beijo" são morfologicamente diferentes dos AJs e dos desmossomas, onde as membranas celulares adjacentes permanecem aproximadamente 15 para 20nm. Desde as primeiras observações, verificou-se que os TJ incluem quatro famílias de proteínas transmembranares: occludina, claudinas, moléculas de adesão juncional ou JAMs e tricelulina.

Os domínios extracelulares das proteínas TJ transmembranares em células adjacentes anastomose para formar o isolado TJ. Essas interações envolvem as proteínas encontradas na mesma membrana, bem como as que incluem proteínas em células adjacentes. Além disso, as proteínas TJ podem formar interações homofílicas, com a mesma proteína exata, ou interações heterofílicas, entre proteínas TJ não idênticas. Como as junções de aderência, os domínios intracelulares interagem com diferentes proteínas de andaimes, proteínas adaptadoras e complexos de sinalização para fixação moderada do citoesqueleto, polaridade celular, sinalização celular e tráfico de vesículas, conforme observado na Figura 3. As regiões intracelulares de AJs possuem domínios de ligação a PDZ, que se reúnem e entram em contato com proteínas que contêm domínio PDZ. O domínio PDZ (densidade pós-sináptica - disco 95 / Drosophila grande / proteína Zonula occludens-1) é um domínio estrutural comum de cerca de 80 para aminoácidos 90 que desempenham o papel de ancorar proteínas transmembranares para o citoesqueleto. Os domínios intracelulares também podem interagir com o domínio não vinculativo de PDZ, incluindo proteínas como cingulina, que podem interagir com proteínas de membrana juncional, citoesqueleto de actina e proteínas de sinalização. A complexa rede de interações de proteínas intracelulares também pode ser conhecida como a "placa citoplasmática".

Figura 3

Formação de junção apertada no trato gastrointestinal

O epitélio intestinal forma a maior e mais essencial barreira entre nossos ambientes externos e internos do trato gastrointestinal. A barreira é preservada pela presença de AJs e TJs, como caderinas, claudinas, occludinas e proteínas JAM, que isolam grupos de células adjacentes e mantêm a ancoragem do citoesqueleto, conforme observado na Figura 3. A expressão das proteínas juncionais no intestino é altamente regulada e depende tanto do intestino grosso quanto do intestino grosso, localização das vilosidades / criptas e especificidade da membrana celular; apical, lateral ou basolateral. O padrão complexo de expressão de TJ do intestino está relacionado às funções específicas de uma região e localização intestinal distintas. A expressão das junções aderentes e as proteínas das junções apertadas também podem ser controladas por fosforilação, de acordo com a Tabela 1. A fosforilação pode promover a formação de TJ e a característica de barreira, ou, alternativamente, promover a redistribuição da proteína TJ e a desestabilização intrincada.

Occludin

Uma das primeiras proteínas de membrana integral pertencentes especificamente às junções apertadas a serem reconhecidas é a occludina. O occludin é predominantemente encontrado em TJs nas células epiteliais e endoteliais, mas também pode ser localizado em astrocitos, neurônios e células dendríticas. Occludin (60 para 82 kDa) é uma proteína de membrana integral tetraspanante consistindo em dois laços extracelulares, um curto-terminal citoplasmático N e um C-terminal citoplasmático longo. A análise e avaliação da função destes demonstraram que os laços extracelulares e os domínios transmembranares da occludina gerenciam e mantêm a permeabilidade paracelular seletiva. Intra-celular, o C-terminal interage com a proteína ZO-1 que contém o domínio PDZ, que é necessária para conectar occludin ao citoesqueleto de actina, de acordo com a Figura 3.

Várias isoformas de occludin são caracterizadas e acreditam ser o resultado de um splicing de mRNA alternativo. Diferentemente, muitas variantes de amolação demonstram alteração da distribuição subcelular e interação com outras moléculas de TJ. A avaliação destas variantes de emenda mostrou que o domínio C-terminal citoplasmático é funcamental para a troca intracelular de occludina na membrana celular lateral, que o quarto nome de domínio transmembranar é importante para a inclusão no TJ, bem como para as interações ZO-1.

O papel da occludina não é totalmente delineado; no entanto, os dados sugeriram outra função para occludin a partir da regulação da permeabilidade paracelular. O principal alérgeno do ácaro da casa, Der p 1, estava determinado a perturbar proteolíticamente oclusão ao alterar este complexo TJ e aumentar a permeabilidade paracelular. Além disso, o tratamento com hidrocortisona das células endoteliais da retina bovina melhorou a expressão de occludina duas vezes e melhorou as propriedades de barreira monocamada. Embora occludin seja um elemento importante de TJs, a formação de TJ e a função de barreira de permeabilidade paracelular não dependem da occludina. As investigações experimentais de occludin em camundongos demonstraram números equivalentes e grupos de TJs e correspondente passagem de iões paracelulares como ratos selvagens. Além disso, o transporte epitelial e a função de barreira eram normais em camundongos com occludina. Junto com a regulação da permeabilidade paracelular, há evidências de que a inclusão está incluída na adesão celular. O comprimento da occludina na occludina e os fibroblastos de ratos conferiram adesão celular à célula que foi formalmente interrompida por péptidos sintéticos associados à primeira alça extracelular de occludina, sublinhando o significado da área de occludina na adesão celular.

As avaliações indicaram que o occludin encontrado ao longo do complexo TJ é regulado pela fosforilação. Vários locais de fosforilação potenciais em resíduos de tirosina, serina e treonina de occludina foram identificados onde a regulação da fosforilação de occludina é proposta por quinases, por exemplo, tirosina quinase c-sim não receptora e proteína quinase C (PKC) e fosfatases incluindo a proteína fosfatasa serina / treonina 2A, de acordo com a Figura 3. PKCη, uma nova proteína quinase predominantemente expressa no epitélio intestinal, demonstrou-se que é fosforilada diretamente a occludina em resíduos de treonina (T403 e T404). O bloqueio de toda a fosforilação de occludina mediada por PKCη interrompeu a distribuição juncional da occludina e ZO-1 e a função de barreira epitelial interrompida. Os dados sugerem que a fosforilação de occludina modula as interações occludin-ZO-1 e a manutenção de complexos TJ intactos e função de barreira paracelular.

Claudins

As Claudinas são proteínas de membrana integral 20 para 27 kDa com quatro domínios transmembranares hidrofóbicos, dois laços extracelulares e N- em conjunto com domínios citoplasmáticos C-terminais. Os laços extracelulares são cruciais para a proteína TJ homofílica e / ou heterofílica para as interações protéicas ao lado da criação de canais seletivos de íons. O domínio C-terminal intracelular está incluído na ancoragem da claudina no citoesqueleto através de conexões com nomes de domínio de ligação à PDZ, como ZO-1, -2 e -3, de acordo com a Figura 3. Atualmente, os membros do receptor da família claudin distinta de 24 são identificados naqueles que possuem vários orthologues expressos em várias espécies. Eles exibem diferentes rotinas de expressão específicas de células, tecidos e desenvolvimento.

As interações entre Claudin e Claudin entre células adjacentes podem ser homofílicas ou heterofílicas. Interações homófilas foram mostradas para claudinas 1, 2, 3, 5, 6, 9, 11, 14 e 19. No verso, as interações heterófilas são mais restritas e em grande parte foram detectadas com claudin-3, que poderia interagir com claudins-1, -2 e -5. Notavelmente, há especificidade em trans-interações heterofílicas. A título de exemplo, a transfecção de fibroblastos com claudins-1, -2 e -3 levou a interações com claudin-3 com claudin-1 e -2; ainda não foram detectadas interações envolvendo claudin-1 e -2. Essas interações exigentes são consideradas para descrever a diversidade nas formações de TJ e fornecer uma base molecular para a heterogeneidade específica de tecido da função de barreira.

Estudo recente, juntamente com ratos com deficiência de claudina, também fornecem informações corroborantes que suportam um papel para as claudinas na lei da função de barreira. Os camundongos Claudin-1 morrem dentro de um dia de nascimento devido à perda significativa de água transepidérmica. Além disso, a sobreexpressão transgênica tanto da claudina-6 na pele interrompeu a formação da junção apertada como o aumento da permeabilidade epitelial. Os dados experimentais indicam que as claudinas podem ter impactos diferenciais na permeabilidade paracelular. A título de exemplo, a introdução de claudin-2 em células MDCK I que indicam que claudin-1 e -4 ativa uma diminuição da resistência transepitelial, ou TER; enquanto que a transfecção de claudin-3 não teve nenhum efeito indicando que a claudin-2 diminuiu notavelmente a regeneração da cadeia TJ de claudin-1 / claudin-4. Em apoio das últimas evidências experimentais, indica que as claudinas podem formar medidas e estações paracelulares específicas de carga. A transfecção de claudin-8 em células MDCK II que carecem de claudina-8 endógena reduziu substancialmente o movimento paracelular sem impactar o movimento de soluto de aniões e não-carregados. Pesquisas experimentais sugerem que o primeiro loop extracelular de claudinas desempenha um papel essencial na decisão da seletividade de carga. A troca dos domínios iniciais ou extracelulares de claudin-4 em claudin-2 diminuiu profundamente a condutância iónica de Na + em relação a Cl-76. Além disso, a substituição de uma lata de carga negativa em algum ácido aspártico carregado positivamente (K65D) dentro do ciclo de claudin-15 gerou um aumento na permeabilidade de Na +, enquanto que a mutação exatamente no mesmo local de três aminoácidos carregados positivamente em ácido aspártico carregado negativamente , arginina e ácido aspártico (E46K, D55R e E64K) alteraram a seletividade iónica de claudin-15 em Na + para canal Cl. O tamanho e a densidade da porção também podem afetar o movimento paracelular de solutos não invasivos e carregados.

As claudinas também desempenham um papel essencial na invasão e motilidade das células epiteliais. A superexpressão de claudins-3 e -4 em células epiteliais de ovários humanos, que não possuem a expressão dessas proteínas, foi associada a uma maior sobrevivência de células epiteliais e maior invasão e motilidade. De acordo com esta observação, o knockdown mediado por siRNA das duas claudinas-3 e -4 nas linhas celulares de câncer de ovário diminuiu a intrusão. O resultado de claudin-3 parece se conectar à atividade alterada de metaloprotease-2 da matriz, o que significa que a invasão induzida por claudina pode ser regulada por proteínas de metaloprotease.

Semelhante à occludin, a localização de claudin no complexo de TJ e sua função são reguladas por fosforilação pós-tradução e através de conexões com domínios de ligação a PDZ. O domínio C-terminal intracelular de claudina possui múltiplos locais reguladores, tais como possíveis sítios de fosforilação de serina e termonina e nomes de domínio de ligação de PDZ. A fosforilação de claudinas-3 e -4 em células de câncer de próstata está intimamente ligada à regulação da permeabilidade paracelular. A título de exemplo, pacientes com pseudo-hipossaldosteronismo tipo II (PHA II ou síndrome de shunt de vitamina) apresentam acidose metabólica hipercalêmica, hipertensão e transporte de íons paracelulares desregulados. A base molecular está ligada a alguma mutação de perda de função das serina-treonina quinases, WNK1 e WNK4, que regulam os cotransportadores de cloreto epitelial. Isso também contribui para o aumento da fosforilação de ambas as claudinas-1-4 e um aumento da permeabilidade paracelular. Muitas vias de sinalização estão implicadas na fosforilação de claudinas como PKC, Rho GTPases, proteínas cinases ativadas por mitógenos (MAPKs) e fosfatases. A fosforilação de MAPK de claudin-1 é necessária para a função de barreira mediada por claudin-1. Além disso, claudins-1, -2, -7, -8, -16 e -17 possuem sites putativos de fosforilação de PKC.

Todas as claudinas, com exceção de claudin-12, que completam a disposição de dipeptídeos YV, demonstrou interagir com domínios de ligação a PDZ, compreendendo ZO-1, -2 e -3, nome de domínio multi-PDZ e proteína TJ associada a PALS1, de acordo com Figura 3. Várias dessas proteínas de andaimes contêm vários domínios PDZ, o que facilita a introdução de complexos de proteínas localizadas densas, também chamadas de "placas citoplasmáticas". Além disso, as proteínas de andaimes podem interagir com moléculas de sinalização, como proteínas de ligação de GTP heterodiméricas (Rab13 e Gα12), fatores de transcrição e variáveis ​​de processamento de ARN, para conectar complexos TJ ao citoesqueleto de actina e modular aspectos de polarização, diferenciação e barreira adrenal função.

Moléculas de Adesão Juncional (JAMs)

As moléculas de adesão juncional são proteínas de membrana integrais que pertencem à superfamília da imunoglobulina e possuem duas dobras de imunoglobulina, do tipo VH e C2, do domínio extracelular. Os JAMs são expressos por vários tipos de células, incluindo células epiteliais, endoteliais e imunes. Eles são subdivididos com base na expressão dos temas de ligação PDZ de Tipo I ou II no C-terminal intracelular, o que implica que os dois tipos interagem com andaimes excepcionais e proteínas citoplasmáticas. JAM-A, -B e -C (ou JAM1-3) têm sujeitos de ligação Tipo II, enquanto os JAM atípicos, como JAM-4, coxsackie e receptor de adenovírus (CAR) e molécula de adesão seletiva endotelial compõem Tipo I PDZ- domínios vinculativos. Comparáveis ​​às proteínas TJ adicionais, essas interações JAM-PDZ fornecem ancoragem ao citoesqueleto de actina, de acordo com a Figura 3.

A região extracelular dos JAMs adaptando-se a múltiplos ligandos através de interações homófilas e heterofílicas, que podem ser propostas para regular as funções móveis e a permeabilidade paracelular dos JAMs. As relações Homophilic JAM-A ou -B governam a criação de TJs operacionais e a formação de beiras de célula a célula, enquanto as interações heterólogas JAM desempenham um papel na adesão das células leucocitárias endoteliais.

Estudos recentes demonstram o significado de JAM-A na formação e montagem de TJs em células epiteliais intestinais. A regulação negativa de SiRNA de JAM-A nas células epiteliais SK-C015 desencadeou um aumento na permeabilidade. De acordo com isso, os camundongos JAM-A apresentaram aumento da permeabilidade da mucosa, como indicado pelo fluxo de dextrano melhorado e diminuição do TER. No entanto, esses camundongos também tiveram um aumento na expressão de claudin-10 e -15, que acredita formar poros seletivos do complexo TJ, melhorando a permeabilidade paracelular. Curiosamente, os ratos JAM-A aumentaram a suscetibilidade à colite induzida por produtos químicos. A administração de dextrano sulfato de sódio aos ratinhos JAM-A induziu lesão colônica mais aguda em comparação com os animais de controle WT. Estes estudos implicam permeabilidade intestinal alterada para um fator de susceptibilidade ao transtorno auto-imune.

A informação acima é baseada em evidências. O escopo de nossa informação é limitado às lesões e condições da quiroprática e da coluna vertebral. Para discutir o assunto, sinta-se à vontade para perguntar ao Dr. Jimenez ou entre em contato conosco no 915-850-0900 .

Pelo Dr. Alex Jimenez

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