Tight Junctions

Tight Junctions, TJs (engl. für „dichte Verbindung“) oder Zonula cccludens (ZO), befinden sich an der Grenze zwischen der apikalen und der lateralen Membran Zellen.
TJs sind in allen Epithel- und Endothelzellen vorhanden. Sie befinden sich apikal von den anderen drei Verbindungsstellen und bilden eine gürtelartige Struktur, die die Zelle umgibt.

Die Transmissionselektronenmikroskopie zeigt, dass die Membranen zweier benachbarter Zellen an den TJs direkte Kontaktpunkte bilden, die als "kissing points" bezeichnet wurden. In diesen Bereichen scheinen die Membranen der benachbarten Zellen zu verschmelzen und den Interzellularraum abzudichten. Diese parazelluläre Diffusionsbarriere ist semipermeabel: Sie ist größen- und ladungsselektiv.

Tight junctions bilden bidirektionale Signalplattformen, die Signale aus dem Zellinneren empfangen, die ihren Aufbau und ihre Funktion regulieren, und die Signale in das Zellinnere weiterleiten, um die Zellproliferation, Migration, Differenzierung und das Überleben zu steuern.

Es ist bekannt, dass die Zell-Zell-Permeabilität am besten mit den Eigenschaften der Proteine in den Strängen korreliert. Das erste dieser Proteine, Occludin, wurde vor 20 Jahren von der Gruppe von Shoichiro Tsukita identifiziert.

Neben Occludin spielen folgende Proteine eine Rolle in der Funktion der TJs:

• die Claudin-Familie
• die Junctional Adhesion Molecules (JAMs 1-3)
• die Zonula-Occludens-Proteine (ZOs 1, 2 und 3)
• das Multiple-PDZ-Domänenprotein 1 (MUPP1)
• die membranassoziierten Guanylatkinase-Isoformen (MAGIs) 1, 2 und 3
• die Zellpolaritätsproteine wie die Proteinkinase C (PKC)
• der Isotype-specific-interacting protein/protease-activated receptor-3 (ASIP/PAR-3) und PAR-6
• die nicht-PDZ-exprimierenden Proteine wie Cingulin, Symplekin, atypische Proteinkinase C (aPKC), Proteinphosphatase 2 (PP2A), das mit Ras verwandte Protein Rab-3B (Rab3b) und Rab13

Die Regulierung des Zusammenbaus der Tight Junctions erfolgt über die Phosphorylierung durch verschiedene Proteinkinasen. So steuert die Aktivierung der MAP-Kinase-Signalwege die Interaktion von ZO-1/Occludin mit der Plasmamembran. Die Assoziation von VASP mit den Tight junctions wird durch PKA-abhängige Phosphorylierung reguliert. Tight Junctions verschließen auf diese Weises den Zellenzwischenraum wodurch der Fluss von Molekülen über das Epithel kontrolliert wird.

Tight Jnctions haben eine sogenannte „Zaun-Funktion“ (fence function). Sie verhindern die freie Bewegung von Membrankomponenten und erhalten dadurch die Zellpolarität, indem sie in apikale und basale Bereiche unterteilen.

Tight junctions sind ein integraler Bestandteil der evolutionär konservierten Signalmechanismen, die die Polarisierung von Epithelzellen und die Bildung von morphologisch und funktionell unterschiedlichen apikalen Domänen steuern.

Die Haut wird oft als das größte Organ des menschlichen Körpers angesehen. Angesichts der Tatsache, dass die Haut die erste Verteidigungslinie gegen die feindliche äußere Umgebung darstellt, ist die Integrität der TJ in der Epidermis aufgrund ihrer Zaun- und Barrierefunktionen und ihrer Rolle bei der Homöostase und der Immunreaktion von entscheidender Bedeutung. Die Epidermis des Menschens exprimiert eine Vielzahl von TJ-Molekülen.

Von diesen sind Claudin-1, Claudin-7, JAM-A und MUPP1 in allen Schichten der Epidermis zu finden, während Occludin und Cingulin auf das Stratum granulosum beschränkt sind. JAM-A wird in allen Schichten der menschlichen Epidermis mit Ausnahme des Stratum corneum exprimiert. Einige TJ-Proteine, wie ZO-1, Claudin-1 und Claudin-4, sind auch in den Haarfollikeln lokalisiert (Morita K et al.1998; Brandner JM et al. 2003).

Tight Junctions sind entscheidend für die Funktion der Hautbarriere. Veränderungen in ihrer Expression wurden bei verschiedenen Hauterkrankungen so. z.B. beider atopischen Dermatitis festgestellt. Weiterhin spielen sie eine Rolle bei der normalen Wundheilung.

Claudin-1-Knockout-Mäuse sterben kurz nach der Geburt aufgrund von Hautbarrieredefekten, die zu schwerem Wasserverlust führen. Die Ausschaltung von Claudin 1 und 4, Occludin und ZO-1 in Hautkeratinozyten erhöht die parazelluläre Durchlässigkeit für Ionen und größere Moleküle. Darüber hinaus verringert die Ausschaltung von Claudin-1 auch die Wasserbarrierefunktion im Stratum corneum.

Bei atopischer Dermatitis (AD) sind  ZO-1 und Claudin-1 in läsionaler Haut signifikant reduziert, was darauf schließen lässt, dass die TJ-Barrierefunktion bei dieser Hauterkrankung beeinträchtigt ist (Yuki T. et al. 2016; Batista DI et al. 2015). In der nicht-läsionalen Haut der AD sind ZO-1 und Claudin-4  reduziert. In einem Mausmodell der atopischen Dermatitis zeigte sich, dass die Veränderungen der epithelialen Barrierefunktion der Haut mit einer verminderten Expression von Claudin-1 korrelierten. Veränderungen des parazellulären Flusses und der Morphologie des Stratum corneum zeigten dies an (Tokumasu R et al. 2016).

In der Frühphase der Psoriasis werden Occludin, ZO-1 und Claudin-4 gegenüber der normalen Haut  vermehrt exprimiert. Die Expression der Claudine 1 und 7 war in den basalen und obersten Schichten reduziert (Kirschner N et al. 2009). Die Claudin-Expression war bei Psoriasis vom Plaque-Typ vermindert, was die gestörte Barrierefunktion der psoriatischen Haut erklären könnte.

Neben ihrer Barrierefunktion für Wasser, Ionen sowie große und kleine Moleküle sind die TJ auch an der Zellproliferation und -differenzierung beteiligt. In menschlichen Hautkeratinozyten führt die Ausschaltung von Claudin-1 mittels siRNA zu einer Unterbrechung der TJ-Funktion, zu einer erhöhten Permeabilität für Natriumfluorescein und zu einer verstärkten Proliferation.

In einem AD-Mausmodell korreliert das Fehlen von Claudin-1 in den unteren Epidermisschichten mit einer signifikant erhöhten Proliferation von Epithelzellen sowie mit Veränderungen in der Expression der Differenzierungsmarker Keratin-10 und Keratin-14 (Gruber R et al. 2015). Darüber hinaus führt der Knockdown von Occludin in menschlichen Hautkeratinozyten zu einer verringerten Adhäsion zwischen Epithelzellen und Zellen, einer geringeren Anfälligkeit für Apoptose und einer veränderten Expression von Differenzierungsmarkern.

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