Aukkoliitokset Gap Junction . Gliasolujen verkostoituminen

GLIASOLUJEN syncytium  verkkoutuminen  ja aukkoliitokset Gap Junctions.
LÄHDE: Alexei Verkhratsky and Arthur Butt.
 Glial neurobiology.
 A Textbook. 2007. Sivuilta 58-61.
ISBN 978-0-470-01564-3.

Gap Junction, aukkoliitos, hermoston alueella

.

MAKROGLIA-solut aivoissa ovat fysikaalisesti liityneet toisiinsa muodostaen funktionaalisen solusyncytiumin, funktionaalisen verkkoutumisen. Tässä on fundamentaalinen ero neuronien tapaan tehdä verkostonsa.. Suurimmassa osassa neuroneita nettityö järjestyy synaptisten kontaktien avulla- vähän enemmän tietokoneen tapaan. Synapseissa on fysikaalista jatkuvaisuutta tässä verkossa. Ensimmäinen neuroni tekee synapsin, toinen neuroni jatkaa ja päädystään tekee taas uuden synapsin ja kolmas neuroni jatkaa ja impulssi kulkee tässä jatkumossa. Synapsit ovat kuin ”töpselikohtia” Näin tapahtuu interneuronaalinen signaalin edistyminen.

Mutta miten GLIA-.solut verkkoutuvat? Niitten kesken on suoria soluvälikontakteja ja niitä kutsutaan aukkoliittymiksi, Gap-Junction. 

Aukkoliittymiä, gapjunktioita, esiintyy monen tyypin soluissa ja ne vastaavat aineenvaihdunnallisista ( kuten maksassa) ja elektrisistä ( kuten sydämessä) kytkennöistä . Ultrastruktuuritasossa elektronimikroskoopilla katsottuna gapjunktioita esiintyy aivan spesiaalialueilla, missä kaksi lähisolua tulevat hyvin lähelle toisiaan niin että solujen välinen rako on vain 2-2.5 nm. Sellaisilla alueilla gapjunktiot saattavat tehdä sadoitain soluvälikanavia erikoisten konneksoniproteiinin avulla ( connexon).

Konneksonit muodostavat solujen välisen kanavan, joka on olemukseltaan iso vesiaukko yhdistäen näiden solujen sytoplasmat. Jokainen soluvälikanava muodostuu kahden aivan tarkalleen päikkäin asettuneen konneksoninrakenteen kesken. Yksi konneksonipuolikas onkin nimeltään hemikanaali ( hemichannels) ja vasta päikkäin niistä tulee konneksoni, nimensä veroinen aukkoliitos.

Jokainen liitosksen osakas konneksoni muodostuu kuudesta symmetrisestä konneksiini-alayksiköstä (connexin) Konneksiinejä on 20 eri alatyyppiä tunnisitettu ja niitä on numeroitu molekyylipainon mukaan. Niitä on 26kDa - 62 kDa kokoa. ja nimenä voi olla esim Cx43 tai Cx32; numero viittaa molekyylipainoon. Astrosyyttien yleisin konneksiini on Cx43 ja oligodendrosyyttien yleisin on Cx 32. Jokaisella konneksiinilla on 4 transmembraanista (TM) domeenia, joita se käyttää kanava aukon (pore) muodostamiseen ja porttitoiminaan (gating)

Konneksonit voivat muodostua identtisistä konneksiineista, jolloin ne ovat homomerisiä konneksoneja tai useita eri tyypeistä, jolloin ne ovat heteromeerisiä konneksoneja. Samoin kun ne muodostavat aukkoliitosta, ne voivat tehdä homotyyppisen aukkoliitoskanavan tai heterotyyppisen autkkoliitoskanavan.

http://www.kidney-international.com/cms/attachment/2043437637/2056042036/gr1.jpg

Jotta tällaisista aukkoliitoksista tulisi funktionaalisia, niitä täytyy olla kymmeniä tai satoja konneksoneja klusterissa, ryppäässä. Tällaiset klusterit voivat yhdistää samanlaisia soluja kuten astrosyytttejä keskenään tai oligodendrosyyttejä keskenään, jolloin ne ovat muodostaneet homosellulaarisen aukkoliitoksen ( homocellular gap junction) tai jos astrosyytti ja oligodendrosyytti tekevät aukkoliitoksen, se on heterosellulaarinen aukkoliitos. Jos tällaisia konneksoneja asettuu kauas pois klusterista, ne eivät pysty muodostamaan transsellullaarisia kanavia. Silloin ne jäävät hemikanaviksi, puolikanaviksi ( hemichannels), jotka voivat joskus aktivoitua joissain tilanteissa.

Ne konneksonien muodostamat soluvälitunnelit ovat isoja aukkoja, joiden läpimitta on 1,5 nanometriä. Tämä on hyvin tärkeä piirre, sillä se sallii monien sytoplasmisten aineiden solun sisätietä pitkin tapahtuvan diffuusion - näin pääsee tärkeät aineet kuten InsP3, nukleotidit ATP, ADP ja monet sytoplamiset sekundäärilähetit, jopa vitamiinitkin soluyhteisön hyödyksi. Lisäksi nämä isot aukot sallivat jonien kulkeutua läpi ja täten ne muodostavat tehokasta elektristä kytkentää gliasolujen kesken.

Biofysikaalisesti nämä kanavat käyttäytyvät hyvin samalla tavalla kuin muutkin kalvojen joniknavat eli ne vaihtelevat nopeasti ”auki” ja ”kiinni”- tilojansa. Tärkeä tietää, että näiden kanavien läpäisevyyttä ja avautumista kontrolloi monet solun sisäiset tekijät. Esimerkiksi sytoplasmisen kalsiumin (Ca++) suuri lisääntyminen ( yli 10 uM) ja happamuus ( acidoottisuus) sulkee nämä aukkoliitokset ja estää johtuvuuden näiden liitosten kautta. Aukkoliitoksen läpäisevyyttä kontrolloi myös toisiolähetti cAMP ja solunsisäiset kinaasit kuten PKC. On tekijöitä, jotka voivat blokeerata aukkoliitoksia: haihtuvat anestesia-aineet kuten halotaani, alkoholit oktanoli ja heptanoli.

ASTROSYYTEILLÄ on kaikkein tiheimmät aukkoliitokset, gap junctions. Niitten konneksiineissä esiintyy eniten Cx43, Cx30 ja Cx26. Niillä on täten mitä korka-asteisin solujen keskeinen kytkeytyminen. Keskimäärin harmaan aineen kahdella astrosyytillä on keskenään noin 230 aukkoliitosta. Kun on tehty koe, jota saadaan selville, miten pitkälle jokin aine yhdestä astrosyytistä pääsee, on havaittu että yhteen harmaan aivokudoksen astrosyyttiin ruiskutettua fluresoivaa molekyyliä voitiin havaita 50 - 100 lähellä sijaitsevassa astrosyytissä. Kuitenkin aivojen eri osien välillä tämä verkostoituminen on eriasteista eikä verkostoituminen tapahdu joka kerta aina juuri tällä aukkoliitosjärjestelmällä . Esimerkiksi melkein kaikki ( melkein 100%) kortikaalisista astrosyyteistä ovat integroitunut ”assimiloitunut” tähän syncytium-verkostoon kun taas optisessa hermossa kytkentöjä tekee vain 80 % ja hippocampuksessa 50% astroglioista.

OLIGODENDROSYYTEILLÄ ilmenee myös useita konneksiinien alatyyppejä Cx29, Cx32 , Cx45 ja Cx47 ja ne muodostavat homosellularisia aukkoliitoksia lähi oligodenrogliasoluihin ja heterosellularisia astrogliasoluihin. Astrosyyteihin verrattuna kytkeytyminen on paljon harvempaa oligodendrosyyteillä ja tavallisesti joka oligodendrosyytti on kytkeytynyt 2-4 naapurisoluunsa. Kytkeytyminen on hyvin erilaista eri aivo-osissa. Hyvin usein oligodendrogliat muodostavat aukkoliitoksen astrosyyteihin, jolloin ASTROSYYTTI takaa niille osuuden yleisestä integroivasta mediasta ja täten muodostuu aivojen alueen pangliaalinen verkosto (panglial syncytium) .

Tämä integraatio ulottuu myös EPENDYYMISOLUIHIN, koska nämä tekevät aukkoliitoksen astrosyytin kanssa ja myös ependymosyytit keskenäänkin tekevät aukkoliitoksia.

Astrosyytit saattaavat toisinaan muodostaa aukkoliitoksia neuroniin, erityisesti varhaisen kehityksen vaiheissa.

LEPÄÄVÄT MIKROGLIAT eivät tee kontaktia keskenään eikä toisten gliasolujen kanssa, vaikka on havaittu että aktivoituneella mikroglialla voi olla Cx43 koeputkessa.

Samoin myöskään NG2-GLIASOLUT eivät funktionaalisesti kytkeydy toisiinsa eivätkä muihin gliasoluihin , mutta ei tiedetä onko niillä edes konneksiinejakaan; ne voivatkin toimia individuaalisti isoloituna gliaalisesta verkostosta ( ottaessaan kontakta neuroniin) , mikä onkin tärkeää esim aivon vaurioitumiskohdissa.

SCHWANNIN soluilla (PNS) on konneksiineja Cx32 ja Cx46. Epäkypsissä Schwannin soluissa on Cx46 kehityksen aikana ja vaurion jälkeen ne liittyvät toisiinsa konneksien avulla. Myelinoivat Schwannin solut ilmentävät konneksiinia Cx32 ja sillä ne saavat yhteyttä myeliinitupen paranodaalisiin mutkiin, missä ne osallistuvat jonien ja veden liikkeisiin.

Muistiin konneksiineista, konneksomista, aukkoliitokseta ja gliasolujen verkkoutumisesta 27.2. 2018