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間隙連接

由泛連接蛋白或無脊椎動物連接蛋白和連接蛋白組成，兩個不同的蛋白家族形成通道的細胞-細胞連接。

間隙連接（英語：Gap junction），或稱縫隙連接，是細胞連接的一種，神經細胞之間的間隙連接又稱電突觸（Electrical synapse），是一種特化的動物細胞間連接，廣泛地存在於各種動物組織中。間隙連接通過連接細胞的胞質，允許多種小分子、離子和電信號直接通過，這一過程有一定的選擇性，間隙連接的開閉往往受到調控。[1]

間隙連接
間隙連接
標識字符
MeSHD017629
THH1.00.01.1.02024
FMAFMA:67423
《解剖學術語》
間隙連接

形成間隙連接的兩個細胞的細胞膜往往平行而且緊密地排列，留有納米尺度的縫隙，兩個分處在相鄰細胞質膜上的連接子（Connexon）對齊連接，形成一個狹窄的通道，大量的通道排列在這一縫隙中，進而構成了間隙連接。[1]

植物細胞的胞間連絲與動物細胞的間隙連接相似。

除了完全發育的骨骼肌細胞以及不固定的細胞，例如紅血球，間隙連接在人體中各種組織中幾乎處處存在。但尚未在一些低等動物，例如多孔動物門中，發現間隙連接。 [2]

結構

在脊椎動物中，連接子是由連接蛋白（Connexin）組成的同構或異構六聚體。無脊椎動物的間隙連接由無脊椎連接蛋白（Innexin）構成，與脊椎動物的連接蛋白之間沒有明顯的同源序列。[3]儘管序列上存在差異，但無脊椎動物連接蛋白在結構和功能上與脊椎動物的連接蛋白極為相似，以至於可以宣稱它幾乎以相同的方式構成了間隙連接。[4][5][6]泛連接蛋白（英語：Pannexin）（Pannexin）家族原本被認為也是形成細胞間通道的一種蛋白，但其實際上作為一個單層膜通道讓細胞與胞外環境進行交流，例如交換鈣離子以及ATP[7]。

間隙連接的通道寬度在2 nm到4 nm之間。兩個細胞的相應連接子相互對齊。每個連接蛋白有四個跨膜單位。有時，多個間隙連接聚集成一種稱為「斑」（Plaque）的宏觀結構。

由兩個相同的半通道，即連接子，形成的間隙連接稱為「同型」（homotypic），否則稱為「異型」（heterotypic）。另外，由六個相同的連接蛋白形成的連接子稱為「同聚」（homomeric），否則成為異聚（heteromeric）。間隙連接的結構細節被認為與其功能密切相關。但是該關係的細節尚不清楚。

編碼間隙連接的基因大致根據序列相似性分為三類：A，B和C（例如GJA1、GJC1）。應該注意，基因本身並不能編碼間隙連接，而只能編碼連接蛋白。另一種通用的連接蛋白分類方法是基於蛋白的分子量（例如connexin26，connexin43，connexin30.3等）。

間隙連接的結構層次

  1. 一個連接蛋白有4個跨膜結構域；
  2. 6個連接蛋白構成一個連接子，一個連接子又稱為半通道；
  3. 兩個半通道跨膜連接在一起構成一個間隙連接通道；
  4. 上百個間隙連接通道構成一個「斑」。

間隙連接通道的性質

 
雖然光學顯微鏡圖像不允許我們直接看到連接子（Connexon），但讓我們看到了螢光染料注入一個細胞移動到相鄰細胞時，間隙連接就被已知是存在的[8]。
  1. 間隙連接允許細胞之間直接的電信號傳導。不同的間隙連接具有不同的單通道的電導，從30 pS到500 pS不等。
  2. 允許細胞之間的化學通信。一些第二信使分子，例如肌醇三磷酸(IP3)和鈣離子，可以通過間隙連接在細胞間進行傳遞。不同種類的間隙連接也對不同的分子有不同的選擇通透性。
  3. 一般來說，分子量小於1000道爾頓（Dalton，簡寫為Da）的分子可以通過間隙連接擴散到相鄰細胞中，不同的連接子構造有不同的孔徑尺寸和選擇性。較大的分子，例如蛋白質，核酸，一般不能通過間隙連接。
  4. 其可以確保分子和電流通過間隙連接而不洩漏進入細胞間隙中。

功能

簡單地說，間隙連接可被視為電信號、小分子和離子的細胞間通路。控制這一通路將會產生複雜的效應，現分條陳述如下：

胚胎、組織和器官發育

在20世紀80年代，間隙連接通訊的一些細微而重要的作用被發現了。研究發現，在胚胎細胞中加入抗連接蛋白抗體可以阻斷間隙連接的物質交流。在間隙連接被阻斷的區域的胚胎最終發育不正常。[9][10]研究者隨後對抗體阻斷間隙連接的機制進行了系統的研究。這些研究表明，間隙連接似乎是細胞極性[11]和動物的對稱性[12][13]發育的關鍵因素。間隙連接對胚胎發育晚期細胞的分化也有重要作用。[14][15][16][17]間隙連接還被發現在藥物生效的信號傳導過程中承擔了主要作用[18]，相應的，一些藥物被證明可以阻斷間隙連接通道。[19]

間隙連接與旁觀者效應

細胞死亡

「旁觀者效應」的含義是無辜的旁觀者被殺，這也是由間隙連接引起的。當細胞因疾病或受傷而受到損害時，就會將死亡信息傳送到與死亡細胞相連的相鄰細胞上。這可能導致其他未受影響的健康的「旁觀」細胞也會死亡。[20]因此，旁觀者效應在疾病的細胞學研究中是很重要的。[21][22][23][24]除疾病導致的旁觀者效應外，輻射或機械導致的細胞損傷及傷口癒合過程中的旁觀者效應也受到了研究。[25][26][27][28][29]疾病似乎也會影響縫隙連接在傷口癒合中發揮功能的能力。[30][31]

電信號耦合

在大多數動物體中，間隙連接將細胞電耦合和化學耦合。電耦合可以相對快速地進行。本節中提及的組織（以及器官和系統）的有一些廣為人知的受間隙連接協調的功能，這些細胞間信號傳遞過程在微秒或更短的時間尺度內發生。

心臟

間隙連接在心肌中扮演重要角色。通過間隙連接的電耦合作用，心肌的所有肌細胞可同步工作。

神經系統

神經元之間的縫隙連接常被稱為電突觸。在間隙連接結構被發現之前，電生理學的研究者就已利用電測量方法發現了電突觸。電突觸突觸在整個中樞神經系統中都存在，特別是在新皮層、海馬體、前庭核、視丘網狀核、鎖膜下核、下橄欖核、三叉神經的中腦核、腹側蓋區、嗅球、視網膜和脊椎動物脊髓等區域。[32]

視網膜

視網膜的神經元中存在廣泛的間隙連接，間隙連接既存在於同種細胞之間，又存在於異種細胞之間。

耳蝸

目前已知耳蝸的柯蒂氏器的支持細胞，血管層內的細胞，以及結締組織的纖維細胞間有廣泛的間隙連接存在。其功能被認為與耳蝸內的鉀離子轉運有關，對耳蝸的聽覺轉導至關重要。 [33]

參見

 
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參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 Bruce., Alberts,. Essential Cell Biology Fourth edition. New York, NY: Garland Science. 2014 [2017-11-15]. ISBN 9780815344544. OCLC 852218989. （原始內容存檔於2019-07-13）. 
  2. ^ Bruce Alberts; et al. Molecular biology of the cell 4th edition. New York: Garland Science. 2002. ISBN 978-0-8153-3218-3. 
  3. ^ C. elegans Sequencing Consortium. Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for investigating biology. Science (New York, N.Y.). 1998-12-11, 282 (5396): 2012–2018 [2017-11-15]. ISSN 0036-8075. PMID 9851916. （原始內容存檔於2020-05-02）. 
  4. ^ Ganfornina, M. D.; Sánchez, D.; Herrera, M.; Bastiani, M. J. Developmental expression and molecular characterization of two gap junction channel proteins expressed during embryogenesis in the grasshopper Schistocerca americana. Developmental Genetics. 1999, 24 (1-2): 137–150 [2017-11-15]. ISSN 0192-253X. PMID 10079517. doi:10.1002/(SICI)1520-6408(1999)24:1/23.0.CO;2-7. （原始內容存檔於2019-08-24）. 
  5. ^ Starich, T. A.; Lee, R. Y.; Panzarella, C.; Avery, L.; Shaw, J. E. eat-5 and unc-7 represent a multigene family in Caenorhabditis elegans involved in cell-cell coupling. The Journal of Cell Biology. July 1996, 134 (2): 537–548 [2017-11-15]. ISSN 0021-9525. PMC 2120886  . PMID 8707836. （原始內容存檔於2019-09-01）. 
  6. ^ Simonsen, Karina; Moerman, Donald; Naus, Christian C. Gap junctions in C. elegans. Frontiers in Physiology. 2014, 5 [2017-11-15]. ISSN 1664-042X. doi:10.3389/fphys.2014.00040. （原始內容存檔於2019-07-13） （英語）. 
  7. ^ Lohman, Alexander W.; Isakson, Brant E. Differentiating connexin hemichannels and pannexin channels in cellular ATP release. FEBS letters. 2014-04-17, 588 (8): 1379–1388 [2017-11-15]. ISSN 1873-3468. PMC 3996918  . PMID 24548565. doi:10.1016/j.febslet.2014.02.004. （原始內容存檔於2019-08-29）. 
  8. ^ Chang, Qing; Tang, Wenxue; Ahmad, Shoeb; Zhou, Binfei; Lin, Xi. Schiffmann, Raphael , 編. Gap junction mediated intercellular metabolite transfer in the cochlea is compromised in connexin30 null mice. PLoS ONE. 2008, 3 (12): e4088. Bibcode:2008PLoSO...3.4088C. PMC 2605248  . PMID 19116647. doi:10.1371/journal.pone.0004088. 
  9. ^ Warner, A. E.; Guthrie, S. C.; Gilula, N. B. Antibodies to gap-junctional protein selectively disrupt junctional communication in the early amphibian embryo. Nature. 1984 Sep 13-19, 311 (5982): 127–131 [2017-11-15]. ISSN 0028-0836. PMID 6088995. （原始內容存檔於2019-09-01）. 
  10. ^ Warner, A. E. The use of antibodies to gap junction protein to explore the role of gap junctional communication during development. Ciba Foundation Symposium. 1987, 125: 154–167 [2017-11-15]. ISSN 0300-5208. PMID 3030673. （原始內容存檔於2019-09-01）. 
  11. ^ Francis, Richard; Xu, Xin; Park, Hyunsoo; Wei, Chin-Jen; Chang, Stephen; Chatterjee, Bishwanath; Lo, Cecilia. Connexin43 modulates cell polarity and directional cell migration by regulating microtubule dynamics. PloS One. 2011, 6 (10): e26379 [2017-11-15]. ISSN 1932-6203. PMC 3194834  . PMID 22022608. doi:10.1371/journal.pone.0026379. （原始內容存檔於2019-08-28）. 
  12. ^ Levin, M.; Mercola, M. Gap junctions are involved in the early generation of left-right asymmetry. Developmental Biology. 1998-11-01, 203 (1): 90–105 [2017-11-15]. ISSN 0012-1606. PMID 9806775. doi:10.1006/dbio.1998.9024. （原始內容存檔於2019-08-26）. 
  13. ^ Levin, M.; Mercola, M. Gap junction-mediated transfer of left-right patterning signals in the early chick blastoderm is upstream of Shh asymmetry in the node. Development (Cambridge, England). November 1999, 126 (21): 4703–4714 [2017-11-15]. ISSN 0950-1991. PMID 10518488. （原始內容存檔於2019-08-24）. 
  14. ^ Bani-Yaghoub, M.; Underhill, T. M.; Naus, C. C. Gap junction blockage interferes with neuronal and astroglial differentiation of mouse P19 embryonal carcinoma cells. Developmental Genetics. 1999, 24 (1-2): 69–81 [2017-11-15]. ISSN 0192-253X. PMID 10079512. doi:10.1002/(SICI)1520-6408(1999)24:1/23.0.CO;2-M. （原始內容存檔於2019-08-31）. 
  15. ^ Bani-Yaghoub, M.; Bechberger, J. F.; Underhill, T. M.; Naus, C. C. The effects of gap junction blockage on neuronal differentiation of human NTera2/clone D1 cells. Experimental Neurology. March 1999, 156 (1): 16–32 [2017-11-15]. ISSN 0014-4886. PMID 10192774. doi:10.1006/exnr.1998.6950. （原始內容存檔於2019-08-29）. 
  16. ^ Donahue, H. J.; Li, Z.; Zhou, Z.; Yellowley, C. E. Differentiation of human fetal osteoblastic cells and gap junctional intercellular communication. American Journal of Physiology. Cell Physiology. February 2000, 278 (2): C315–322 [2017-11-15]. ISSN 0363-6143. PMID 10666026. （原始內容存檔於2019-08-27）. 
  17. ^ Cronier, Laurent; Frendo, Jean-Louis; Defamie, Norah; Pidoux, Guillaume; Bertin, Gladys; Guibourdenche, Jean; Pointis, Georges; Malassine, Andre. Requirement of gap junctional intercellular communication for human villous trophoblast differentiation. Biology of Reproduction. November 2003, 69 (5): 1472–1480 [2017-11-15]. ISSN 0006-3363. PMID 12826585. doi:10.1095/biolreprod.103.016360. （原始內容存檔於2019-08-25）. 
  18. ^ Chaytor, A. T.; Martin, P. E.; Evans, W. H.; Randall, M. D.; Griffith, T. M. The endothelial component of cannabinoid-induced relaxation in rabbit mesenteric artery depends on gap junctional communication. The Journal of Physiology. 1999-10-15,. 520 Pt 2: 539–550 [2017-11-15]. ISSN 0022-3751. PMC 2269589  . PMID 10523421. doi:10.1111/j.1469-7793.1999.00539.x. （原始內容存檔於2019-08-27）. 
  19. ^ Srinivas, Miduturu; Hopperstad, Matthew G.; Spray, David C. Quinine blocks specific gap junction channel subtypes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2001-09-11, 98 (19): 10942–10947 [2017-11-15]. ISSN 0027-8424. PMC 58578  . PMID 11535816. doi:10.1073/pnas.191206198. （原始內容存檔於2019-07-13）. 
  20. ^ Bi, W. L.; Parysek, L. M.; Warnick, R.; Stambrook, P. J. In vitro evidence that metabolic cooperation is responsible for the bystander effect observed with HSV tk retroviral gene therapy. Human Gene Therapy. December 1993, 4 (6): 725–731 [2017-11-15]. ISSN 1043-0342. PMID 8186287. doi:10.1089/hum.1993.4.6-725. （原始內容存檔於2019-08-29）. 
  21. ^ Colombo, B. M.; Benedetti, S.; Ottolenghi, S.; Mora, M.; Pollo, B.; Poli, G.; Finocchiaro, G. The "bystander effect": association of U-87 cell death with ganciclovir-mediated apoptosis of nearby cells and lack of effect in athymic mice. Human Gene Therapy. June 1995, 6 (6): 763–772 [2017-11-15]. ISSN 1043-0342. PMID 7548276. doi:10.1089/hum.1995.6.6-763. （原始內容存檔於2019-09-01）. 
  22. ^ Pitts, J. D. Cancer gene therapy: a bystander effect using the gap junctional pathway. Molecular Carcinogenesis. November 1994, 11 (3): 127–130 [2017-11-15]. ISSN 0899-1987. PMID 7945800. （原始內容存檔於2019-08-22）. 
  23. ^ Fick, J.; Barker, F. G.; Dazin, P.; Westphale, E. M.; Beyer, E. C.; Israel, M. A. The extent of heterocellular communication mediated by gap junctions is predictive of bystander tumor cytotoxicity in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1995-11-21, 92 (24): 11071–11075 [2017-11-15]. ISSN 0027-8424. PMID 7479939. （原始內容存檔於2019-08-27）. 
  24. ^ Elshami, A. A.; Saavedra, A.; Zhang, H.; Kucharczuk, J. C.; Spray, D. C.; Fishman, G. I.; Amin, K. M.; Kaiser, L. R.; Albelda, S. M. Gap junctions play a role in the 'bystander effect' of the herpes simplex virus thymidine kinase/ganciclovir system in vitro. Gene Therapy. January 1996, 3 (1): 85–92 [2017-11-15]. ISSN 0969-7128. PMID 8929915. （原始內容存檔於2019-08-27）. 
  25. ^ Little, J. B.; Azzam, E. I.; de Toledo, S. M.; Nagasawa, H. Bystander effects: intercellular transmission of radiation damage signals. Radiation Protection Dosimetry. 2002, 99 (1-4): 159–162 [2017-11-15]. ISSN 0144-8420. PMID 12194273. （原始內容存檔於2019-08-24）. 
  26. ^ Zhou, H.; Randers-Pehrson, G.; Suzuki, M.; Waldren, C. A.; Hei, T. K. Genotoxic damage in non-irradiated cells: contribution from the bystander effect. Radiation Protection Dosimetry. 2002, 99 (1-4): 227–232 [2017-11-15]. ISSN 0144-8420. PMID 12194291. （原始內容存檔於2019-08-27）. 
  27. ^ Lorimore, S. A.; Wright, E. G. Radiation-induced genomic instability and bystander effects: related inflammatory-type responses to radiation-induced stress and injury? A review. International Journal of Radiation Biology. January 2003, 79 (1): 15–25 [2017-11-15]. ISSN 0955-3002. PMID 12556327. （原始內容存檔於2019-08-27）. 
  28. ^ Ehrlich, H. Paul; Diez, Tammy. Role for gap junctional intercellular communications in wound repair. Wound Repair and Regeneration: Official Publication of the Wound Healing Society [and] the European Tissue Repair Society. November 2003, 11 (6): 481–489 [2017-11-15]. ISSN 1067-1927. PMID 14617290. （原始內容存檔於2019-08-26）. 
  29. ^ Coutinho, P.; Qiu, C.; Frank, S.; Wang, C. M.; Brown, T.; Green, C. R.; Becker, D. L. Limiting burn extension by transient inhibition of Connexin43 expression at the site of injury. British Journal of Plastic Surgery. July 2005, 58 (5): 658–667 [2017-11-15]. ISSN 0007-1226. PMID 15927148. doi:10.1016/j.bjps.2004.12.022. （原始內容存檔於2019-08-20）. 
  30. ^ Wang, Chiuhui Mary; Lincoln, Jill; Cook, Jeremy E.; Becker, David L. Abnormal connexin expression underlies delayed wound healing in diabetic skin. Diabetes. November 2007, 56 (11): 2809–2817 [2017-11-15]. ISSN 1939-327X. PMID 17717278. doi:10.2337/db07-0613. （原始內容存檔於2019-08-24）. 
  31. ^ Rivera, E. M.; Vargas, M.; Ricks-Williamson, L. Considerations for the aesthetic restoration of endodontically treated anterior teeth following intracoronal bleaching. Practical periodontics and aesthetic dentistry: PPAD. January 1997, 9 (1): 117–128 [2017-11-15]. ISSN 1042-2722. PMID 9550065. （原始內容存檔於2019-08-26）. 
  32. ^ Connors, Barry W.; Long, Michael A. Electrical synapses in the mammalian brain. Annual Review of Neuroscience. 2004, 27: 393–418 [2017-11-15]. ISSN 0147-006X. PMID 15217338. doi:10.1146/annurev.neuro.26.041002.131128. （原始內容存檔於2019-08-22）. 
  33. ^ Kikuchi, T., Kimura, R. S., Paul, D. L., & Adams, J. C. Gap junctions in the rat cochlear: immunohistochemical and ultrastructural analysis. Anat. Embryol. 1995, 191: 101–118. 

外部連結

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