4.12 : Gap Junctions

Multizelluläre Organismen nutzen eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie Zellen miteinander kommunizieren können. Gap Junctions sind spezialisierte Proteine, die bei Tieren Poren zwischen benachbarten Zellen bilden. Sie verbinden das Zytoplasma zwischen beiden und ermöglichen den Austausch von Molekülen und Ionen. Sie kommen in einer Vielzahl von Wirbellosen und Wirbeltieren vor, vermitteln zahlreiche Funktionen inklusive der Zelldifferenzierung und Zellentwicklung. Gleichzeitig werden sie mit zahlreichen menschlichen Krankheiten assoziiert. Dazu gehören z.B. Herz- und Hautkrankheiten.

Die Gap Junctions der Wirbeltiere bestehen aus Transmembranproteinen, die Connexine (CX) genannt werden, und sechs Connexine bilden einen Halbkanal, der Connexon genannt wird. Der Mensch hat mindestens 21 verschiedene Formen der Connexine. Sie werden in fast allen Zelltypen exprimiert. Ein Connexon-Halbkanal wird als Homomer bezeichnet, wenn alle sechs Connexine gleich sind. Man bezeichnet sie als Heteromer, wenn sie aus verschiedenen Typen zusammengesetzt sind.

Die meisten Zellen exprimieren mehr als eine Art der Connexine. Diese können funktionelle Connexon-Halbkanäle oder eine durchgehende Pore (Gap Junction) bilden, indem sie sich mit einem Gegenstück einer benachbarten Zelle paaren. Die Gap Junctions werden als homotypisch angesehen, wenn die einzelnen Connexone gleich sind, und als heterotypisch, wenn sie sich voneinander unterscheiden. Cluster, die als Gap Junction-Plaques bezeichnet werden, bilden sich häufig an Orten wo die Kanäle kontinuierlich recycelt und im Zentrum der Plaques abgebaut und an der Peripherie ersetzt werden.

Gap Junctions ermöglichen den Durchtritt von Ionen, Botenstoffen, Zuckern und anderen kleinen Molekülen zwischen den Zellen. Dieser Austausch ist selektiv permeabel und wird durch die Connexin-Zusammensetzung des Kanals bestimmt. Sie besitzen die Fähigkeit, unter bestimmten Bedingungen zwischen einem offenen und geschlossenen Zustand zu wechseln. Dadurch können die Zellen den Austausch von Molekülen zwischen ihnen regulieren. Faktoren wie der pH-Wert und das Vorhandensein von Ca²⁺-Ionen können die Kommunikation zwischen den Zellen in einem kürzeren Zeitraum regulieren, als die differentielle Genexpression, welche die Art und die Häufigkeit der Connexine in den verschiedenen Zelltypen der embryonalen und adulten Geweben reguliert.