개재판 [ Intercalated disc ] / 세포연접 [ cell junction ]

개재판 [ Intercalated disc ] / 세포연접 [ cell junction ]

2022. 11. 1. 00:11ㆍ카테고리 없음

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안녕하세요! 헬씨부입니다~

오늘은 ' 개재판 [ Intercalated disc ] / 세포연접 [ cell junction ] '에 대해 알아보고 정리하겠습니다!

개재판

[ Intercalated disc ]

정의

심근의 장축에 규칙적인 간격으로 섬유를 횡단하는 심근 세포 간의 접합부. 계단 모양으로 나타나며, 한 섬유에서 다른 섬유까지 섬유 축의 방향으로 수축력의 전달을 쉽게 하고, 아울러 심근의 섬유 가운데에서 세포 간의 기계적 결합을 조절한다.

심근세포 간의 접합부. 세포가 분지됨에 따라 계단모양으로 나타난다. 세포간의 기계적 결합을 조절하는 접착대 · 결합소체, 자극전달을 가능하게 하는 넥서스가 많다. 전자는 발달한 배접구조에 각각 액틴필라멘트, 중간경 필라멘트가 결합한다. 후자는 코넥신 6개가 코넥손을 형성하고, 세포간에 대치하는 채널로서 작용한다.

투과도는 ATP, cAMP의존성 인산화 등에 의해 증가하는 한편 세포내 산성, 고Ca2＋ 농도에 의해 폐쇄되어 세포장애가 진전되는 것을 저지한다.

삽입된 디스크 또는 Eberth의 선은 심장 근육의 현미경 식별 기능입니다. 심장 근육은 단일 기능 합포체로 작동하도록 삽입된 디스크로 연결된 개별 심장 근육 세포(심근세포)로 구성됩니다. 대조적으로, 골격근은 다핵 근육 섬유로 구성되며 삽입된 디스크를 나타내지 않습니다. 삽입된 디스크는 심장 조직의 동시 수축을 지원합니다. 그들은 근절의 Z선에서 발생하며 조직의 종단면을 관찰할 때 쉽게 시각화할 수 있습니다.

구조

삽입된 디스크는 인접한 심장 근육 세포를 연결하는 복잡한 구조입니다. 삽입된 디스크를 구성하는 것으로 인식되는 세 가지 유형의 세포 접합은 데스모솜, 근막 부착 접합 및 간극 접합입니다.

근막 부착물은 액틴의 고정 부위이며 가장 가까운 근절에 연결됩니다.
Desmosomes는 중간 필라멘트를 결합하고 세포막을 중간 필라멘트 네트워크에 고정하여 세포를 함께 연결함으로써 수축 중 분리를 방지합니다.
간극 접합은 인접한 세포의 세포질을 전기적으로 연결하여 세포 사이의 이온 통과를 허용함으로써 심장 활동 전위가 심장 세포 사이에 퍼지도록 하여 심장 근육의 탈분극을 생성합니다.

이러한 모든 접합은 영역 합성이라고 하는 단일 단위로 함께 작동합니다.

임상적 중요성 (Clinical significance)

삽입된 디스크 유전자의 돌연변이는 심부전으로 이어질 수 있는 다양한 심근병증의 원인이 됩니다.

Microtome 단면화, 따라서 시각적 인공물이 됩니다.
강제 심근 수축은 주로 심실 세동이나 전기 손상으로 인해 발생합니다.

강력한 심근 수축을 나타내는 추가 징후는 다음과 같습니다.

과수축된 근세포와 과팽창된 근세포의 교대 번들.
정사각형 모양의 심근세포 핵.
근절이 분리된 과팽창 심근세포 및 과수축 심근세포 부근.

세포연접

[ cell junction ]

진단/검사

세포연접은 동물의 다세포 생물의 조직에 있는 구조로서 이웃한 세포들 사이 또는 세포와 세포외기질 사이를 연결하는 단백질 복합체이다. 세포연접은 세포 사이에 장벽을 만들거나 수송을 조절하며, 특히 이웃한 세포들 사이의 신호 전달에서 핵심적이 기능을 담당하고 세포의 구조적 안정에도 매우 중요한 역할을 한다. 세포연접은 그 모양과 기능에 따라서 고정형 연접 (anchoring junction), 소통형 연접 (communicating junction), 밀착 연접 (occluding junction), 삼면형 연접 (tri-cellular junction; TCJ)으로 나뉜다 (그림 1).

그림 1. 세포 연접의 종류; 소통연접인 간격접합부 (gap junction), 고정 연접인 데스모좀

세포연접 유형

고정 연접

고정 연접은 조직과 장기를 구성하는 세포들을 서로 연결하여 고정한다. 이 구조를 형성하는 단백질 복합체는 일차적으로 막에 분포하는 단백질들 사이의 상호작용을 통해 세포막과 세포막을 연결한다. 고정 연접을 구성하는 세포막 단백질들은 세포외 도메인을 통해서 인접한 세포막 단배질의 세포외 도메인과 단백질 복합체를 형성하여 일차적으로 세포 사이에 고정형 연접의 구조를 형성한다. 동시에 세포막 단백질의 세포질 도메인은 세포골격과 연결됨에 따라 인접한 세포의 세포 골격도 세포막 단백질을 통해서 간접적으로 연결된 구조를 형성한다. 고정 연접의 대표적인 예는 데스모좀 (desmosomes), 헤미데스모좀 (hemidesmosome), 접착연접 (adherens junction) 등이 있다. 데스모솜은 한 세포의 막단백질 카드헤린이 인접한 세포의 막에 있는 카드헤린과 이량체를 형성하여 이루어진다. 카드헤린의 세포질 도메인은 세포질의 세포골격을 이루는 중간필라멘트와 연결된다. 헤미데스모좀은 세포막 단백질 인테그린 이량체가 세포외피질과 결합하여 형성되며 인테그린의 세포질 도메인은 세포질의 세포골격을 이루는 중간 필라멘트와 연결된다. 접착연접은 데스모좀과 유사한 구조이나 세포 골격의 액틴 필라멘트와 연결된다.

소통 연접

소통 연접의 대표적인 구조는 간격 접합부 (gap junction)이다. 기본적인 구조는 6 개의 코넥신 (connexin) 단백질로 구성된 코넥손 (connexon)으로 이루어진다 (그림 2). 한 세포의 막에 형성된 코넥손이 인접한 세포의 막에 있는 코넥손과 정렬되고 연결되어 신호에 따라 열리거나 닫히는 원통형 구조를 만든다. 이러한 구조적인 특징 때문에 소통 연접은 한 세포의 세포질에서 시작된 신호 물질들을 확산을 통해 인접한 세포들에 신속하고 효과적으로 전달하는 역할을 담당한다. 예를 들어 심장박동 조절 신호에 반응하여 심장근육이 일시에 수축하고 이완하는 일을 수행하는데 심장근육세포의 소통형 연접이 결정적인 역할을 한다. 소통형 연접의 기능에 이상이 있는 포유류 성체에서 뇌에서 뉴런의 가소성과 밀도가 현저하게 낮았는데, 이는 소통형 연접이 뇌의 기능과 발달에 매우 중요하다는 것을 뜻한다.

(그림 2) 소통 연접; 코넥신(connexin) 여섯 개 분자로 구성된 코넥손(connexon)이 다른 하나의 코넥손과 일렬로 배열하여 형성된 통로이다. 특정한 세포 신호에 의해서 '열림'과 '닫힘' 상태를 선택함으로써 세포 사이의 물질의 이동 통로로 기능한다. 삼면형 연접; 세 개의 세포를 연결하는 연접 구조이다(오른편 하단 그림).

밀착 연접

밀착 연접을 구성하는 단백질은 40 여개이며 그 기능에 따라 스캐폴드 단백질, 신호 단백질, 조절 단백질, 막 단백질로 나뉜다. 밀착 연접은 상피 층을 구성하는 상피 세포에 집중적으로 분포하여 이들 세포를 밀착시켜 연결함으로써 인접한 세포들 사이에 물과 용질의 이동을 조절하는 역할을 한다. 더구나 밀착 연접은 생리학적 pH에 따라서 양이온에 대한 선택적 투과성을 작동한다. 특히 유형이 다른 상피 세포에 존재하는 밀착 연접들은 용질의 크기, 전하 및 극성에 따라 서로 다른 선택적 투과성을 나타냄으로써 분포하는 상피세포에서 필요한 기능을 수행한다.

삼면형 연접

삼면형 연접은 세 개의 세포가 맞닿아 이루는 모서리를 봉합하는 구조로서 상피 세포에서 가장 많이 발견된다. 이러한 삼면형 연접의 구조적인 특징을 형성하는데 관여하는 단백질은 척추동물의 트리셀룰린 (tricellulin)과 리포프로틴 수용체, 무척추동물의 그리오탁틴 (gliotactin)과 아나콘다 (anakonda)가 있다. 생물학적 기능에서도 세포를 봉합뿐만 아니라 세포질의 세포골격와 연결되어 있어서 세포 분열의 조절에도 관여한다. 삼면연접 부위는 방추사를 잡아당기는 힘을 구사함으로써 세포 분열의 방향을 결정하는데 필요한 지리적 정보를 제공하는 역할을 한다.

세포 연접의 구성 요소

세포 연접을 형성하는 대표적인 분자에는 카드헤린 (cadherin), 셀렉틴 (selectin), 인테그린 (integrin), 및 면역글로불린 상과 (immunoglobulin superfamily) 등 네 가지가 있다. 이들은 각각 분자의 구조와 조직의 분포에서도 각각 다른 특징을 가질 뿐만 아니라 독특한 고유의 생물학적 기능을 가지고 있다.

카드헤린

카드헤린은 생물학적인 기능이 칼슘 이온 (Ca2+)에 의존적이기 때문에 지어진 이름이다. 카드헤린의 세포외 도메인에 있는 Ca2+ 결합 도메인이 칼슘 이온과 결합하면 칼슘 이온과 결합한 또 다른 Ca2+ 결합 도메인과 결합하여 세포와 세포를 접착시키는 역할을 수행한다. 카드헤린에는 여러 아형이 존재하기 때문에 카드헤린은 동형이량체 뿐만 아니라 이형이량체도 형성함으로써 다양한 이량체의 형태로 여러 생물학적 기능을 갖는다. 예를 들어 배아의 배엽 형성 과정에서 외, 내, 중배엽을 구분하는데 카드헤린의 기능은 절대적이다.

셀렉틴

셀렉틴은 인체에서 분포하는 조직과 기능에 따라 L-셀렉틴, P-셀렉틴, E-셀렉틴 세 가지 유형으로 나뉜다. L-셀렉틴은 림프구, 단핵구 및 호중구에, P-셀렉틴은 혈소판 및 내피에, E-셀렉틴은 내피에만 제한되어 분포하며, 이들 조직의 발달과 기능에 필수적이다.

면역글로불린 상과

면역글로불린 상과에 속하는 단백질은 동형이량체 또는 이형이량체를 형성하며 이는 카드헤린과 다르게 칼슘 이온과 독립적으로 일어난다. 동형이량체는 이웃한 세포 표면에 분포하는 면역글로불린-유사 도메인끼리 결합하여 생성되는 반면에 이형이량체는 면역글로불린-유사 도메인이 인테그린 도메인과 결합하여 생성된다.

인테그린

인테그린은 접착 수용체로서 세포막에서 접수한 신호를 세포질 안으로 전달하는데 중요하다. 특히 인테그린의 여러 가지 아형이 하나의 리간드와 결합할 수 있기 때문에 하나의 신호전달분자는 인테그린을 통해서 광범위하게 영향을 끼친다.

문제

Cardiac muscle serves many necessary functions and it has a specific structure that serves these functions. The structure highlighted is an important histologic component of cardiac muscle. What would be the outcome if this structure diffusely failed to function?

A. Inappropriate formation of cardiac valve leaflets
B. Failure of propagation of the action potential from the conduction system
C. Outflow tract obstruction
D. Ineffective excitation-contraction coupling due to insufficient calcium ions
E. Failure of potassium channels to appropriately open to repolarize the cell

Image: by Dr. S. Girod, Anton Becker, License: CC BY 2.5

Explanation:

Correct Answer B: Failure of propagation of the action potential from the conduction system. The highlighted structure is an intercalated disc, found only in cardiac muscle, which serves as a gap junction that allows communication between the cells, such as the action potential. This electrical conductance is an incredibly fast way to transmit energy from cell to cell in order to coordinate a cell response. Intercalated discs also serve as desmosomes that anchor cardiac muscle cells to one another, which allows a strong contraction of the muscle fibers.

Option A: Cardiac valves are not composed of muscle. They are part of a fibrous skeleton that gives structure to the softer tissues of the heart. Each valve has leaflets, the number depending on the valve in question. These leaflets are strong, collagenous structures that respond to the pressures of the heart chambers around them. Papillary muscles attached to chordae tendinae contract to prevent the atrioventricular valves from prolapsing during contraction (systole) of the heart muscle. That said, the leaflet structures are not composed of muscle. They do not have intercalated discs and do not directly respond to electrical conduction from the heart. The histologic structure in question is not related to valve leaflets, making them an inappropriate option.

Option C: Outflow tract obstruction can be caused by several things. The most common cause is hypertrophic obstructive cardiomyopathy (previously termed idiopathic hypertrophic subaortic stenosis, or IHSS), which is a genetic disease that is usually caused by mutations of sarcomere proteins. Its characteristic microscopic appearance includes the chaotic distribution of hypertrophied myocytes in a fibrous matrix, and its gross appearance includes an increased thickness of the muscular walls of the heart, most often the interventricular septum and the walls of the left ventricle. This leads to a defective filling capacity (diastolic dysfunction), outflow obstruction, and arrhythmias. These histologic findings are not reflected in the slide provided, making this an incorrect option.

Option D: Excitation-contraction coupling is the primary action of the cardiac muscle fibers. This coupling is the concept that an action potential is closely linked to a contractile unit, so an electrical force will cause a rapid and coordinated contractile response. This is accomplished by a structure known as a diad, which is composed of a T-tubule that is adjacent to a sarcoplasmic reticulum. The T-tubule directly communicates the action potential to the terminal cistern of the sarcoplasmic reticulum, which then releases calcium ions to initiate contraction. The diad is not the structure identified in this image, making it an incorrect option.

Option E: Cardiac myocyte depolarization is mediated by voltage-gated sodium channels. Repolarization relies on the movement of potassium out of the cell, which is mediated by the opening of fast potassium channels in response to the closure of calcium channels. Restoration of the electrical gradient of the cell membrane, or resting potential, is accomplished via the sodium-potassium pump, which uses ATP to move 3 sodium out of the cell in exchange for moving 2 potassium into the cell. This is not highlighted in this histologic section, making it an incorrect option.

Learning objective: Intercalated discs are a characteristic microscopic structure of cardiac muscle. They are a structural component of myocytes. More importantly, they are responsible for rapid electrical communication between cells.

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