In vielen Bereichen des Körpers schwimmen Zellen nicht einfach umher, sondern müssen eng nebeneinander liegen. Diese Anordnung dient nicht nur der Stabilität, sondern auch der Kommunikation und dem Stoffaustausch zwischen Zellen. Neben Gap Junctions und Desmosomen sind Tight Junctions eine weitere Art dieser Zell-Zell-Verbindungen.
Vorkommen der Tight Junctions
In Wirbeltieren kommen Tight Junctions in Endothelzellen des Gehirns und in Epithelzellen vor, die Grenzflächen des Körpers darstellen.
Epithelzellen bilden die Barrieren zwischen Körper und Außenwelt und sind daher in der Haut und in Schleimhäuten zu finden.
Endothelzellen bilden Grenzflächen innerhalb des Körpers, wie die Wände von Blutgefäßen.
An diesen Grenzflächen ist es besonders wichtig, dass die Membranen benachbarter Zellen unmittelbar aneinander liegen, um eine dichte, lückenlose Barriere zu bilden. Tight Junctions ermöglichen es den Endothel- und Epithelzellen, den Zellzwischenraum (Interzellularraum) zu verschließen und somit die unkontrollierte Diffusion von Stoffen durch diese Barriere zu verhindern.
Diffusion beschreibt die Bewegung von Stoffen, in diesem Fall von einer auf die andere Seite der Grenzfläche, die von Epithel- und Endothelzellen dargestellt wird.
Aufgrund dieser Funktion wird die Barriere aus Epithelzellen auch als Diffusionsbarriere bezeichnet. Unter anderem kommen Tight Junctions in folgenden Grenzflächen des Körpers vor:
| Vorkommen | Funktion |
| Darmepithel | verhindert, dass der Darminhalt ins Blut gelangt |
| Blut-Hirn-Schranke | verhindert, dass Substanzen unkontrolliert aus dem Blut ins Gehirn gelangen |
| Nierenepithel | verhindert, dass Harn (Urin) nicht in den Bauchraum gelangt |
Bei der Krankheit "Leaky Gut Syndrom" ist diese Diffusionbarriere gestört. Dabei können Giftstoffe und Bakterien aus dem Darm ins Blut gelangen und es kommt zu Krankheiten wie Akne, Migräne und Entzündungen.
Tight Junctions Deutsch
Das Wort "Tight Junctions" besteht aus zwei Wörtern: tight, was auf Deutsch "eng" bedeutet und junctions, was mit "Kreuzungen" übersetzt werden kann.
Zusammen bedeutet Tight Junction auf Deutsch also so viel wie "enge Kreuzungen" oder "dichte Verbindungen".
Aufbau der Tight Junctions
Tight Junctions bestehen aus einem Netzwerk aus Transmembranproteinen, die wie Bänder um Epithelzellen herum gewunden sind. Die Membranproteine benachbarter Zellen sind in Form von Kopf-Kopf-Kontakten eng miteinander verbunden, um eine dichte Diffusionsbarriere zu bilden.
Transmembranproteine sind Proteine, die innerhalb der Membran einer Zelle sitzen und gehören deshalb auch zur Gruppe der integralen Membranproteine. Mehr hierzu erfährst Du in der StudySmarter-Erklärung zur Zellmembran.
Die häufigsten Transmembranproteine, durch die Tight Junctions gebildet werden, sind Occludin und Claudin.
Verbindungen zum Zellskelett
Damit Epithelzellen an Grenzflächen im Körper stabil bleiben, haben Tight Junctions zusätzlich eine Verbindung zum Skelett der Zelle. Über das Protein ZO (Zonula occludens) sind die Proteine Occludin und Claudin intrazellulär mit Aktin-Strängen verbunden.
Aktin ist ein Protein, das zu Strängen zusammengebaut werden kann. In dieser Form dient es der Stabilisierung der Zelle und ihrer Form und stellt einen wichtigen Teil des Zellskeletts (Cytoskelett) dar.
Auf diese Weise kann das stabilisierende Aktin innerhalb der Zelle mit der Zellmembran – genauer gesagt mit den Tight Junctions – verbunden werden.
Aufgaben und Funktion der Tight Junctions
Insgesamt haben Tight Junctions drei Aufgaben, die sie mithilfe ihrer dichten Bindung ausführen können. Sie dienen als Diffusionsbarriere, Zaunfunktion und der mechanischen Stabilisierung.
Diffusionsbarriere
An Grenzflächen bilden Tight Junctions bilden eine Diffusionsbarriere. Das bedeutet, dass sie für bestimmte Moleküle durchlässig sind und für einige nicht (Semipermeabilität). Diese Diffusionbarriere ist eine wichtige Voraussetzung für Transzytose.
Unter Transzytose versteht man den Transport von Stoffen durch eine Zelle, die von der Bindung an Rezeptoren abhängig ist. Rezeptoren sind Moleküle, die sich auf der Oberfläche von Zellen befinden und wie ein Schloss darauf warten, dass ein bestimmtes Molekül – ihr passender Schlüssel – an sie bindet. Als Reaktion auf eine Bindung werden in der Zelle Reaktionen ausgelöst. In diesem Fall wird z. B. die Passage von Molekülen durch die Zellmembran in die Zelle ermöglicht.
Tight Junctions verhindern die parazelluläre Diffusion und machen es daher nötig, dass Stoffe die Diffusionsbarriere mithilfe von Transzytose überwinden. Ausgewählte Stoffe jedoch werden durch die Tight Junctions gelassen und können die Barriere mithilfe von parazellulärer Diffusion überwinden.
Parazelluläre Diffusion beschreibt einen Prozess, bei dem Moleküle oder Ionen durch den Raum zwischen zwei Zellen (Interzellularraum) auf die andere Seite der Barriere gelangen, die durch die Zellen gebildet wird.
Auf diese Weise kann genau bestimmt werden, welche Stoffe auf die andere Seite der Diffusionsbarriere gelangen dürfen.
Zaunfunktion
Eine weitere Funktion von Tight Junctions ist ihre sogenannte Zaunfunktion. Sie verhindern die Bewegung von Bestandteilen der Zellmembran und halten so die Zellpolarität aufrecht.
Als Zellpolarität wird die Auftrennung der verschiedenen Zellbestandteile in unterschiedliche Bereiche der Zelle bezeichnet. Durch die Zellpolarität können die Seiten der Zellen in zwei Pole mit eigenen Funktionen unterteilt werden.
Indem sie eine Barriere bilden, können Tight Junctions die apikalen von den basalen Membrankomponenten trennen und sie auf ihrer jeweiligen Seite halten.
Die basale Seite von Zellen zeigt nach innen, also zum Gewebe und bildet die Basis der Zelle. Sie enthält oft Membranproteine, durch die Zellen verankert werden können.
Die apikale Seite von Zellen zeigt nach außen, also zur Oberfläche. Sie ist also z. B. dem Darminhalt (Darmepithel) oder der Außenwelt (Haut) zugewandt.
Laterale Bereiche von Zellen befinden sich an ihren Seiten und sind somit anderen Zellen zugewandt.
Tight Junctions befinden sich in lateralen Bereichen einer Zelle, also an den Seiten, und bilden dabei eine Trennung zwischen der oberen und unteren Seite der Zelle.
Die Aufteilung einer Epithelzelle in apikal und basal ermöglicht es ihr außerdem, Stoffe durch Transzytose von der einen auf die andere Seite zu transportieren. Auf der apikalen Seite können Stoffe in die Zelle aufgenommen (Endozytose) und auf der basalen ins Gewebe abgelassen werden (Exozytose). Der Stofftransport durch Epithel- und Endothelzellen kann daher gerichtet ablaufen.
Mechanische Funktion
Zudem dienen Tight Junctions durch ihre Verknüpfung mit dem Zytoskelett der mechanischen Stabilisierung von Epithelzellverbänden. Sie bilden Verbindungen zwischen den Zytoskeletten der Zellen und sorgen dadurch für die Stabilität des Epithelgewebes.
Tight Junctions – Fehlfunktionen
Wenn Tight Junctions nicht ordnungsgemäß funktionieren, können manche Stoffe ungehindert vom Blut ins Hirn, aus der Niere ins Blut oder vom Darm ins Blut gelangen. Das kann zu einer Vielzahl von Krankheiten führen.
Morbus Crohn ist eine chronisch-entzündliche Darmkrankheit, bei der die Abdichtung der Darmepithelschicht durch Tight Junctions gestört ist.
Die dadurch entstehenden Lücken in der Diffusionsbarriere ermöglichen es Bakterien aus dem Darm in die Darmwand einzudringen und dort Entzündungen auszulösen. Durch die Entzündung werden Epithelzellen des Darms abgetötet und ermöglichen es dadurch noch mehr Bakterien, einzudringen und Entzündungen auszulösen. Dieser Teufelskreis führt zu einer chronischen Entzündung des Verdauungstrakts.
Auch bei weiteren Krankheiten wie Multipler Sklerose ist die Diffusionsbarriere der Tight Junctions gestört. Dadurch ist die Blut-Hirn-Schranke undicht und erlaubt es Immunzellen, die Nervenzellen im Gehirn anzugreifen und zu schädigen. Bei einem Schlaganfall werden Tight Junctions in der Blut-Hirn-Schranke sogar abgebaut.
Tight Junctions – Das Wichtigste auf einen Blick
- Tight Junctions bestehen aus integralen Membranproteinen, die sich um Epithel- und Endothelzellen schlingen und Verbindungen zwischen nebeneinanderliegenden Zellen bilden.
- Die wichtigsten Membranproteine zur Bildung von Tight Junctions sind Occludine oder Claudine.
- Durch Tight Junctions werden Zellen dicht nebeneinander angeordnet, sodass zwischen ihnen keine Durchlässigkeit besteht. Dadurch wird eine Diffusionsbarriere gebildet, die das Eindringen von Molekülen durch den Interzellularraum und das Ausströmen von Körperflüssigkeiten verhindert.
- Tight Junctions können die Zytoskelette der Epithel-/Endothelzellen miteinander verbinden, um die Zellen mechanisch zu stabilisieren, und halten die Zellpolarität aufrecht.
- Gestörte Tight Junctions ermöglichen das unerwünschte Eindringen von Pathogenen und Immunzellen in Gewebe, in denen Entzündungen ausgelöst werden können und zu chronischen Krankheiten führen.
Nachweise
- uniklinikum-saarland.de: Multiple Sklerose. (09.08.2022)
- Anderson, J. M.; Van Itallie, C. M. (2009). Physiology and function of the tight junction. Cold Spring Harbor perspectives in biology.
- Alberts, B. et al. (2002). Molecular Biology of the Cell. Garland Science.
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