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Tight Junctions

Tight Junctions

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:

VorkommenFunktion
Darmepithelverhindert, dass der Darminhalt ins Blut gelangt
Blut-Hirn-Schrankeverhindert, dass Substanzen unkontrolliert aus dem Blut ins Gehirn gelangen
Nierenepithelverhindert, 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.

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

  1. uniklinikum-saarland.de: Multiple Sklerose. (09.08.2022)
  2. Anderson, J. M.; Van Itallie, C. M. (2009). Physiology and function of the tight junction. Cold Spring Harbor perspectives in biology.
  3. Alberts, B. et al. (2002). Molecular Biology of the Cell. Garland Science.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Tight Junctions

Tight Junctions sind Zell-Zell-Verbindungen. Sie ermöglichen, dass der Interzellularraum verschlossen bleibt und bilden dadurch eine Diffusionsbarriere.

Tight Junctions haben mehrere Nutzen. Sie bilden eine Diffusionsbarriere, die nur für bestimmte Moleküle durchlässig ist. Sie haben eine Zaunfunktion, durch die sie die Bewegung von Membrankomponenten verhindern und somit für die Aufrechterhaltung der Zellpolarität sorgen. Außerdem dienen Tight Junctions der mechanischen Stabilisierung von Epithelzellverbänden.

Elektrische Synapsen kommen selten in Nervenzellen vor.

Desmosomen kommen besonders in den Zellen des Herzmuskels und in mehrschichtigem Plattenepithel vor.

Finales Tight Junctions Quiz

Frage

Wie sind Tight Junctions aufgebaut?

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Antwort

Tight Junctions bestehten aus integralen Membranproteinen, die sich in Form von Kopf-Kopf-Kontakten zusammenknüpfen. Die Proteine sind dann in Strängen um die Zelle herum angeordnet und bilden eine sogenannte Diffusionsbarriere. 

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Frage

Was sind die wichtigsten Membranproteine in Bezug auf Tight Junctions?

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Antwort

Die wichtigsten Membranproteine sind Occludine oder Claudine. 


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Frage

Bei Morbus Crohn entsteht eine chronische Entzündung des Darms durch ...

Antwort anzeigen

Antwort

... Infektionen durch Bakterien.

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Frage

Warum werden Tight Junctions unterschiedlich dicht zusammengesetzt?

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Antwort

Tight Junction bilden abhängig von der Funktion des Epithels unterschiedliche dichte Netzwerke. Im Darm ist das Netzwerk eher lose aufgebaut. In der Blut-Hirn-Schranke sehr dicht. Je dichter das Netzwerk, desto weniger durchlässig ist es. 


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Frage

Wo kommen Tight Junctions vor?

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Antwort

Durch ihre Funktion als Diffusionsbarriere kommen Tight Junctions zwischen den Zellen des Epithels oder des Endothels vor. Beispiele sind das Darmepithel, die Blut-Hirn-Schranke und das Nierenepithel.


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Frage

Wofür sorgen Tight Junctions im Darmepithel?

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Antwort

Im Darmepithel sorgen sie dafür, dass der Darminhalt nicht durch das Darmepithel ins Blut gelangt. 


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Frage

Wofür sorgen Tight Junctions in der Blut-Hirn-Schranke?

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Antwort

In der Blut-Hirn-Schranke verhindern sie, dass Substanzen unkontrolliert aus dem Blut ins Gehirn gelangen. 

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Frage

Was ist bei der Krankheit "Leaky Gut Syndrome" gestört?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Krankheit "Leaky Gut Syndrome" ist die Diffusionbarriere gestört. Dabei können Giftstoffe und Bakterien aus dem Darm ins Blut gelangen und es kommt zu Krankheiten wie Akne, Migräne, und Entzündungen.


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Frage

Tight Junctions ...

Antwort anzeigen

Antwort

... sind selektiv durchlässig.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre die Zaunfunktion der Tight Junctions.

Antwort anzeigen

Antwort

Sie verhindern die Bewegung von Membrankomponenten und halten so die Zellpolarität aufrecht, indem sie die apikalen und basalen Membrankomponenten von einander separieren


Frage anzeigen

Frage

Tight Junctions sorgen für mechanische Stabilität, indem sie ...

Antwort anzeigen

Antwort

... die Zytoskelette der Zellen miteinander verbinden.

Frage anzeigen

Frage

Bei welchen Krankheiten funktionieren Tight Junctions nicht richtig?

Antwort anzeigen

Antwort

 Multiple Sklerose oder Morbus Crohn.

Frage anzeigen

Frage

Was passiert bei multipler Sklerose?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei Multiple Sklerose entzündet sich das zentrale Nervensystem immer wieder. Im Gehirn verliert die Blut-Hirn-Schranke ihre Schutzfunktion und Zellen der körpereigenen Immunabwehr können sie überwinden.


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Frage

Was passiert mit den Tight Junctions bei einem Schlaganfall?

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Antwort

Bei einem Schlaganfall werden Tight Junctions in der Blut-Hirn-Schranke abgebaut. 


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