先前的研究表明,克劳丁在质膜内聚合,构成TJ链的主干(Furuse等人,1998年a,Furuse等人,1998年b). 此外,可以接受的是,每个TJ链在对置膜中与另一个TJ链横向结合,形成成对链。因此,克劳丁之间有两种相互作用的方法;聚合形成TJ链的并排相互作用,以及每对链之间的头对头相互作用,以实现细胞粘附。因为克劳丁是一个多基因家族(Furuse等人1998a;Morita等人1999a;Tsukita and Furuse 1999年),上述每种相互作用方法都可以进一步细分为亲同性和亲异性相互作用(图1B) ●●●●。因此,成对TJ链的可能分子组织可分为四种模型(图1B、 型号A至D)。在本研究中,我们使用单独或联合表达claudin-1、-2和-3的L转染剂评估了这些模型。首先,单种克劳丁足以重组TJ链,表明这些细胞中形成了均聚物(参见图2;Furuse等人,1998年b). 此外,这些均聚物都是横向结合的,均为亲同型(参见图2)以及异性恋方式(参见图7). 因此,L转染体中的TJ可以采用A型和B型中的两种组织(图1B) ●●●●。另一方面,L转染剂中也诱导了异质聚合物(参见图4). C型和D型(图1B) 在L转染系统中没有区别,但由于A型和B型都可能,C型和D型也可能(图1B) ●●●●。
在冷冻断裂复制图像中,TJ链的厚度为~10-nm(施泰赫林1973,施泰赫林1974). 有趣的是,由六个连接蛋白组成的间隙连接通道的直径也为~10 nm(Kumar和Gilula,1996年;江和Goodenough 1996). 由于连接蛋白也有四个跨膜结构域,与克劳丁具有相同的膜拓扑结构,因此很容易推测克劳丁的低聚物也是TJ中的单元结构,并且这些单元结构是线性排列的,形成单独的TJ链。这就提出了一个新的问题,即这些单位结构本身是同质还是异体,进一步细分了上述四种模型;杂聚合物可以由线性排列的异聚单元结构以及不同的同聚单元结构形成。这种类型的讨论已经详细报道了缝隙连接,其中单元结构已经确定(Kumar和Gilula,1996年;江和Goodenough 1996)但在TJ股中,单元结构的澄清是进一步讨论的先决条件。
Northern印迹显示,大多数组织表达两种以上的克劳丁(Furuse等人,1998年a;Morita等人,1999a). 免疫荧光显微镜显示TJs原位在肾脏中含有克劳丁-4和-8(Morita等人,1999a)肝脏中的克劳丁-1、-2和-3(图3). 因此,取共转染实验的结果(参见图5和图6),虽然少突胶质细胞髓鞘和睾丸支持细胞中的特化TJ链似乎主要由一种克劳丁,即克劳丁-11组成,但原位大多数TJ链很可能是克劳丁的异质聚合物(Morita等人,1999b). 如本研究所示,在每对TJ链之间不仅允许克劳丁的亲同性相互作用,也允许克劳丁与异亲性相互作用。因此,在异聚物的配对TJ链中,预计会发生各种claudin物种的原位同源相互作用,以及claudin物种的各种组合之间的异亲相互作用,如模型D所示(图1B) ●●●●。可以合理地假设,这些相互作用的强度根据所涉及的claudin种类及其组合而变化,并且每个TJ链的紧密性总体上由claudin种类的数量/类型及其在链中的混合比决定。例如,MDCK I细胞具有比MDCK II细胞更紧密的TJ屏障,但在这两个不同的MDCK细胞克隆之间,TJ链的数量没有发现差异(史蒂文森等人,1988年). 这些观察结果表明,这两个克隆之间的配对TJ链在紧密性方面存在着质的差异,这种差异可以按照上述假设进行解释。
为了避免进一步的复杂性,我们没有讨论闭塞素。免疫复制分析表明,在大多数类型的上皮细胞中,闭塞素也原位并入TJ链(藤本1995;Furuse等人,1996年;Saitou等人,1997年). 当闭塞素与克劳丁-1共同转染到L细胞中时,它们被合并成rTJ链(当然也成对地转染rTJ;Furuse等人,1998年b). 单独导入L细胞的闭塞素以点状方式集中在细胞-细胞边界,表明闭塞素在相邻细胞之间以亲同方式相互作用(Furuse等人,1998年b). 此外,当表达闭塞素的L转染体与C1L细胞共培养时,闭塞素或克劳丁-1均未在细胞-细胞边界富集,这表明闭塞素不会在相邻细胞之间以异嗜性方式与克劳丁-1相互作用(Furuse,M.和S.Tsukita,未发表的数据)。因此,目前很难推测闭塞素是如何原位并入克劳丁(TJ链)的成对杂聚合物中的。闭塞素可以以与克劳丁相同的方式并入基于克劳丁的TJ链中,在成对的TJ序列中,闭塞素可以与闭塞素相对放置,从而允许闭塞素-闭塞素相互作用(Furuse等人,1998年b). 或者,它可以与claudin相对放置,claudin可能导致小孔的形成。也可能是闭塞素参与TJ链形成的方式与克劳丁不同。
最后,我们应该讨论外周膜蛋白的可能作用,例如ZO-1(史蒂文森等人,1986年)、ZO-2(Gumbiner等人,1991年)和ZO-3(Balda等人,1993年;Haskins等人,1998年)形成TJ股。ZO-1(而非ZO-2或ZO-3)在L细胞中内源性表达,这种内源性ZO-1在C1L和C2L细胞中分别与claudin-1和-2在细胞-细胞边界共同富集,形成精细的网络(Itoh,M.,M.Furuse,K.Morita和S.Tsukita,未发表的数据)。在我们之前的研究中(Furuse等人,1998年b),我们报道在L转染体中,COOH末端带有FLAG标记的claudin-1和-2也形成了rTJ链的发达网络。然而,有趣的是,内源性ZO-1没有被招募到这些基于FLAG-claudin-1或FLAG-claudin-2的rTJ链中,可能是因为FLAG序列影响了claudin/ZO-1相互作用(Furuse,M.和S.Tsukita,未发表的数据)。这些发现表明,L转染体中rTJ链的形成不需要ZO-1(以及ZO-2和ZO-3)。此外,图9结果表明,一个缺乏几乎所有COOH末端细胞质结构域的claudin-1缺失突变体在L转染体中仍然形成了一个发育良好的rTJ链网络,这支持了外周膜蛋白不参与质膜内claudins聚合的观点。因此,我们在没有考虑外周膜蛋白可能参与的情况下解释了本研究中的数据。
本研究中使用的L转染剂模型系统对于分析每个克劳丁物种的特性非常有用。迄今为止,克劳丁家族已有15名成员被确认身份,但未来将有多少克劳丁被确认身份尚不清楚。因此,通过使用上皮细胞来阐明每种克劳丁的性质和功能是非常困难的,部分原因是我们不能准确地确定某些上皮细胞中表达的所有类型的克劳丁。因此,为了进一步了解claudin和TJ链的结构和功能,L转染系统将继续用于重建TJs,作为敲除每个claudin基因的补充技术。
在证明中添加的注释。位置克隆已确定克劳丁家族的一个新成员(副细胞素-1/克劳丁-16),其突变可导致人类遗传性肾低镁血症(Simon,D.B.,Y.Lu,K.a.Choate,H.Velazquez,E.Al-Sabban,M.Praga,G.Casari,a.Bettinelli,G.Colussi,J.Rodriguez-Soriano,et Al.1999)。副细胞蛋白-1,一种副细胞镁所需的肾紧密连接蛋白2+再吸收。科学类. 285:103–106). 这一发现支持克劳丁可能参与TJ链内水孔形成的观点。