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細胞間結合[ 1 ]または結合複合体は、隣接する細胞間、または動物の細胞と細胞外マトリックス間の接触または接着を提供する多タンパク質複合体からなる細胞構造の一種である[ 2 ] 。また、上皮の傍細胞バリアを維持し、傍細胞輸送を制御する。細胞間結合は特に上皮組織に豊富に存在する。細胞間結合は、細胞接着分子および細胞外マトリックスと組み合わさって、動物細胞を結合させるのに役立つ。
細胞間結合は、コミュニケーション（ギャップ）結合と呼ばれる特殊なタンパク質複合体を介して隣接する細胞間の情報伝達を可能にする上で特に重要である。また、細胞間結合は細胞にかかるストレスを軽減する上でも重要である。
脊椎動物には、3つの主要な細胞結合タイプがあります。[ 4 ]
無脊椎動物には、例えば隔壁結合（閉鎖結合の一種）[ 4 ]やC. elegansの頂端結合など、他のいくつかの特殊な結合が存在する。多細胞植物では、細胞結合の構造的機能は細胞壁によって担われている。植物における細胞間連絡結合の類似物は、原形質連絡と呼ばれる。
組織や臓器内の細胞は互いに固定され、細胞外マトリックスの構成要素に付着していなければならない。細胞はこれらの機能を果たすためにいくつかのタイプの接合複合体を発達させており、いずれの場合も、固定タンパク質が細胞膜を貫通して、ある細胞の細胞骨格タンパク質を隣接する細胞の細胞骨格タンパク質や細胞外マトリックスのタンパク質に連結している。[ 6 ]
3種類のアンカー結合が観察されており、細胞骨格タンパク質アンカーと膜を貫通する膜貫通リンカータンパク質において互いに異なっている。
アンカー型結合は細胞同士を結合させるだけでなく、組織に構造的な凝集性をもたらします。これらの結合は、皮膚や心臓など、常に機械的ストレスにさらされる組織に最も多く存在します。[ 6 ]
デスモソーム（接着斑とも呼ばれる）は、隣接する細胞の形質膜を貫通するリベットとして観察できる。ケラチンまたはデスミンからなる中間径フィラメントは、膜結合接着タンパク質に付着し、膜の細胞質側に密なプラークを形成する。カドヘリン分子は、細胞質プラークに付着し、膜を貫通して隣接細胞の膜を貫通するカドヘリンに強く結合することで、実際のアンカーを形成する。[ 7 ]
ヘミデスモソームは、細胞骨格と、上皮の下にある基底膜などの細胞外マトリックス成分との間にリベット状の結合を形成します。デスモソームと同様に、細胞質内の中間径フィラメントに結合しますが、デスモソームとは対照的に、膜貫通アンカーはカドヘリンではなくインテグリンです。[ 8 ]
接着結合は、細胞質アクチンフィラメントを介して細胞を固定するという共通の特徴を持つ。デスモソームやヘミデスモソームと同様に、接着結合の膜貫通アンカーは、他の細胞に固定するものではカドヘリン、細胞外マトリックスに固定するものではインテグリン（焦点接着）から構成される。接着結合には形態的にかなりの多様性がある。細胞同士を結びつけるものは、孤立した筋状または斑点状、あるいは細胞を完全に囲む帯状（接着ベルト）として観察される。帯状の接着結合は、細胞膜直下で細胞を囲むアクチンフィラメントの束と関連している。焦点接着と呼ばれる斑点状の接着結合は、細胞が細胞外マトリックスに接着するのを助ける。接着結合に結合している細胞骨格アクチンフィラメントは収縮性タンパク質であり、接着結合は固定機能を提供するだけでなく、上皮細胞シートの折り畳みや屈曲にも関与していると考えられている。アクチンフィラメントのバンドを「巾着紐」に例えると、細胞群内のバンドの収縮がシートを興味深いパターンに歪ませる様子がわかる。[ 6 ]
ギャップ結合または連絡結合は、細胞外液と接触することなく拡散によって隣接する細胞質間で直接的な化学的コミュニケーションを可能にします。[ 9 ]これは、6つのコネキシンタンパク質が相互作用して、中心に孔のある円筒状の構造（コネクソンと呼ばれる）を形成することによって可能になります。[ 10 ]コネクソン複合体は細胞膜を横断して伸びており、隣接する2つの細胞コネクソンが相互作用すると、完全なギャップ結合チャネルが形成されます。[ 9 ] [ 10 ] コネクソン孔はサイズ、極性が異なり、個々のコネクソンを構成するコネキシンタンパク質によって特異的になることがあります。[ 9 ] [ 10 ]ギャップ結合チャネルにはバリエーションがありますが、その構造は比較的標準的であり、この相互作用により、分子やイオンが細胞外液に漏れることなく効率的なコミュニケーションが保証されます。[ 10 ]
ギャップ結合は、心筋の均一な収縮における役割を含め、人体において重要な役割を果たしています。[ 11 ]また、脳内の信号伝達にも関係しており、ギャップ結合がないと脳内の細胞密度が低下します。[ 12 ]網膜細胞や皮膚細胞も、細胞分化や増殖においてギャップ結合に依存しています。[ 11 ] [ 12 ]
脊椎動物の上皮組織に存在するタイトジャンクションは、上皮層間の水や溶質の移動を調節するバリアとして機能します。タイトジャンクションは、方向性を持たない傍細胞バリアに分類されますが、溶質の移動は主にその大きさや電荷に依存します。溶質が通過する構造は、ある種の孔に似ていることを示唆する証拠があります。
生理的pHは、タイトジャンクションを通過する溶質の選択性に影響を与え、ほとんどのタイトジャンクションは陽イオンに対してわずかに選択性を示す。異なる種類の上皮に存在するタイトジャンクションは、サイズ、電荷、極性の異なる溶質に対して選択性を示す。
タイトジャンクションに関与するタンパク質は約40種類特定されている。これらのタンパク質は、シグナル伝達タンパク質など、4つの主要なカテゴリーに分類できる。
クローディンは、上皮層間の選択的透過性を担うタンパク質分子であると考えられている。
三次元画像はまだ実現されておらず、そのためタイトジャンクションの機能に関する具体的な情報はまだ解明されていない。
三細胞接合部は、3つの細胞の角で上皮を密封します。3つの細胞の頂点の幾何学的形状のため、これらの部位での細胞の密封には、二細胞接合部とは異なる特定の接合組織が必要です。脊椎動物では、三細胞接合部の構成要素はトリセルリンとリポ分解刺激リポタンパク質受容体です。無脊椎動物では、構成要素はグリオタクチンとアナコンダです。[ 13 ]
三細胞接合部は、細胞骨格の組織化と細胞分裂の調節にも関与している。特に、細胞がヘルツヴィヒ則に従って分裂することを保証する。ショウジョウバエの上皮の一部では、細胞分裂中に三細胞接合部が星状微小管を介して紡錘体装置と物理的に接触する。三細胞接合部は紡錘体装置に牽引力を及ぼし、細胞分裂の方向を決定するための幾何学的手がかりとして機能する。[ 14 ]
細胞間結合の形成に関与する分子には、様々な細胞接着分子が含まれる。主な種類は、セレクチン、カドヘリン、インテグリン、および免疫グロブリンスーパーファミリーの4つである。[ 15 ]
セレクチンは、炎症過程の開始に重要な役割を果たす細胞接着分子です。[ 16 ]セレクチンの機能的能力は、白血球と血管内皮との相互作用に限られています。ヒトには、L-セレクチン、P-セレクチン、E-セレクチンの3種類のセレクチンが存在します。L-セレクチンはリンパ球、単球、好中球に関与し、P-セレクチンは血小板と内皮に関与し、E-セレクチンは内皮のみに関与します。セレクチンは、アミノ末端レクチンドメイン、糖鎖リガンド、成長因子様ドメイン、および相補的な結合タンパク質ドメインに一致する短い繰り返し単位（番号付き円）からなる細胞外領域を有しています。[ 17 ]
カドヘリンはカルシウム依存性接着分子です。カドヘリンは形態形成、すなわち胎児発生の過程において極めて重要です。カドヘリンはα-βカテニン複合体とともに、細胞の細胞骨格の微小線維に結合することができます。これにより、同種細胞間接着が可能になります。 [ 18 ]接着結合部におけるβ-カテニン-α-カテニン結合複合体は、アクチン細胞骨格への動的な結合の形成を可能にします。[ 19 ]
インテグリンは接着受容体として機能し、細胞膜を介して複数の方向にシグナルを伝達します。これらの分子は、単一のリガンドが多くのインテグリンに使用できるため、細胞間コミュニケーションにおいて非常に重要な役割を果たしています。残念ながら、これらの分子の研究はまだ多くの課題が残されています。[ 20 ]
免疫グロブリンスーパーファミリーは、同種接着と異種接着が可能なカルシウム非依存性タンパク質のグループです。同種接着は、細胞表面の免疫グロブリン様ドメインが対向する細胞表面の免疫グロブリン様ドメインに結合することを指しますが、異種接着は、免疫グロブリン様ドメインがインテグリンや糖質に結合することを指します。[ 21 ]
細胞接着は、身体にとって不可欠な要素です。この接着が失われると、細胞構造、細胞機能、他の細胞や細胞外マトリックスとのコミュニケーションに影響を及ぼし、深刻な健康問題や疾患につながる可能性があります。
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