ギャップ結合

ギャップ結合
脊椎動物のギャップ結合
識別子
メッシュ	D017629
TH	H1.00.01.1.02024
ＦＭＡ	67423
解剖学用語 [Wikidataで編集]

ギャップ結合は隣接する細胞間の膜チャネルであり、細胞質物質の直接交換を可能にします。^[1]交換される物質には、小分子、基質、代謝物が含まれます。^[1]

ギャップジャンクションは、当初は他のタイトジャンクションと密接な関係があると説明されていましたが、1967年の電子顕微鏡研究の結果、タイトジャンクションと区別するためにギャップジャンクションと改名されました。^[2]ギャップジャンクションは細胞膜間の2～4nmの隙間を埋めます。^[3]

ギャップ結合は、コネクソンと呼ばれるタンパク質複合体を使用して、1つの細胞を別の細胞に接続します。このタンパク質はコネキシンと呼ばれます。ギャップ結合タンパク質には、26種類を超えるコネキシンと、ギャップ結合複合体またはネクサスを構成する少なくとも12の非コネキシン成分が含まれます。^[4]これらの成分には、膜の内容物をまとめ、細胞に構造的な透明性を付与するタンパク質であるタイトジャンクションタンパク質ZO-1 、 ^[5] ナトリウムチャネル、^[6]およびアクアポリンが含まれます。^{[7] [8]}

次世代シーケンシングの発達により、より多くのギャップ結合タンパク質が知られるようになった。コネキシン類は脊椎動物と無脊椎動物の間で構造的に相同であるが、配列が異なることがわかった。^[9]結果として、無脊椎動物のコネキシンを区別するためにイネキシンという用語が使用される。^[10]寄生虫のウネキシン類やウイルスの ビネキシン類とともに、20種類以上のイネキシンは知られている。 ^[11]

電気シナプスは、ニューロン間の活動電位を伝達できるギャップ結合である。このようなシナプスは、ニューロン間に双方向の連続時間電気結合^{[12] [13]}を形成する。コネクソンペアは、細胞間のイオンや小分子のための一般化された制御ゲートとして機能する。ヘミチャネルコネクソンは、細胞外環境へのチャネルを形成する。^{[14] [15] [16] [17]}

ギャップジャンクションや黄斑コミュニカンスは、細胞外部の電気信号が関与するエファプティックカップリングとは異なる。 ^{[18] [19]}

脊椎動物では、ギャップジャンクションヘミチャネルは主にコネキシンタンパク質のホモまたはヘテロヘキサマーです。ギャップジャンクションプラークのヘテロヘキサマーは、2〜4 nmの均一な細胞間空間の形成に役立ちます。^[21]このようにして、各細胞の膜にあるヘミチャネルは互いに整列し、細胞間通信経路を形成します。^[22]

無脊椎動物のギャップ結合は、イネキシンファミリーのタンパク質から構成されています。イネキシンはコネキシンと有意な配列相同性はありません。 ^[23]コネキシンとは配列が異なりますが、イネキシンはコネキシンと十分に類似しており、コネキシンと同じように生体内でギャップ結合を形成します。 ^{[24] [25] [26]}

より最近特徴づけられたパネキシンファミリー^[27]は、もともと細胞間チャネルを形成すると考えられていましたが（イネキシン^[28]に類似したアミノ酸配列を持つ）、実際には細胞外環境と通信する単一膜チャネルとして機能し、カルシウムとATP を通過させることが示されています。^[29]このことから、パネキシンはコネキシンやイネキシンと同じように細胞間接合部を形成しない可能性があるため、同じヘミチャネル/チャネルの命名を使用するべきではないという考えが生まれました。^[30]他の研究者は、遺伝子配列と組織における全体的な機能に基づいて、構造上の違いがあるにもかかわらず、パネキシンは依然としてギャップ結合ファミリーのタンパク質の一部と見なすべきであるという証拠を提示しました。これらの研究者はまた、発見されていないコネキシン相同遺伝子のグループがまだあることにも言及しています。 ^[31]

2つの同一のヘミチャネルから形成されるギャップ結合チャネルはホモタイプと呼ばれ、異なるヘミチャネルを持つものはヘテロタイプと呼ばれます。また、均一なタンパク質組成のヘミチャネルはホモマーと呼ばれ、異なるタンパク質を持つものはヘテロマーと呼ばれます。チャネル組成はギャップ結合チャネルの機能に影響を与え、異なるコネキシンが必ずしも他のすべてのコネキシンとヘテロタイプを形成するわけではありません。^[32]

インネキシンとコネキシンの特徴が十分に解明される前は、コネキシンギャップ結合チャネルをコードする遺伝子は、遺伝子マッピングと配列類似性に基づいて3つのグループ（A、B、C、たとえば、 GJA1、GJC1 ）のいずれかに分類されていました。^{[33] [34] [35]}しかし、コネキシン遺伝子はギャップ結合チャネルの発現を直接コードするわけではなく、遺伝子はギャップ結合チャネルを構成するタンパク質のみを生成できます。タンパク質の分子量に基づく代替命名システムが最も広く使用されています（たとえば、コネキシン43 = GJA1、コネキシン30.3 = GJB4）。

脊椎動物では、6 つのコネキシン タンパク質が 2 組になってコネクソンを形成します。無脊椎動物では、6 つのイネキシン タンパク質がイネクソンを形成します。その他の点では、構造は似ています。

1. コネキシン遺伝子 (DNA) は RNA に転写され、その後 RNA が翻訳されてコネキシンが生成されます。
2. 1つのコネキシンタンパク質は4つの膜貫通ドメインを持つ^{[21] [36]}
3. 6 つのコネキシン タンパク質が 1 つのコネクソン チャネル(ヘミチャネル)を形成します。同一のコネキシン タンパク質が結合して 1 つのコネクソンを形成する場合、それはホモマー コネクソンと呼ばれます。異なるコネキシン タンパク質が結合して 1 つのコネクソンを形成する場合、それはヘテロマー コネクソンと呼ばれます。
4. 細胞膜を介して結合した 2 つのコネクソンがギャップ結合チャネルを構成します。
   2 つの同一のコネクソンが結合してギャップ結合チャネルを形成する場合、それはホモタイプ チャネルと呼ばれます。 1 つのホモマー コネクソンと 1 つのヘテロマー コネクソンが結合する場合、それはヘテロタイプ ギャップ結合チャネルと呼ばれます。 2 つのヘテロマー コネクソンが結合する場合も、それはヘテロタイプ ギャップ結合チャネルと呼ばれます。
5. 数十から数千のギャップジャンクションチャネルが密集し、コネクソンペアの形成を可能にしている。^[37]この高分子複合体はギャップジャンクションプラークと呼ばれる。コネキシン以外の分子もギャップジャンクションプラークに関与しており、タイトジャンクションタンパク質1やナトリウムチャネルが含まれる。^{[5] [6]}

コネクソンまたはイネクソン チャネル ペア:

1. 細胞間の直接的な電気通信を可能にしますが、異なるヘミチャネルサブユニットは、約 30 pSから500 pS までの異なる単一チャネルコンダクタンスを与えることができます。
2. イノシトール三リン酸（ IP）などの小さなセカンドメッセンジャーの伝達を通じて細胞間の化学コミュニケーションを可能にします。
   ₃）とカルシウム（Ca^2歳以上
   ）^[39]しかし、異なるヘミチャネルサブユニットは特定の分子に対して異なる選択性を付与することができる。
3. 一般的に485ダルトン未満の分子の膜貫通移動を可能にする^[40]（無脊椎動物のギャップジャンクションを介して1,100ダルトン^{[41] ）が、異なるヘミチャネルサブユニットは異なる孔サイズと異なる電荷選択性を付与する可能性がある。}核酸やタンパク質などの大きな生体分子は、ギャップジャンクションヘミチャネルペアを介した細胞間の細胞質移動が妨げられる。
4. ギャップ結合を通過する分子と電流が細胞間空間に漏れないようにします。

不対コネクソンまたはイネクソンは、単一の膜内でヘミチャネルとして機能し、細胞が細胞外と直接分子を交換できるようにします。コネクソンは、ギャップジャンクションプラークに組み込まれる前に、これを実行できることが示されています。^[37]これらの不対コネクソンの特性のいくつかを以下に示します。

1. 細孔または膜貫通チャネルのサイズは、直径約8～20Åの範囲で非常に多様です。^[42]
2. これらは細胞の細胞質と細胞の外部を繋ぎ、細胞からの漏出を防ぐためにデフォルトでは閉じた状態になっていると考えられています。^{[43] [44]}
3. いくつかのコネクソンは外部要因に反応して開きます。機械的な剪断や様々な病気がこれを引き起こす可能性があります。^[45]

コネクソンペアとは異なるコネクソンの特性をさらに確立することは、生物において実験的にその効果を分離する必要があるため困難であることが判明している。^[45]

ギャップ結合は、細胞が互いに接触するさまざまな動物の臓器や組織で観察されています。1950 年代から 1970 年代にかけて、ギャップ結合は次のような場所で検出されました。

• ヒトのランゲルハンス島^[46] 、子宮筋層^[47]、眼水晶体^[48]
• ラットの膵臓、肝臓、副腎皮質、精巣上体、十二指腸、筋肉、^[49]および精細管^[50]
• ウサギの角膜^[51] 、卵巣^[52]、皮膚^[53]
• サルの網膜^[54]
• ニワトリの胚^[55]
• カエルの胚^[56]
• 魚類胚盤葉^[57]
• ザリガニの神経^[58]
• ヤツメウナギとホヤの心臓^{[59] [60]}
• 金魚とハムスターの圧力感知聴覚前庭受容器^[61]
• ミジンコ 肝盲腸^[62]
• 頭足動物の消化上皮^[63]
• ヒドラ筋^[64]
• ゴキブリ血球カプセル^[65]
• 再凝集細胞^{[66] [67]}

ギャップ結合は、互いに接触するほぼすべての健康な動物細胞で引き続き発見されています。共焦点顕微鏡などの技術により、組織の広い範囲をより迅速に調査できます。骨などの従来は孤立した細胞があると考えられていた組織には、わずかではあるものの、ギャップ結合で接続された細胞があることが示されました。^[68]例外は、血漿中に浮遊する血球など、通常は隣接する細胞と接触しない細胞です。成人の骨格筋は例外である可能性がありますが、そのサイズが大きいため、これを確実にすることは困難です。骨格筋のギャップ結合に反対する議論は、ギャップ結合が存在すると、筋肉を構成する細胞を通じて任意の方法で収縮が伝播する可能性があるというものです。ただし、他の種類の筋肉には、任意の収縮を引き起こさないギャップ結合があります。^[69]がんなどの病的な組織では、ギャップ結合の数が減少したり、存在しない場合があります。 ^{[70] [71] [72]}または老化プロセス。^[73]

イネキシン、パネキシン、アンネキシンの発見以来、細胞間コミュニケーションに関する知識のギャップがより明確になりつつあります。イネキシンはコネキシンと見た目も動作も似ており、無脊椎動物ではコネキシンと同様の役割を果たしていると考えられます。パネキシンも個々にはコネキシンに似ていますが、ギャップ結合を容易に形成することはないようです。20を超える後生動物グループのうち、コネキシンは脊椎動物と尾索動物でのみ発見されています。イネキシンとパネキシンは、脊椎動物のイネキシン相同体を含め、はるかに広範囲に分布しています。^{[74] [75]}単細胞のトリパノソーマ科寄生虫は、ヒトを含む動物への感染を助けるアンネキシン遺伝子を持っていると考えられます。 [76]さらに小型のアデノウイルスには、ウイルスの昆虫宿主間での伝染を助けるため、明らかにイネキシンに由来する 独自のビネキシンがあります。 ^{[77 ]}

ギャップジャンクションという用語は、特定の機能を持つ単一のタンパク質またはタンパク質ファミリーによって定義することはできません。たとえば、ギャップジャンクション構造は、パンネキシンが存在しないにもかかわらず、スポンジに見られます。スポンジの神経系の理解はまだ初期段階ですが^[78]、スポンジのギャップジャンクションは、細胞間コミュニケーション経路を示している可能性があります。^{[79] [80]}

ギャップ結合タンパク質には少なくとも 5 つの異なる機能があるとされています。

1. 細胞間の電気的および代謝的結合
2. 半チャネルを通じた電気と代謝の交換
3. 腫瘍抑制遺伝子（Cx43、Cx32、Cx36）
4. 伝導ギャップ結合チャネルに依存しない接着機能（大脳新皮質における神経移動）
5. 細胞質シグナル伝達経路におけるカルボキシル末端の役割(Cx43)

より一般的な意味では、ギャップ結合は、電流、小分子、イオンの細胞間直接経路として最も単純なレベルで機能していると考えられます。この通信を制御することで、多細胞生物に複雑な下流効果をもたらすことができます。

1980 年代には、ギャップ結合のコミュニケーションにおけるより微妙な役割が調査されました。ギャップ結合のコミュニケーションは、抗コネキシン抗体を胚細胞に加えることで阻害できることが発見されました。^{[81] [82]}ギャップ結合がブロックされた領域を持つ胚は正常に発達しませんでした。抗体がギャップ結合をブロックするメカニズムは不明であったため、そのメカニズムを解明するために体系的な研究が行われました。^{[83] [84]}これらの研究の改良により、ギャップ結合は細胞極性の発達^[85]と動物の左右対称性の発達に重要であることが示唆されました。^{[86] [87]}体器官の位置を決定するシグナル伝達はギャップ結合に依存しているように見えますが、胚発生の後期における細胞のより基本的な分化も同様にギャップ結合に依存しています。^{[88] [89] [90] [91] [92]}

ギャップ結合は、薬剤の効果を発揮するために必要なシグナルの伝達を担っていることがわかった。^[93]逆に、一部の薬剤はギャップ結合チャネルをブロックすることが示された。^[94]

傍観者効果は、無実の傍観者が殺されるという含意がある。細胞が死滅したり、病気や怪我で弱体化すると、ギャップ結合によってメッセージが近隣の細胞に伝達される。これにより、健康な傍観者細胞も死ぬ可能性がある。^[95]

傍観者効果はその後、放射線や機械的損傷によって損傷を受けた細胞と、ひいては創傷治癒に関して研究されました。^{[96] [97] [98] [99] [100]}疾患は、創傷治癒におけるギャップ結合の役割を果たす能力に影響を及ぼすようです。^{[101] [102]}身体の遠隔部位における疾患の症状を軽減するためのギャップ結合阻害剤の経口投与が徐々に現実のものになりつつあります。^[103]

治療の可能性から病気における傍観者効果に注目する傾向があるが、組織の正常な発達においてはより中心的な役割があるという証拠がある。組織が最終的な構成に達するには、いくつかの細胞とその周囲のマトリックスの死が必要な場合があり、ギャップ結合はこのプロセスに不可欠であると思われる。^{[104] [105]}また、創傷治癒と組織発達の両方におけるギャップ結合の同時的な役割についての理解を統合しようとするより複雑な研究​​もある。^{[106] [107] [108]}

コネキシンの変異は、難聴、^[109]、心房細動（心停止）、白内障など、ヒトの多くの疾患と関連している。これらの変異の研究は、コネキシンの機能の一部を明らかにするのに役立ってきた。^{[110] [111]}

ヘミチャネルは多くの疾患の進行と重症度に一般的な役割を果たしていると考えられています。これはヘミチャネルが各細胞の外部に開いた扉であることに一部起因しています。^[45]

ギャップ結合は、ほとんどの動物の体全体の細胞を電気的に結合します。電気的結合は比較的速く作用し、生物内の短距離で使用できます。このセクションの組織には、ギャップ結合によって調整されることが観察されているよく知られた機能があり、細胞間のシグナル伝達はマイクロ秒以下の時間枠で発生します。

ギャップ結合は心筋において特に重要である。収縮の信号はギャップ結合を効率的に通過し、心筋細胞が一斉に収縮できるようにする。その重要性は、収縮の信号を送る二次エファプティック経路もギャップ結合プラークと関連していることで強調される。ギャップ結合プラークに関連するこの信号伝達の冗長性は初めて説明され、コネキシンではなくナトリウムチャネルが関係している。^{[6] [112]}

光の屈折、構造寸法、透明性の正確な制御は、眼の焦点合わせを可能にする眼の水晶体構造の重要な側面である。水晶体には神経や血管がないため透明性が保たれ、そのためギャップ結合は他の組織よりも細胞間コミュニケーションの負荷が大きく、それが多数のギャップ結合に反映されている。水晶体の結晶性は、細胞とギャップ結合が整然としており、ギャップ結合プラークの位置を体系的にマッピングできることも意味する。動物の生涯を通じて水晶体内部から細胞が失われることはないため、ギャップ結合の完全なマップが可能である。^[113]

添付の図は、ギャップジャンクションプラークの大きさ、形状、頻度が細胞の成長とともにどのように変化するかを示しています。成長に伴い、線維細胞は嚢と水晶体上皮を介して房水とのより直接的な代謝物交換から徐々に隔離されます。隔離は、黄色の領域で破壊されているより大きなプラークの古典的な円形と相関しています。線維細胞の形態を変えるには、この領域でギャップジャンクションプラークを小胞が高頻度で通過する必要があります。^[114]

ニューロン間にあるギャップ結合は、しばしば電気シナプスと呼ばれる。ギャップ結合構造が記述される前に、電気測定によって電気シナプスが発見された。電気シナプスは中枢神経系全体に存在し、特に脊椎動物の大脳新皮質、海馬、前庭核、視床網様核、青斑核、下オリーブ核、三叉神経中脳核、腹側被蓋野、嗅球、網膜、脊髄で研究されてきた。^[115]

青斑核では弱いニューロンとグリア細胞が結合していること、小脳ではプルキンエ細胞とベルクマングリア細胞が結合していることが観察されている。アストロサイトはギャップ結合によって他のアストロサイトやオリゴデンドロサイトと結合していると思われる。^{[116]さらに、ギャップ結合遺伝子Cx43とCx56.6の変異は}、ペリツェウス・メルツバッハ病や多発性硬化症で観察されるものと同様の白質変性を引き起こす。

ニューロンのギャップジャンクションで発現するコネキシンタンパク質には、m CX36、mCX57、m CX45があり、少なくとも他の 5 つのコネキシンの mRNA (m Cx26、m Cx30.2、m Cx32、m Cx43、m Cx47 ) が検出されましたが、超微細構造的に定義されたギャップジャンクション内の対応するタンパク質の免疫細胞化学的証拠はありませんでした。これらの mRNA は、細胞タイプおよび細胞系統に特異的な マイクロ干渉 RNA ( miRNA )によってダウンレギュレーションまたは破壊されるようです。

アストロサイト

アストロサイトの重要な特徴は、ギャップ結合タンパク質コネキシン30（Cx30）とコネキシン43（Cx43）の高発現レベルである。これらのタンパク質は、カリウム緩衝、細胞間コミュニケーション、栄養素輸送を通じて脳の恒常性を調節する上で重要な役割を果たしている。^[117]コネキシンは通常、アストロサイト間の直接的な細胞間コミュニケーションを可能にするギャップ結合チャネルを形成する。しかし、細胞外空間とのイオンや分子の交換を促進するヘミチャネルを形成することもできる。

研究では、細胞内シグナル伝達、タンパク質相互作用、細胞接着に関わるコネキシンのチャネル非依存性機能が強調されている。^[118]具体的には、Cx30 はシナプス間隙へのアストログリア細胞の突起の挿入を制御し、グルタミン酸クリアランスの有効性を制御することがわかっている。これは、シナプス強度と興奮性終末の長期可塑性に影響を与え、シナプス伝達の調節に重要な役割を果たしていることを示している。Cx30 のレベルは、シナプスのグルタミン酸濃度、海馬の興奮性シナプス強度、可塑性、および記憶を調節する。アストログリア細胞ネットワークは、ニューロン機能を適切に制御するために生理学的に最適化されたサイズを持っている。^[119]

Cx30は興奮性シナプス伝達の調節に限定されず、抑制性シナプス調節やより広範な神経ネットワーク活動においても重要な役割を果たしている。^[120]これは、適切な脳機能に必要な複雑なバランスを維持する上でのコネキシンの重要性を強調している。

網膜内のニューロンは、1つの細胞タイプの集団内と異なる細胞タイプ間で広範囲にわたる結合を示す。^[121]

子宮筋は、胎児の発育を維持するために妊娠中は静止した弛緩した状態を保っています。分娩直前に、子宮筋はコネキシン 43 ( CX43、別名ギャップジャンクションアルファ-1タンパク質、GJA1 ) の発現を増加させて活性化された収縮単位に変化し、個々の子宮筋細胞間のギャップジャンクション (GJ) の形成を促進します。重要なことに、GJ の形成は隣接する筋細胞間のコミュニケーションを促進し、二次メッセンジャー、代謝物、電気的結合のための小さなイオンなどの小分子の移動を促進します。すべての種に共通して、子宮筋収縮は、細胞膜透過性の突然の変化の結果としての自発的な活動電位から伝播します。これにより、細胞内Ca²⁺濃度が増加し、電気的に結合された細胞を介した活動電位の伝播が促進されます。^[122]最近では、子宮マクロファージがCX43を介して子宮筋細胞と直接物理的に結合し、Ca²⁺を輸送して、分娩開始時に子宮筋の収縮と興奮を促進することが発見されました。^[123]

ヘミチャネルはギャップジャンクションの細胞ネットワークに寄与し、細胞からのスデノシン三リン酸、グルタミン酸、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、およびプロスタグランジンE2の放出を可能にし、これらはすべて、そうでなければそのようなメッセージングから切り離された細胞へのメッセンジャーとして機能します。 ^[124]この意味で、ギャップジャンクションプラークは隣接する細胞と1対1の関係を形成し、多くの細胞をデイジーチェーンでつなぎます。ヘミチャネルは周囲の組織と1対多の関係を形成します。

より大規模なスケールでは、細胞の 1 対多の通信は、通常、血管系と神経系によって行われます。このため、生物全体では、ヘミチャネルの細胞外通信への寄与を検出することがより困難になります。眼の水晶体には血管系と神経系がないため、ヘミチャネルへの依存度が高く、検出が容易になります。水晶体と房水との境界面 (水晶体が代謝物を交換する場所) では、ギャップ結合プラークとより拡散したコネクソン分布の両方が、添付の顕微鏡写真で確認できます。

ギャップ結合のギャップが実証されるずっと前から、ギャップ結合は隣接する神経細胞の結合部で見られていました。ギャップ結合における隣接する細胞膜の近接性から、研究者はギャップ結合が細胞間コミュニケーション、特に電気信号の伝達に役割を果たしていると推測しました。^{[58] [125] [126]ギャップ結合は初期の研究で電気的に整流性があることも判明し、}電気シナプスと呼ばれていましたが^{[127] [128]}、現在では一般に双方向であることがわかっています。^{[13] [12]}その後、化学物質もギャップ結合を介して細胞間で輸送できることが分かりました。^[129]

初期の研究のほとんどで暗示的または明示的に示されているのは、ギャップ結合の領域が周囲の膜とは構造が異なり、そのため見た目も異なっていたということである。ギャップ結合は、細胞外空間またはギャップ内の2つの細胞の間に微小環境を作り出すことが示されていた。細胞外空間のこの部分は周囲の空間からある程度隔離されており、現在コネクソンペアと呼ばれるものによって橋渡しされており、2つの細胞間のギャップ結合ギャップを横切るさらに密閉された橋を形成している。凍結割断技術によって膜の平面で見ると、ギャップ結合プラーク内のコネクソンのより高解像度の分布が可能になる。^[130]

いくつかのジャンクションではコネキシンフリーアイランドが観察されている。この観察結果は、ペラッチアが透過型電子顕微鏡（TEM）の薄片を用いて小胞がギャップジャンクションプラークと系統的に関連していることを明らかにするまで、ほとんど説明がつかなかった。 ^{[131]ペラッチアの研究は、彼が}グロビュールと呼んだ、対になったコネクソン構造を説明した最初の研究でもあったと思われる。ギャップジャンクションに関連する小胞を示し、小胞の内容物が2つの細胞間のジャンクションプラークを越えて移動する可能性があると提案する研究はまれであり、ほとんどの研究は小胞ではなくコネクソンに焦点を当てていた。顕微鏡技術を組み合わせて使用​​した後の研究では、細胞間小胞移動におけるギャップジャンクションの可能性のある機能に関する初期の証拠が確認された。小胞移動の領域は、ギャップジャンクションプラーク内のコネキシンフリーアイランドと関連していた。^[114]コネキシン43はミトコンドリア全体を隣接する細胞に輸送するために必要であることが示されているが、ミトコンドリアが膜を介して直接輸送されるか、小胞内で輸送されるかは決定されていない^[132]

ギャップ結合は神経細胞以外の細胞種でも広く見られるため、ギャップ結合という用語は、電気シナプスやネクサスなどの用語よりも一般的に使用されるようになりました。化学シナプスの形成とギャップ結合の存在を研究することで、神経細胞とギャップ結合の関係の別の側面が明らかになりました。ギャップ結合の発現を抑制したヒルの神経発達を追跡することで、2つの細胞が成長して一方向性の化学神経シナプスを形成する前に、2つの細胞間に双方向のギャップ結合（電気神経シナプス）が形成される必要があることが示されました。^{[133]化学神経シナプスは、より曖昧な用語である}神経シナプスに短縮されることが多いシナプスです。

チャネル形成タンパク質（コネキシン）が豊富に含まれる細胞間ギャップ結合プラークの精製^{[134] [135]}により、X線回折で六角形の配列を形成するタンパク質が示された。これにより、主要なギャップ結合タンパク質の体系的な研究と同定^[136]が可能になった。TEMによる精密な超微細構造研究^{[137] [138]では、ギャップ結合プラークに関与する両方の細胞でタンパク質が相補的に存在することが示された。ギャップ結合プラークは、TEM}薄切片で観察される比較的大きな膜領域であり、凍結割断（FF）では、両方の組織とより穏やかに処理されたギャップ結合標本で膜貫通タンパク質で満たされていることが観察された。ギャップ結合で見られるように、1つのタンパク質だけで細胞間コミュニケーションを可能にする明らかな能力があるため^[139]、ギャップ結合という用語は、集合したコネキシンのグループと同義になる傾向があったが、これは生体内では示されなかった。さまざまな組織から分離されたギャップ結合の生化学的分析により、コネキシンのファミリーが実証された。^{[140] [141] [142]}

すでに言及した単離ギャップジャンクションの超微細構造と生化学は、コネキシンがギャップジャンクションプラークまたはドメインに優先的に集まり、コネキシンが最も特徴付けられた構成要素であることを示していた。ギャップジャンクションプラークを伴うアレイへのタンパク質の組織化が重要である可能性があることが指摘されている。^{[56] [143]}この初期の研究は、ギャップジャンクションにコネキシン以外のものも存在することをすでに反映していた可能性が高い。膜の内側を見るためのフリーズフラクチャーと細胞成分を標識する免疫細胞化学（フリーズフラクチャーレプリカ免疫標識またはFRILと薄切片免疫標識）という新興分​​野を組み合わせると、生体内のギャップジャンクションプラークにコネキシンタンパク質が含まれていることが示された。^{[144] [113]その後のより広い組織領域の}免疫蛍光顕微鏡を用いた研究により、初期の結果の多様性が明らかになった。ギャップジャンクションプラークは、コネキソンと非コネキシンタンパク質の生息地でもあるため、さまざまな構成を持つことが確認されており、現在使用されている「ギャップジャンクション」と「ギャップジャンクションプラーク」という用語は互換性がありません。^[8]要約すると、初期の文献では、「ギャップジャンクション」という用語は、脊椎動物と非脊椎動物の膜の間にある通常のギャップを指し、明らかに「球状体」によって橋渡しされていました。このジャンクションは、細胞が膜の孔を通じて隣接する細胞と直接結合する能力と相関していました。その後、しばらくの間、ギャップジャンクションはコネキシンを含む構造のみを指し、それ以上のものは関係していないと考えられていました。その後、ギャップジャンクション「プラーク」には、それを定義して機能させるのに役立つ他の分子も含まれていることがわかりました。

ギャップ結合、コネクソン、イネクソンの初期の説明では、これらをそのようには呼んでおらず、他の多くの用語が使用されていました。シナプスディスク^[145]がギャップ結合プラークを正確に指していた可能性が高いです。コネクソンの詳細な構造と機能は当時限定的に説明されていましたが、全体的なディスク構造は比較的大きく、さまざまな TEM 技術で簡単に見ることができます。ディスクにより、研究者は TEM を使用して、ディスク内に含まれるコネクソンを in vivo および in vitro でパッチのように簡単に見つけることができました。ディスクまたはプラークは、コネクソン/イネクソン単独によって付与されるものとは異なる構造特性を持っているようでした。^[64]プラークの膜領域が信号を伝達する場合、膜領域は漏出を防ぐために何らかの方法で密閉される必要があると考えられていました。^[146] その後の研究では、ギャップジャンクションプラークにはコネキシン以外のタンパク質が存在することが示され、ギャップジャンクションプラークの領域にはコネキシン以外のタンパク質が含まれる可能性があるため、「ギャップジャンクション」と「ギャップジャンクションプラーク」という用語の現代的な使用法は互換性がないことがわかった。^{[8] [ 114} ]コネキシンがプラークの領域全体を常に占めるわけではないのと同様に、文献に記載されている他の成分も長期または短期の居住者である可能性がある。^{[147] [32] [148]}

形成中のギャップ結合の膜面内を観察できる研究によると、コネキシンが入り込む前に 2 つの細胞の間に「形成プラーク」が形成されることが示されています。これらは粒子のない領域であり、TEM FF で観察すると、膜貫通タンパク質が非常に小さいかまったく存在しない可能性があります。形成プラークを構成する構造や、コネキシンやその他の成分が出入りするときに形成プラークの構造がどのように変化するかについてはほとんどわかっていません。小さなギャップ結合の形成に関する以前の研究の 1 つでは、粒子の列と粒子のないハローについて説明しています。^[149]より大きなギャップ結合では、コネキシンが入り込む形成プラークとして説明されました。粒子のギャップ結合は、形成プラークが現れてから 4 ～ 6 時間後に形成されると考えられていました。^{[150]コネキシンが}チューブリンを使用してプラークに輸送される方法は、ますます明らかになっています。^{[85] [151]}

プラークの形成と古典的なギャップジャンクションプラークの非コネキシン部分は、初期の研究者にとって分析が困難でした。TEM FF および薄切片では、脂質膜ドメインとして現れ、他の脂質やタンパク質に対して比較的強固なバリアを何らかの形で形成する可能性があります。特定の脂質がプラークの形成に優先的に関与しているという間接的な証拠はありますが、決定的なものとは言えません。^{[152] [153]}膜プラークをその組成に影響を与えずに分析するために膜を破壊することは困難です。膜中に残っているコネキシンを研究することで、コネキシンに関連する脂質が研究されてきました。^[154]特定のコネキシンは特定のリン脂質と優先的に関連する傾向があることがわかりました。形成プラークはコネキシンに先行するため、これらの結果からでもプラーク自体の組成に何が特有であるかはわかりません。他の研究結果では、コネキシンが別の接合部である閉塞帯ZO-1で使用されているタンパク質足場と関連していることが示されている。^[155]これは、コネキシンがギャップジャンクション形成プラークにどのように移動するかを理解するのに役立ちますが、プラーク自体の構成はまだやや不明確です。ギャップジャンクションプラークの生体内構成については、TEM FRILを使用してある程度の進歩が遂げられています。^{[147] [155]}

• ギャップジャンクションの調節
• ギャップ結合タンパク質
• イネキシン
• ヴィネキシン
• 挿入板
• イオンチャネル
• 接合部複合体
• タイトジャンクション