Connexin

Jede Gap Junction besteht aus zwei Connexonen (Halbkanäle), die jeweils aus sechs Connexinen bestehen. Dabei bildet das Connexon der einen Zelle mit dem Connexon der anderen einen durchgängigen Kanal. Gap Junctions ermöglichen den direkten Austausch von Molekülen bis zu einer Größe von etwa 1 kDa zwischen Nachbarzellen. Sie sind für viele physiologische Prozesse wichtig, z.B. bei der Embryonalentwicklung oder für die koordinierte Erregungsweiterleitung im Herzmuskel.

Connexine finden sich nur bei Wirbeltieren. Innexine bilden eine funktionell analoge Gruppe bei Wirbellosen. Eine zu den Innexinen homologe Gruppe existiert auch bei Wirbeltieren, die Pannexine.

Connexine werden normalerweise nach ihrem Molekulargewicht benannt, z.B. ist Cx26 das Connexin-Protein mit einem Molekulargewicht von 26 kDa. Es existieren jedoch alternative Benennungssysteme anhand ihrer Sequenzhomologie.

Beim Menschen sind aktuell (2023) mehr als 20 verschiedene Connexine bekannt.

Struktur

Connexine wiegen normalerweise zwischen 25 und 60 kDA und haben eine durchschnittliche Länge von 380 Aminosäuren. Sie bestehen aus:

• vier Transmembransegmenten (M1 - M4),
• einem zytoplasmatischen C-Terminus,
• einem zytoplasmatischen N-Terminus,
• der zytoplasmatischen Schleife (CL),
• sowie zwei extrazellulären Schleifen (EL-1, EL-2).

Als Hexamer werden die Connexine zu Hemikanälen (Connexonen) zusammengesetzt. Dabei können sowohl gleiche (homomere) als auch unterschiedliche (heteromere) Connexine zusammengesetzt werden. Der zytoplasmatische Eingang ist positiv geladen und zu einem Trichter verengt, während der Transmembranweg negativ geladen ist.

Synthese

Connexine haben eine kurze Halbwertszeit von nur wenigen Stunden. Sie werden stetig synthetisiert und ersetzt, sodass eine fein abgestimmte Regulation von physiologischen Prozessen möglich ist. Während der Translation im rauen endoplastischen Retikulum (rER) werden die Connexine gefaltet, sodass die extrazellulären Schleifen gebildet werden. Im rER und im Golgi-Apparat findet die Oligomerisierung zu Hemikanälen statt. Einige Connexine, z.B. Cx26, können auch unabhängig vom Golgi-Apparat transportiert werden. Anschließend werden die Connexine in die Zellmembran integriert. Dort können sie mit Hilfe von Cadherinen an die Hemikanäle der benachbarten Zelle andocken und Gap Junctions ausbilden.

Gap Junctions dienen der direkten Zell-Zell-Kommunikation durch Transport von kleinen Molekülen. Damit tragen sie zu autokrinen und parakrinen Singalwegen bei. Weiterhin ermöglichen sie kanalunabhängige Wechselwirkungen mit dem Zytoskelett und liefern einen Beitrag zur Aktivierung intrazellulärer Signalwege und zur Zell-Zell-Adhäsion.

Insbesondere im ZNS tragen Connexine zur Entwicklung des Gehirns, zur synaptischen Übertragung und Plastizität sowie zur Integrität der Blut-Hirn-Schranke bei. Weiterhin sind sie für die Erregungsweiterleitung im Myokard und im Innenohr entscheidend.

Die Zusammensetzung eines Connexins bestimmt die Spezifität für bestimmte Moleküle. Beispielsweise passiert Adenosin die von Cx32 gebildeten Kanäle deutlich besser, während ATP Cx43 bevorzugt. Dieses Beispiel zeigt, dass der Energiestatus einer Zelle über die Connexinexpression gesteuert werden kann.

Zu den wichtigsten, bisher bekannten Connexinen gehören folgende Formen: