Het darmepitheel maakt deel uit van de darmslijmvlieslaag. Het epitheel bestaat uit één enkele laag cellen. De andere twee lagen van het slijmvlies, de lamina propria en de muscularis mucosae, ondersteunen en articuleren de epitheellaag. Om de inhoud van het darmlumen veilig binnen te houden, zijn de cellen van de epitheellaag met elkaar verbonden door middel van nauwe verbindingen, waardoor een aaneengesloten en relatief ondoordringbaar membraan wordt gevormd.
Epitheelcellen worden elke 4-5 dagen voortdurend vernieuwd door een proces van celdeling, rijping en migratie. De vernieuwing berust op proliferatieve cellen (stamcellen) die zich bevinden in de crypte (basis) van de darmklieren (epitheliale invaginaties in het onderliggende bindweefsel). Nadat zij aan de basis zijn gevormd, migreren de nieuwe cellen naar boven en uit de crypte, waarbij zij gaandeweg rijpen. Uiteindelijk ondergaan zij apoptose en worden zij afgestoten in het darmlumen. Op deze wijze wordt de bekleding van de darm voortdurend vernieuwd, terwijl het aantal cellen waaruit de epitheellaag bestaat, constant blijft.
In de dunne darm is de slijmvlieslaag speciaal aangepast om een groot oppervlak te bieden, zodat de voedingsstoffen maximaal kunnen worden opgenomen. De uitbreiding van het absorberend oppervlak, 600 maal groter dan dat van een eenvoudige cilindrische buis, wordt bereikt door drie anatomische kenmerken:
- Cirkelvormige plooien zijn dwarse plooien die de doorgang van de luminale inhoud vertragen en dienen om het totale oppervlak te verdrievoudigen.
- Villi en darmklieren dienen om het mucosale oppervlak te vertienvoudigen. (Intestinale villus)
- Microvilli die het apicale oppervlak van de enterocyten bedekken, vergroten het absorberende oppervlak met het twintigvoudige. Deze talrijke microscopisch kleine (100 nanometer in diameter) vingervormige uitsteeksels vormen een gegolfde borstelrand.
De borstelrand op het apicale oppervlak van de epitheelcellen is bedekt met glycocalyx, die bestaat uit oligosacchariden die zijn gehecht aan membraanglycoproteïnen en glycolipiden.
CeltypesEdit
Er worden zeven verschillende celtypes geproduceerd door de stamcellen die zich aan de basis van de crypten bevinden. Elk type rijpt volgens zijn specifieke differentiatieprogramma naarmate het uit de crypte migreert. Veel van de genen die nodig zijn voor de differentiatie in de verschillende epitheliale celtypes zijn geïdentificeerd en gekarakteriseerd (zie deze tabel). De geproduceerde celtypes zijn: enterocyten, gobletcellen, entero-endocriene cellen, Paneth-cellen, microfold-cellen, cup-cellen en tuft-cellen. Hun functies worden hier opgesomd:
- Enterocyten zijn het talrijkst en functioneren hoofdzakelijk voor de absorptie van voedingsstoffen. Enterocyten brengen veel katabole enzymen tot expressie op hun externe luminale oppervlak om moleculen af te breken tot afmetingen die geschikt zijn om in de cel te worden opgenomen. Voorbeelden van moleculen die door enterocyten worden opgenomen zijn: ionen, water, eenvoudige suikers, vitaminen, lipiden, peptiden en aminozuren.
- Gobletcellen scheiden de mucuslaag af die het epitheel beschermt tegen de lumenale inhoud.
- Enteroendocriene cellen scheiden verschillende gastro-intestinale hormonen af, waaronder secretine, pancreozymin, enteroglucagon en andere. Subsets van zintuiglijke darmepitheelcellen synapteren met zenuwen, en staan bekend als neuropodcellen.
- Paneth cellen produceren antimicrobiële peptiden, zoals menselijke beta-defensine.
- Microfold cellen (algemeen aangeduid als M cellen) nemen antigenen op uit het lumen en leveren deze af aan het lymfoïde weefsel geassocieerd met het slijmvlies (MALT). In de dunne darm zijn M-cellen geassocieerd met de Peyer’s patches.
- Cup-cellen zijn een apart celtype, maar zonder bekende functie.
- Tuft-cellen spelen een rol in de immuunrespons.
Throughout the digestive tract, the distribution of the different types of epithelial cells varies according to the function of that region.
Structural components of cellular junctionsEdit
Important for the barrier function of intestinal epithelium, its cells are joined securely together by four types of junctions (cell junctions), which can be identified at the ultrastructural level:
- Gap junctions
- Desmosomes
- Adherens junctions
- Tight junctions
Gap junctionsEdit
Gap junctions bring the adjacent cells within 2 nanometers of each other. They are formed by several homologous proteins encoded by the connexin gene family coming together to form a multiprotein complex. The molecular structure of this complex is in the form of a hexamer. Het complex, dat is ingebed in de celwanden van de twee samengevoegde cellen, vormt een opening of kanaal in het midden van de zes eiwitten. Dit kanaal laat verschillende moleculen, ionen en elektrische impulsen tussen de twee cellen passeren.
DesmosomenEdit
Deze complexen, bestaande uit transmembrane adhesie-eiwitten van de cadherinefamilie, verbinden aangrenzende cellen met elkaar via hun cytoskeletten. Desmosomen laten een opening van 30 nanometer tussen cellen.
Adherens junctionsEdit
Adherens junctions, ook wel zonula adherens genoemd, zijn multiproteïnecomplexen gevormd door eiwitten van de catenine- en cadherinefamilies. Zij bevinden zich in het membraan op de contactpunten tussen de cellen. Zij worden gevormd door interacties tussen intracellulaire adapter-eiwitten, transmembraaneiwitten en de actine-cytoskeletten van de cellen. Naast hun rol in het verbinden van aangrenzende cellen, zijn deze complexen belangrijk voor het reguleren van epitheliale migratie, celpolariteit, en de vorming van andere cel junctie complexen.
tight junctionsEdit
Tight junctions, ook wel zonula occludens genoemd, zijn de belangrijkste componenten van het intestinale epitheel voor zijn barrièrefunctie. Deze complexen, die voornamelijk bestaan uit leden van de claudinefamilie en de occludinefamilie, bestaan uit ongeveer 35 verschillende eiwitten, vormen een ringvormig continu lint rond de cellen, en bevinden zich nabij de grenzen van de laterale en apicale membranen.
De extracellulaire domeinen van de transmembraaneiwitten in aangrenzende cellen kruisen elkaar om een strakke afsluiting te vormen. Deze interacties omvatten die tussen eiwitten in hetzelfde membraan (“cis”) en eiwitten in aangrenzende cellen (“trans”). Bovendien kunnen interacties homofiel (tussen identieke eiwitten) of heterofiel (tussen verschillende eiwitten) zijn.
Gelijk aan adherens juncties, werken de intracellulaire domeinen van tight juncties samen met verschillende scaffold eiwitten, adapter eiwitten en signaalcomplexen om de cytoskeletale koppeling, celpolariteit, celsignalering en vesicale trafiek te reguleren.
Tight junctions vormen een smalle maar veranderbare afsluiting tussen aangrenzende cellen in de epitheliale laag en zorgen zo voor selectief paracellulair transport van oplosmiddelen. Terwijl vroeger werd gedacht dat tight junctions statische structuren waren, is nu bekend dat ze dynamisch zijn en de grootte van de opening tussen cellen kunnen veranderen en zich zo aanpassen aan de verschillende stadia van ontwikkeling, fysiologie en pathologieën. Zij fungeren als een selectieve en semipermeabele paracellulaire barrière tussen apicale en basolaterale compartimenten van de epitheliale laag. Zij vergemakkelijken de doorgang van kleine ionen en in water oplosbare oplosmiddelen door de paracellulaire ruimte, terwijl zij de doorgang van luminale antigenen, micro-organismen en hun toxinen voorkomen.