Comunicazione
fra cellule
Tipi di comunicazione tra cellule di un embrione
Segnalazione iuxtacrina
→ tra cellule vicine in diretto
contatto
Segnalazione paracrina
→ a lunga distanza, attraverso la
Le cellule sono in grado di riassortirsi secondo le loro specifiche e reciproche posizioni embrionali
Le Caderine
Prove recenti dimostrano che i confini tra i tessuti possono effettivamente essere stabiliti da tipi cellulari differenti, che possiedono sia tipi che quantità diverse di molecole d’adesione cellulare.
L’adesione cellulare può essere mediata da diverse classi di molecole, sebbene le principali molecole di adesione cellulare siano le caderine.
Le caderine sono molecole di adesione calcio-dipendenti (perciò c-ad-erine). Sono molecole transmembrana decisive nello stabilire e mantenere le
connessioni intercellulari e sembra siano essenziali per la segregazione spaziale di tipi cellulari e per l’organizzazione della forma negli animali.
Le caderine di una cellula interagiscono con caderine delle cellule adiacenti. Sono ancorate all’interno della cellula da un complesso di proteine dette
catenine.
Funzioni delle Caderine
Le caderine consentono l’adesione reciproca fra cellule grazie ai loro domini extracellulari.
I complessi caderina-catenina,
legandosi ai microfilamenti di actina, permettono l’integrazione delle
cellule epiteliali in una unità meccanica.
Funzione di molecole di
segnalazione in grado di modificare l’espresione genica.
Classi principali di Caderine
E-caderina, viene espressa in tutte le cellule embrionali iniziali dei
mammiferi, anche allo stadio di zigote.
P-caderina, si trova soprattutto nella placenta, facilitandone l’adesione
all’utero.
N-caderina, viene espressa ad alti livelli sulle cellule del sistma nervoso
centrale e può avere un ruolo nel mediare i segnali neurali.
R-caderina, è cruciale nella formazione della retina.
Protocaderine, è una classe diversa dalle caderine che non si lega ai
filamenti citoscheletrici mediante le catenine. L’espressione di protocaderine simili serve a mantenere unite le cellule epiteliali durante la migrazione. L’espressione di protocaderine diverse è un’importante modalità per separare tessuti (ad es. mesoderma che forma la notocorda si separa da mesoderma che formerà i somiti).
Quantità e coesione
La gerarchia del riassortimento cellulare è strettamente dipendente dalla quantità di interazioni delle caderine tra loro.
La matrice extracellulare come fonte di importanti segnali
per lo sviluppo
Le interazioni cellula-cellula non si possono stabilire in assenza di un ambiente.
Questo ambiente è la matrice extracellulare (ECM).
L’ECM è una rete insolubile costituita da macromolecole secrete dalle cellule.
L’adesione cellulare, la migrazione cellulare, la formazione di foglietti e tubi epiteliali dipendono tutte dalla capacità delle cellule di formare punti di attacco alla ECM.
Funzioni dell’ ECM
Ruolo strutturale:
• supporto per le cellule
Regolazione
• divisione cellulare • adesione • motilitàSviluppo
• migrazione • differenziamentoRiserva di fattori di crescita
• Reciprocità dinamica
• Trasduzione del segnale
– molecole dell’ECM→recettori di superficie → espressione genica
Distinguiamo due tipi di ECM
• La matrice interstiziale dei tessuti connettivi
• La lamina basale
Nella matrice interstiziale le molecole dell’ECM circondano le cellule riempiendo gli spazi interstiziali intercellulari
Nelle lamine basali le molecole di ECM sono deposte solo sulla superficie basale su cui si
adagiano le cellule
Mentre nella matrice interstiziale le molecole tendono a formare un lattice tridimensionale, la membrana basale si organizza invece in un piano
Questa differente organizzazione è dovuta principalmente a differenze nell’ ”assembling” delle molecole di collagene
Componenti della matrice extracellulare
Le principali molecole della ECM sono:
1. MOLECOLE POLISACCARIDICHE: GAG e PROTEOGLICANI 2. PROTEINE FIBROSE:
- STRUTTURALI: COLLAGENE ed ELASTINA - ADESIVE: LAMININA e FIBRONECTINA
I recettori della ECM: le integrine
Funzioni
-Interazione con la ECM -Adesione cellulare
-Forma cellulare -Polarità cellulare -Crescita cellulare
-Differenziamento cellulare
-Motilità cellulare in morfogenesi, fisiologia e patologia
Le integrine sono recettori della superficie cellulare che mediano e coordinano le risposte cellulari alla matrice extracellulare (ECM). Alcuni segnali cellulari possono regolare l’adesione cellulare, alterando l’affinità o avidità delle integrine per la matrice extracellulare.
Transizione epitelio-mesenchimale
Processo importante nello sviluppo.
E’ un’ordinata serie di eventi mediante i quali le cellule epiteliali si trasformano in cellule mesenchimali.
Segnalazione cellulare
In una data posizione, che cosa definisce l’esperienza di una cellula?
Induzione → interazione a breve raggio fra due o più cellule e tessuti
aventi storia e proprietà differenti.
Per ogni interazione induttiva esistono due componenti:
• l’induttore (il tessuto che produce un segnale (o segnali) che modifica(no) il comportamento cellulare dell’altro tessuto;
• il rispondente (la cellula o il tessuto indotto).
Il segnale consiste spesso in una proteina secreta, capace di alterare il comportamento di cellule adiacenti, definita fattore paracrino.
La capacità di rispondere ad uno specifico segnale induttivo prende il nome di competenza.
Segnalazione cellulare
Interazione istruttiva, è necessario un segnale proveniente dalla cellula
induttrice per dare inizio a una nuova espressione genica nella cellula che risponde. Senza la cellula induttrice, la cellula rispondente non è in grado di differenziarsi.
Interazione permissive, il tessuto competente è già stato specificato e ha
soltanto bisogno di un ambiente che permetta l’espressione delle sue caratteristiche. Per esempio, molti tessuti necessitano di una ECM per svilupparsi.
Interazioni epitelio-mesenchimali
Specificità regionale dell’induzione
Regioni differenti del derma (tessuto mesenchimale) istruiscono parti dell’epidermide a formare strutture specifiche.
Il derma svolge un ruolo istruttivo, mettendo in azione serie differenti di geni nelle cellule epiteliali che rispondono.
Interazioni epitelio-mesenchimali
Specificità genetica dell’induzione
L’epitelio può conformarsi alle istruzioni del mesenchima solamente quando lo permette il suo genoma.
I fattori paracrini: le molecole induttrici
Come avviene la trasmissione dei segnali dall’induttore alla struttura competente?
Gradienti di fattori paracrini regolano l’espressione genica. Tali fattori si definiscono morfogeni.
Un morfogeno è una biomolecola diffusibile che può determinare il destino di una cellula mediante la sua concentrazione.
Ruolo dell’ECM nella presentazione di fattori paracrini
La formazione di un gradiente di morfogeni è regolata anche
dall’interazione del morfogeno con l’ambiente extracellulare.
L’ECM può fungere da deposito di fattori paracrini,
Principali famiglie di fattori paracrini
1. La famiglia dei fattori di crescita dei fibroblasti (FGF)
2. La famiglia Hedgehog
3. La famiglia Wnt
4. La superfamiglia β, che comprende la famiglia
TGF-β, la famiglia dell’attivina, le proteine morfogenetiche
dell’osso (bone morphogenetic proteins, BMP), le proteine
Nodal, la famiglia Vg1 e molte altre proteine correlate.
Cascate di trasduzione del segnale: la risposta agli induttori
Il legame tra un fattore paracrino e il suo recettore innesca reazioni enzimatiche che regolano:
• Fattori di trascrizione (espressione genica)
La biologia cellulare del segnale paracrino
I fattori paracrini possono riorganizzare la superficie cellulare
e la superficie cellulare è importante nella regolazione della
sintesi, del flusso e della funzione dei fattori paracrini.
L’azione dei segnali paracrini spesso cambia la composizione
della membrana plasmatica.
Internalizzazione degli endosomi
Diffusione dei fattori paracrini
I fattori paracrini non fluiscono liberamente attraverso lo spazio extracellulare. Possono legarsi alle membrane cellulari o all’ECM e tale legame ne
Le cilia come centri di ricezione del segnale
In molti casi, la ricezione dei fattori paracrini non è uniforme lungo la membrana cellulare; anzi, i recettori sono spesso raggruppati
Protrusioni focali di membrana come fonti di segnalazione
Esiste un meccanismo per emettere un segnale senza secernerlo?
Alcune idee emergenti…
Due tipi di estensioni dinamiche di membrana possono favorire la
comunicazione intercellulare e quindi generare gradient a lungo raggio. 1. Lamellipodi
