Comunicazione intercellulare

COMUNICAZIONE INTERCELLULARE

Ci sono solo due tipi fondamentali di segnali fisiologici: segnali chimici e segnali elettrici.

I segnali elettrici sono costituiti da variazioni del potenziale di membrana di una cellula.

I segnali chimici sono costituiti da molecole secrete da cellule nel liquido extracellure.

Le cellule che rispondono ai segnali elettrici o chimici sono dette cellule bersaglio o, più brevemente,

bersagli. I "segnali" chimici sono responsabili della maggioranza delle comunicazioni fra cellule all’interno

dell'organismo.

I segnali chimici si comportano da ligandi che si legano a proteine per innescare una risposta.

Nell'organismo vi sono quattro meccanismi fondamentali di comunicazione intercellulare:

1. la comunicazione locale utilizza le giunzioni comunicanti. che consentono il trasferimento

citoplasmatico diretto di segnali elettrici e chimici tra cellule adiacenti;

2. i segnali dipendenti da contatto, che si trasmettono quando molecole sulla superficie di una cellula

si legano a molecole di superficie sulla membrana di un'altra cellula;

3. i segnali chimici che diffondono attraverso il liquido extracellulare per agire su una cellula vicina.

4. La comunicazione a lunga distanza impiega una combinazione di segnali chimici ed elettrici

trasportati dalle cellule nervose, e di segnali chimici trasportati nel sangue.

Una determinata molecola può agire da segnale in diversi modi. Per esempio, una molecola può agire sia in

prossimità della cellula che l'ha rilasciata (comunicazione locale), sia su parti distanti dell'organismo

(comunicazione a lunga distanza).

Modalita’ di comunicazione intercellulare

Un segnale paracrino è una molecola che agisce sulle cellule che si trovano nelle immediate vicinanze della

cellula secernente. Se un segnale chimico agisce sulle medesime cellule che lo hanno secreto, esso è detto

segnale autocrino. In alcuni casi, una molecola può agire sia come segnale autocrino sia come segnale

paracrino.

Le molecole segnale paracrine e autocrine raggiungono le cellule bersaglio attraverso la diffusione nel

liquido interstiziale. A causa delle limitazioni imposte dalla distanza, i segnali paracrini hanno un campo

d'azione limitato alle cellule adiacenti. Un esempio significativo di segnale paracrino è rappresentato

dall'istamina, una molecola rilasciata dalle cellule danneggiate. Ad esempio, quando ci graffiamo con uno

spillo, il solco rosso lievemente rialzato che si forma è in parte il risultato del rilascio locale di istamina da

parte del tessuto danneggiato.

L'istamina funge da segnale paracrino, diffondendo verso i capillari vicini al sito del danno e aumentandone

la permeabilità per i globuli bianchi del sangue e gli anticorpi presenti nel plasma.Diverse importanti classi

di molecole agiscono come segnali locali. Le citochine sono molecole peptidiche di regolazione, mentre gli

eicosanoidi sono molecole segnale paracrine e autocrine derivate da lipidi.

Le giunzioni comunicanti

La forma più semplice di comunicazione intercellulare è costituita dal trasferimento diretto di segnali

chimici ed elettrici attraverso le giunzioni comunicanti, canali proteici che creano ponti citoplasmatici tra

due cellule adiacenti.

Una giunzione comunicante è formata dall'unione di proteine transmembrana, dette connessine,

appartenenti a due cellule adiacenti. L'unione delle connessine crea un canale proteico, il connessone, che

è in grado di aprirsi e di chiudersi. Quando il canale è aperto, le cellule da esso connesse si comportano

come una singola cellula contenente più nuclei (sincizio).

Quando le giunzioni comunicanti sono aperte, ioni e piccole molecole, come aminoacidi, ATP e AMP ciclico,

diffondono direttamente dal citoplasma di una cellula al citoplasma della cellula accanto. Le molecole più

grandi non possono passare attraverso le giunzioni comunicanti. Inoltre, le giunzioni comunicanti sono

l’unico mezzo attraverso il quale segnali elettrici possono passare direttamente da una cellula all'altra.

Il passaggio di molecole attraverso le giunzioni comunicanti può essere modulato o completamente

arrestato. Le giunzioni comunicanti non sono tutte uguali.

Le diverse isoforme di connessine consentono di creare giunzioni comunicanti con selettività distinte nei

diversi tessuti. Nei mammiferi, queste giunzioni sono presenti praticamente in tutti i tipi cellulari, fra cui le

cellule muscolari cardiache, alcuni tipi di cellule muscolari lisce, cellule dei polmoni, cellule epatiche e

neuroni.

I segnali dipendenti da contatto richiedono il contatto tra due cellule

Questo tipo di trasmissione del segnale dipendente da contatto si osserva nel sistema immunitario e

durante la crescita e lo sviluppo.

Le CAM (Cell Adhesion Molecules), molecole di adesione cellulare, conosciute inizialmente per il loro ruolo

nell'adesione tra cellule, sono ora note anche per fungere da recettori nell'ambito della comunicazione

intercellulare. Le CAM sono legate al citoscheletro e a enzimi intracellulari. Grazie a tali connessioni, le

CAM trasferiscono segnali in entrambe le direzioni attraverso le membrane cellulari.

I segnali extracellulari

Le cellule impiegano svariati tipi di segnali chimici:

• I mediatori chimici locali agiscono solo su cellule attigue e vengono prontamente distrutti;

• Neurotrasmettitori. Viene rilasciato dal terminale presinaptico di un neurone e raggiunge il

recettore della cellula bersaglio, veicolato nel sangue. In questo caso sarà in grado di cercare la

cellula bersaglio. Quando il segnale elettrico raggiunge la parte terminale della cellula nervosa,

viene tradotto in segnale chimico; questo segnale è detto neurocrino.

• Ormoni sono rilasciati dalle cellule secernenti (ghiandole) nel sangue e raggiungono le cellule

bersaglio. Si legano ad un recettore specifico. Anche essi possono trovare il loro recettore anche a

grandi distanze

Mediatori chimici locali

Un modulatore importante è l’ossido nitrico (monossido di azoto). Esso è sintetizzato nelle cellule di tutto

l’organismo a partire dall’arginina. L'arginina + O , in presenza dell’ossido nitrico sintetasi, da origine alla

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formazione dell’ossido nitrico più citrullina. L’ossido nitrico è uno dei principali modulatori endogeni.

Le funzioni sono:

• È un potente vaso dilatatore;

• È il meccanismo chiave nell’apprendimento, nella memoria e regola la pressione arteriosa;

• Controlla l'erezione peniena.

Ha un tempo di emivita nel sangue bassissimo, cioè appena prodotto viene rapidamente degradato.

L'ossido nitrico agisce attraverso i vasi, dilatandoli.

È una molecola lipofila e agisce inducendo la produzione di cGMP.

Arginina + O NO + citrullina

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Alcuni farmaci che si conoscono, tra cui il viagra, sono inibitori della degradazione del monossido d'azoto

ossia inibiscono le fosfodiesterasi e per tanto si ha più ossido d’azoto in circolo. Il viagra agisce come

feedback negativo, potenziando l’effetto del monossido d’azoto.

Un esempio di mediatori chimici locali è costituito da:

• l’istamina: è depositata nelle mastcellule, è rilasciata in risposta ad una lesione tissutale, ad

un’infezione e ad una reazione allergica. L’istamina causa vasodilatazione e aumento della

permeabilità vasale;

• le prostaglandine;

Meccanismi segnaletici delle cellule

Nell’organismo ci sono 4 mezzi di comunicazione intercellulare:

1) Giunzioni comunicanti;

2) Segnali dipendenti da contatto;

3) Comunicazione locale;

4) Comunicazione a lunga distanza;

Comunicazione intercellulare a lunga distanza

Il sistema endocrino comunica utilizzando gli ormoni [hormon, eccitare], segnali chimici secreti nel sangue

e distribuiti a tutto il corpo dal sistema circolatorio.

Gli ormoni vengono in contatto con la maggior parte delle cellule dell'organismo, ma solo quelle che

possiedono recettori per l'ormone fungono da bersagli.

Un segnale elettrico viaggia lungo una cellula nervosa (neurone) fino a raggiungere la sua parte terminale,

dove viene tradotto in un segnale chimico secreto dal neurone. Tale segnale chimico è detto neurocrino.

Se una molecola neurocrina diffonde dal neurone per un breve tratto attraverso lo spazio extracellulare

raggiungendo una cellula bersaglio sulla quale esercita un effetto a rapida insorgenza, la molecola è detta

neurotrasmettitore.

Se invece la molecola neurocrina agisce più lentamente, come un segnale autocrino o paracrino, essa è

detta neuromodulatore.

Se, infine, una molecola neurocrina diffonde nel sangue per essere distribuita all'intero organismo, essa è

detta neuroormone.

Citochine

Le citochine sono associate principalmente alle risposte immunitarie, come per esempio l'infiammazione,

ma controllano anche lo sviluppo cellulare e il differenziamento cellulare. Nello sviluppo e nel

differenziamento, le citochine agiscono di norma come segnali autocrini o paracrini.

Nello stress e nell'infiammazione, alcune citochine possono agire su bersagli relativamente distanti e

possono essere trasportate attraverso la circolazione, proprio come gli ormoni.

In che cosa le citochine differiscono dai classici ormoni?

Le citochine non sono prodotte da cellule epiteliali specializzate come lo sono gli ormoni. Piuttosto, a un

certo punto della sua vita, ogni cellula nucleata può secernere citochine. Le citochine sono prodotte su

richiesta, al contrario degli ormoni peptidici o proteici che sono sintetizzati in anticipo e accumulati nelle

cellule endocrine finché non sono necessari.

Inoltre, le vie di ricezione del segnale delle citochine sono di solito diverse da quelle degli ormoni.

Per esempio, l'eritropoietina, la molecola che controlla la sintesi dei globuli rossi, è considerata

tradizionalmente un ormone, ma dal punto di vista funzionale si adatta di più alla definizione di citochina.

Sistemi di segnalazione chimica

Il neurotrasmettitore viene rilasciato dal terminale presinaptico e raggiunge la cellula bersaglio anche se

molto distante.

Gli ormoni si legano ad un recettore specifico nella cellula bersaglio, dopo essere stati trasportati dal

torrente circolatorio in distretti anche molto lontani dalle cellule secernenti.

IN CHE MODO CELLULE DISTANTI COMUNICANO?

I sistemi di segnalazione chimica comprendono:

• segnali extracellulari o primi messaggeri;

• recettori;

• segnali intracellulari o secondi messaggeri;

L’effetto cumulativo di tali componenti è quello di evocare una risposta fisiologica.

La trasduzione del segnale

Le molecole di segnalazione chimica sono rilasciate dalle cellule nel compartimento extracellulare.

Perché alcune cellule rispondono a un certo segnale chimico mentre altre lo ignorano?

La risposta risiede