5. Recettori intracellulari, giunzioni cellulari, migrazione cellulare, ciclo cellulare, apoptosi e necrosi

ICAM.

Questo tipo di adesioni nel processo di diapedesi è importante perché in loro assenza i

leucociti potrebbero essere distaccati a seguito del forte flusso cellulare (sangue) che

transita nei vasi sanguigni.

Un altro ruolo importante delle adesioni si ha nella rigenerazione del tessuto a seguito di

una ferita; accade infatti che i fibroblasti in proliferazione a un certo punto entrino in

contatto, andando così a bloccare il meccanismo di proliferazione cellulare.

Giunzioni cellulari con la matrice extracellulare

La matrice extracellulare, composta principalmente da zuccheri e proteine, prodotta dalle

cellule del tessuto, riempie gli spazi nei tessuti, presentando caratteristiche peculiari in

relazione al tessuto in cui si trova. Oltre a garantire un sostegno meccanico, le giunzioni

possono attivare cascate di trasduzione intracellulari che influenzano la sopravvivenza,

l'attività proliferativa e la migrazione della cellula.

Nella matrice extracellulare sono presenti i GAG, lunghe catene saccaridiche, composte

da un disaccaride ripetuto n volte; i GAG, associati a una porzione proteica formano i

proteoglicani, portatori di carica negativa (fondamentale per svolgere la loro funzione) che

possono avere delle strutture estremamente variabili; è possibile infatti avere un

proteoglicano composto da un solo GAG o proteoglicani composti da numerosissimi GAG

come nel caso degli aggrecani.

Un altro elemento chiave delle matrici sono le fibre di collagene, costituito da una famiglia

di proteine con caratteristiche diverse; alla base c'è una catena aa composta da una

ripetizione di 3 aa (glicina, prolina e lisina). La struttura tridimensionale assunta da queste

lunghe catene di triplette è un'α-elica, permessa dalla presenza della glicina, un piccolo aa

che permette la formazione dell'ansa. La struttura ad α-elica quindi si associa poi con altre

2 α-eliche, formando così una fibrilla di collagene.

Vi sono diversi tipi di collagene:

- tipo I e II: sono classici, fibrillari. La molecola è secreta dalle cellule come tripla elica con

2 pro-peptidi laterali che impediscono un ulteriore assemblamento di collagene in strutture

troppo grosse per essere contenute nella cellula.

- tipo IX e XII: sono particolari, più piccoli; si associano alle fibrille di collagene fibroso ma

anche a proteine della matrice e ne organizzano la disposizione.

- tipo IV: presente nella lamina basale, permette strutture reticolari.

La fibronettina è una proteina polifunzionale composta da due

catene amminoacidiche connesse da un ponte disolfuro; presenta

una serie di domini che permettono l'interazione con proteine

diverse, separati da regioni in cui la proteina è flessibile.

Vi sono domini che permettono l'interazione con il collagene (quindi

con la matrice extracellulare), altri invece con le cellule. Questi

domini contengono un modulo composto da 3 aa (arginina, glicina e

acido aspartico RGD) per il quale le integrine presentano una forte

avidità. Se infatti si pongono delle integrine ripiegate in una

soluzione contenente questi moduli, essa si srotola, attivandosi.

Infine questa proteina ha molti domini di autoassociazione.

La laminina funziona come una proteina di collegamento, composta da 3 catene

assemblate in una croce asimmetrica; è caratterizzata da una serie di domini funzionali

che le permettono di interagire con vari elementi sia sulla cellula sia sulla matrice, come

regioni di legame con le integrine (=chiave per questa interazione), con i proteoglicani, con

la proteina nidogeno e per auto-interazione.

→La fibronectina e la laminina funzionando da ponti sono proteine di collegamento.

La matrice extracellulare può essere organizzata in molti modi, ma una forma di

particolare interesse è quella della lamina basale, una struttura di collegamento tra tessuto

connettivo e tessuto epiteliale. La lamina basale può essere posizionata sia tipicamente

tra cellule dell'epitelio molto ravvicinate e cellule del tessuto connettivo, sia infiltrata tra le

singole cellule.

Nella lamina basale la matrice extracellulare è costituita da fibre di collagene di tipo IV,

disposte formando un reticolo; questo è sovrapposto a un altro reticolo, costituito dalla

laminina attraverso i domini di auto-interazione; i due reticoli sono connessi attraverso la

proteina nidogeno e si uniscono alla cellula attraverso perlecani e integrine.

Le integrine non solo svolgono un ruolo funzionale, ma agiscono anche da recettori,

modulando le attività cellulari e determinando così numerose funzioni della matrice:

1. il collagene dà stabilità ai tessuti, garantendo resistenza allo stress. I GAG formano

poi strutture di setaccio, con diversa dimensione dei pori e diversa carica.

2. La comunicazione intracellulare si basa sulla presenza di recettori a livello della

membrana, che devono essere tenuti in quella posizione affinché la cellula sia

funzionale nella risposta. In questo svolge un ruolo importante non solo il

citoscheletro, ma anche la matrice. Uno degli esempi più strutturati di questo è

rappresentato dalla placca neuromuscolare, in cui c'è un'interazione tra nervo e

cellula eccitabile. È fondamentale che la pre-sinapsi comunichi al muscolo nella

regione in cui sono presenti i recettori per l'Ach. In laboratorio si può ottenere la

neuro-degenerazione del nervo, mantenendo intatta la matrice; se poi si favorisce

la riformazione della cellula nervosa, questa crea una sinapsi esattamente dove era

prima, anche in assenza della fibra muscolare. Similmente si osserva che la fibra

muscolare cresciuta in uno spazio vuoto, posiziona i recettori colinergici nel

medesimo punto di prima. La matrice extracellulare quindi indirizza le proteine di

membrana del muscolo a posizionarsi correttamente, permettendo una

comunicazione efficace.

3. La matrice svolge un importante ruolo di modulazione del segnale che viene

presentato alle cellule bersaglio; sono infatti presenti corecettori che possono

legare il segnale per presentarlo alla cellula, sequestrare il segnale, riducendo la

quantità bioattiva o rilasciare il segnale con una certa frequenza.

4. Infine la matrice può determinare diverse funzioni cellulari tra cui la proliferazione e

la sopravvivenza; sono fenomeni dipendenti dall'ancoraggio, mediati da proteine

tirosin-kinasi (le FAK) presenti a livello delle adesioni focali. Molte cellule per poter

proliferare devono essere adese a un substrato; se non riescono a legarsi alla

piastra allora muoiono. È importante quindi che l'adesione cellula-matrice sia ben

salda, questo avviene attraverso le adesioni fibrillari.

Quando una cellula deve proliferare, si distacca dal substrato e avviene

l'interazione tra la via delle integrine e i recettori associati a tirosin kinasi

citoplasmatiche (= i fattori di crescita). Il fattore di crescita prima potenzia le vie di

sopravvivenza e proliferazione cellulare, poi attiva una terza via che determina il

disassemblamento dell'adesione focale, allentando così l'adesione alla matrice

extracellulare e permettendo la proliferazione.

Per quanto riguarda la migrazione cellulare si hanno cambiamenti di forma

permessi da riarrangiamenti a livello del citoscheletro che sono attivati da una serie

di small G-protein (RAS/MAPK, Rho, Rac e Cdc42).

Migrazione cellulare

È un processo fondamentale importante soprattutto nello sviluppo embrionale e fetale che

interessa per esempio il sistema nervoso, in cui si ha la migrazione dei neuroni (assone

compreso), ma è anche continuamente in atto, come nei leucociti che migrano all'interno

di un tessuto dal sangue e nelle ossa, continuamente sottoposte a rimodellamento.

La migrazione può avvenire in un ambiente acquatico, ma anche per strisciamento delle

cellule lungo una matrice extracellulare o sulle cellule stesse. Questo fenomeno coinvolge

3 aspetti fondamentali:

1. Siccome i tessuti sono solidi, è necessario erodere la matrice extracellulare per

permettere il passaggio di cellule attraverso essa; questo è permesso da una serie

di enzimi.

2. La cellula deve cambiare forma per muoversi, protendersi verso una certa

direzione, trascinando poi la restante parte del corpo cellulare.

3. Deve esserci un segnale che direzioni le cellule; nell'endotelio per esempio le

cellule diventano più adesive, ci sono poi segnali come chemochine e citochine.

1) Enzimi come serina proteasi e metalloproteasi presenti nella matrice si occupano

appunto dell'erosione della matrice; sono presenti in forma inattiva e la loro attivazione è

limitata nel tempo e nello spazio. Sono infatti presenti attivatori locali, in una particolare

regione cellulare, ma anche inibitori per questi enzimi, in modo da limitare gli effetti

negativi nel caso di un'attività fuori controllo.

2) Una cellula per spostarsi in una certa direzione cambia forma in modo coordinato

sfruttando lo scheletro di actina; la migrazione

quindi prevede una serie di passaggi stereotipati

che si susseguono in modo ordinato.

Passaggio di protrusione: la cellula emette

– delle protrusioni di membrana, formati

attraverso meccanismi di polimerizzazione

dell'actina, che le permettono di esplorare il

territorio circostante, per capire se c'è una

direzione preferenziale verso cui muoversi. Si

formano così deboli adesioni, essendo un

fenomeno dinamico e direzionato.

Ancoraggio: l'adesione salda al substrato,

– attraverso contatti focali (con le integrine),

innesca una serie di alterazione nella cellula

come riarrangiamenti del citoscheletro di

actina, in modo che nella parte posteriore si

formino fibre contrattili (actina e miosina, la

proteine contrattile). Contemporaneamente si ha un movimento di actina non

polimerizzata verso il fronte anteriore. Il contatto focale è il preludio dell'adesione

focale; si tratta di una struttura dalle grandi dimensioni, composta da integrine.

Trazione e traslocazione: è necessaria affinché la cellula si sposi in avanti; vengono

– fruttate le strutture di movimento formate. Il contatto focale diventa un elemento di

trazione, in modo che la cellula venga spinta oltre muovendosi verso la parte

anteriore, mentre le fibre contrattili nella regione posteriore divengono il motore. I

contatti focali infine devono essere rapidamente smantellati in modo che la cellula

possa procedere, ma questo lascia comunque delle cicatrici sulla matrice.

Le strutture di protrusione utilizzate dalle cellule sono:

- Pseudopodi: presenti in amebe e neutrofili

- Lamellipodi: costituiti da polimeri di actina, organizzati in un reticolo permesso dalla

filamina; sono tipicamente presenti nelle cellule epiteliali, nei fibroblasti e nei neuroni.

- Filopodi: contengono filamenti di actina organizzati in fasci paralleli grazie