Appunti completi di Istologia

Istologia: introduzione

Un tessuto è un aggregato di cellule che condividono struttura e funzione; spesso le cellule che si trovano all'interno di uno stesso tessuto sono legate tra loro per mezzo di una sostanza intercellulare che caratterizza quel tessuto. Si distinguono quattro tipi principali di tessuti:

• Epiteliale
• Nervoso
• Muscolare
• Connettivo
  • Proprio
  • Sangue
  • Cartilagine
  • Osso
  • Tessuto adiposo

Una vecchia divisione prevede la presenza di:

• Tessuti labili formati da cellule con vita media breve; rigenerano fisiologicamente di continuo
• Tessuti stabili formati da cellule con vita media lunga; di solito non proliferano ma si possono rigenerare in seguito ad un danno.
• Tessuti perenni formati da cellule con vita media molto lunga; la morte cellulare comporta la perdita irreversibile di queste cellule.

Cellula staminale

È la cellula responsabile della capacità di rigenerazione di un tessuto. Ha la capacità di auto-mantenersi e di differenziare. Quando si divide dà origine ad una cellula uguale a se stessa e ad un’altra che ha la capacità di differenziare. La prima sarà quindi una nuova cellula staminale; la seconda invece è detta “cellula di amplificazione”, e prima di differenziare si divide numerose volte. Lo scopo di questa popolazione transiente è quello di limitare il numero di divisioni cellulari a carico della vera cellula staminale, che si può permettere di rimanere piuttosto pigra da un punto di vista proliferativo. La cellula staminale è relativamente indifferenziata; non può originare tutti i tessuti, e per questo si dice che non ha una differenziazione terminale. Mantiene la capacità di proliferare per tutta la vita dell’individuo; questa caratteristica è detta immortalità replicativa.

Le cellule staminali hanno due modalità di divisione: in genere essa è asimmetrica (le figlie hanno destino diverso). In altri casi le due cellule che si rigenerano sono uguali ma contraggono rapporti diversi con l’ambiente che le circonda: questo permette loro di mantenere la “staminalità” o di differenziare. Per mantenere la propria staminalità la cellula deve interagire con quella che prende il nome di nicchia.

Tessuto epiteliale

Si distinguono tre diversi tipi di epitelio:

• Epitelio di rivestimento: riveste le superfici e assume un aspetto diverso a seconda delle diverse superfici che ricopre; può fungere da barriera protettiva, produrre materiali o rendere impermeabile la superficie che riveste.
• Epitelio ghiandolare: non è sinonimo di ghiandola perché con il termine di epitelio ghiandolare si indica solamente la parte secernente della ghiandola stessa (che è un organo); questo epitelio a sua volta può essere suddiviso in:
  • Esocrino: riversa ciò che produce all’esterno del corpo o in una cavità con esso comunicante.
  • Endocrino: riversa ciò che produce direttamente nel sangue.
• Epitelio sensoriale: permette la percezione sensoriale; può essere considerato una “via di mezzo” tra un tessuto epiteliale e quello nervoso.

Epitelio di rivestimento

Come identificare un epitelio al microscopio ottico:

• Un epitelio di rivestimento guarda verso una parte libera o comunque verso il lume di una cavità.
• Identificare cellule tra loro strettamente collegate, separate da una scarsissima o assente matrice extracellulare.
• Assenza di vasi; le cellule di questo epitelio si nutrono per diffusione.
• Presenza di uno strato amorfo che separa l’epitelio dal tessuto connettivo sottostante (lamina basale).

Classificazione degli epiteli di rivestimento viene operata in base a:

• Numero di strati di cellule:
  • Semplice (monostratificato)
  • Stratificato (multistratificato)
  • Pseudostratificato
  • Di transizione (numero di strati che varia in relazione allo stato funzionale della vescica, unico organo in cui si trova questo tipo di epitelio di rivestimento).
• Forma delle cellule:
  • Squamoso o pavimentoso, in cui la dimensione principale delle cellule è parallela alla superficie.
  • Cubico, in cui le dimensioni principali delle cellule si equivalgono.
  • Cilindrico o batiprismatico, in cui la dimensione principale delle cellule è perpendicolare alla superficie.
• Presenza di specializzazioni sulla superficie:
  • Cigliato
  • Orlato (con microvilli o protrusioni di membrana)
  • Cheratinizzato/non cheratinizzato

Tipi reali di epitelio

• Pavimentoso semplice: funzione di rapido scambio di sostanze;
  • Vasi (endotelio)
  • Cuore (endocardio)
  • Cavità interne (mesotelio)
  • Alveoli polmonari
• Cubico semplice: funzione di assorbimento, escrezione e secrezione;
  • Tubuli renali (dotti collettori soprattutto)
  • Dotti ghiandolari
• Cilindrico semplice: funzione di assorbimento e secrezione; specializzazioni apicali come microvilli e ciglia;
  • Apparato gastro-intestinale (principalmente)
• Cilindrico pseudostratificato: funzione di protezione trasporto di materiale sulla superficie; specializzazioni come ciglia e stereociglia;
  • Vie respiratorie
  • Epididimo
• Pavimentoso pluristratificato: la forma delle cellule cambia tra cellule più vicine o più lontane dal lume; dal basso verso l’alto queste cellule diventano sempre più “schiacciate”.
• È detto non cheratinizzato se le cellule sono vitali e nucleate anche negli strati più superficiali; in questo caso le mitosi si osservano solo nello strato più profondo, mentre in superficie si osservano processi di differenziazione. Se le cellule non sono vitali e nucleate anche negli strati più superficiali si parla invece di epitelio pavimentoso pluristratificato cheratinizzato.

Giunzioni cellulari

Le cellule epiteliali contraggono tra loro rapporti diversi mediante giunzioni di tre tipi diversi:

• Occludenti (tight junctions): generano e mantengono la polarità della cellula; rendono impermeabili gli epiteli.
• Ancoranti: conferiscono resistenza meccanica all’epitelio;
  • Le meccaniche sono sito d’attacco per l’actina
    • Giunzioni intercellulari (giunzioni aderenti o zonula adherentes)
    • Giunzioni cellula-matrice (contatti o adesioni focali).
  • Le aderenti sono sito d’attacco per i filamenti intermedi (di cheratina)
    • Giunzioni intercellulari (desmosomi)
    • Giunzioni cellula-matrice (emidesmosomi).
• Comunicanti (gap junctions): permettono il passaggio di sostanze molto piccole tra una cellula e l’altra.

Le giunzioni occludenti si trovano solitamente rivolte verso il lume, le giunzioni di tipo meccanico nella parte intermedia della cellula, mentre le giunzioni comunicanti si trovano generalmente in basso. Spesso le cellule dell’epitelio sono polarizzate: le parti che le costituiscono non sono tra loro equivalenti. I nuclei sono spesso più lontani dall’apice e più vicini alla membrana basale. Gli altri organuli citoplasmatici hanno un’organizzazione strutturale ben precisa e anche le proteine di membrana sono distribuite in un certo modo lungo la superficie cellulare. Queste cellule hanno tutte una parte superiore detta apicale e una inferiore detta basolaterale.

Le giunzioni occludenti

Delimitano due porzioni di membrana (quella apicale e quella basolaterale) che non sono tra loro comunicanti; costituiscono una barriera insormontabile per le proteine di membrana. La polarizzazione della cellula interessa quindi sia gli organuli citoplasmatici sia la membrana plasmatica. L’unico tipo cellulare in cui le giunzioni occludenti sono basali sono le cellule dei tubuli seminiferi; tutti gli altri tipi cellulari hanno giunzioni occludenti apicali.

Le giunzioni occludenti hanno funzione di controllo della permeabilità e di mantenimento della polarità della membrana. Sono formate da due diverse famiglie di proteine di membrana: le occludine e le claudine, stabilizzate da altre proteine situate a livello intercellulare che si chiamano zonula adherens (ZO), che si legano all’actina. Se queste ultime proteine vanno incontro a fosforilazione o ad altre modificazioni post-traduzionali le giunzioni occludenti si possono rompere: l’introduzione di una carica negativa rappresentata dal gruppo fosfato, introdotto per fosforilazione, fa sì che le proteine modifichino i loro rapporti reciproci, determinando un cambiamento conformazionale della proteina stessa.

Le giunzioni ancoranti

Possono coinvolgere l’actina oppure i filamenti intermedi: nel primo caso formano le giunzioni aderenti e/o le adesioni focali, nel secondo i desmosomi e/o gli emidesmosomi; ognuna di queste diverse giunzioni può inoltre essere coinvolta in due tipi diversi di adesione: quella tra due cellule o quella tra la cellula e la matrice extracellulare.

Sono per la maggior parte giunzioni formate da proteine di adesione calcio dipendenti che fanno parte della famiglia delle caderine: ne sono un esempio desmocollina e desmogleina, coinvolte nella formazione dei desmosomi. Esse contraggono rapporto con altre proteine, dette desmoplachine e placoglobine, che costituiscono una sorta di piastra d’adesione e che ne permettono l’ancoraggio al citoscheletro dei filamenti intermedi (sempre nel caso dei desmosomi). Perché questo ancoraggio si realizzi invece con il citoscheletro dei microfilamenti di actina è necessaria l’interazione delle caderine con altre proteine, dette catenine.

Una cellula priva di giunzioni meccaniche ha le catenine (che sono formate da tre domini α, β e γ) libere; queste possono andare nel nucleo, dove agiscono come co-fattori trascrizionali e inducono la trascrizione di geni coinvolti nella proliferazione cellulare. In particolare si stacca la β-catenina; questa interagisce anche con un’altra proteina trans-membrana, che si chiama APC, che lega a sé formando un complesso proteico.

Successivamente, se vengono attaccate almeno 4 ubiquitine, la β-catenina viene degradata nel proteasoma. La quantità di β-catenina nel citoplasma in genere è mantenuta piuttosto bassa; alcune persone hanno un difetto nel gene per APC e non producono questa proteina in quantità sufficiente. Hanno quindi troppa β-catenina, che induce un’eccessiva proliferazione cellulare nella mucosa del colon, dando origine ad una patologia che prende il nome di Poliposi Adenomatosa del Colon (APC).

Per dividersi una cellula deve avere giunzioni meccaniche che le tengono unite; anche queste giunzioni sono modulabili (ad esempio per fosforilazione). I desmosomi sono le giunzioni che tengono unite due cellule e aderiscono, sul versante intracellulare, ai filamenti intermedi, che nel caso dell’epitelio sono costituiti da una proteina detta cheratina. Anche i desmosomi sono formati da caderine (desmoglieine e desmocolline); queste solitamente riconoscono proteine uguali a se stesse in un’altra cellula. A questo punto vanno incontro a interazioni di tipo omofilico, che permettono a cellule che esprimono le stesse caderine di interagire tra loro: questo fa sì che questo tipo di giunzione non si possa formare tra tutti i tipi cellulari.

I desmosomi si trovano nelle:

• Cellule epiteliali cheratinizzate
• Cellule miocardiche filamenti di desmina, tipici delle cellule muscolari
• Cellule meningee filamenti di vimentina
• Cellule dendritiche dei linfonodi filamenti di vimentina

Sono assemblabili in base alla presenza o meno di calcio. Le caderine sono calcio dipendenti e in mancanza di questo elemento non possono legarsi tra di loro. A giustificare la loro importanza basti pensare che le caderine compaiono molto precocemente durante l’embriogenesi, quando l’embrione è allo stadio di 32 cellule. Uno dei ruoli principali delle giunzioni meccaniche (in particolare dei desmosomi) è quello di stabilizzare l’epitelio. Il pemfigo è una patologia in cui manca la connessione meccanica (a livello dei desmosomi) tra strati dell’epidermide: questo permette ai liquidi di inserirsi tra uno strato e l’altro.

Gli emidesmosomi sono le giunzioni meccaniche che mettono in contatto la cellula con la matrice per mezzo dei filamenti intermedi. La famiglia di proteine trans-membrana presente nel complesso giunzionale è quella delle integrine, che interagisce con proteine della matrice come la laminina e il collagene.

Le adesioni focali sono le giunzioni meccaniche che mettono in contatto la cellula con la matrice per mezzo dei filamenti di actina. La principale famiglia di proteine transmembrana coinvolte è quella delle integrine, che da un lato interagiscono con l’actina, dall’altro con laminina e fibronectina.

Le cellule che poggiano su una membrana basale hanno giunzioni di tipo emidesmosomiale o focale; quelle degli strati superiori si legano soltanto tra loro, impiegando le altre giunzioni meccaniche di aderenza intercellulare.

Le giunzioni comunicanti

Hanno diverse funzioni, tra cui:

• Propagazione dell’eccitazione del muscolo cardiaco, del muscolo liscio e nel SNC
• Regolazione delle fasi precoci dello sviluppo
• Diffusione di nutrienti e segnali in tessuti non vascolarizzati

Le giunzioni comunicanti permettono il passaggio di molecole fino a 2000 Dalton. Hanno forma di tunnel, formato da due metà di un canale di due cellule vicine che si affrontano tra loro. Queste sono dette connessoni, ciascuna delle quali è formata da 6 proteine della famiglia delle connessine. Queste proteine possono avere interazioni omotipiche o eterotipiche. L’apertura e la chiusura di questi canali sono regolati dalla concentrazione di calcio e dal pH.

Questo tipo di giunzioni sono fondamentali nello sviluppo e nella funzionalità cardiaca: una connessina mutata nel cuore ha un impatto notevole sulla funzionalità di quest’organo. Molte forme di sordità e di infertilità congenite e alcuni tumori hanno alla base un’alterazione dell’espressione genica delle connessine.

Molecole di adesione intercellulare (CAM)

Sono molecole che almeno in un momento dell’evoluzione della cellula mediano una transitoria interazione con l’ambiente circostante. In seguito a questa interazione possono formarsi le giunzioni intercellulari. Sono:

• Calcio dipendenti:
  • Caderine (interazioni omofiliche)
  • Selectine (legano carboidrati)
• Calcio indipendenti:
  • Superfamiglia delle immunoglobuline (integrine, interazioni omofiliche)
  • Integrine (nectine, superfamiglia Ig.)

Caderine

Molecole di interazione omofilica calcio dipendenti; formano omodimeri in membrana:

• E-caderine: cellule epiteliali
• N-caderine: nervo, muscolo, cristallino
• P-caderine: placenta, epidermide

Selectine

Molecole d’interazione eterofilica calcio dipendenti che legano carboidrati; si legano alla porzione glucidica di glicoproteine prodotte dalla cellula bersaglio:

• E-selectine: endotelio
• L-selectine: leucociti
• P-selectine: piastrine, endotelio

Superfamiglia Ig

Interazioni omofiliche (o eterofiliche se con le integrine).

Integrine

Sono sempre eterodimeri formati da una catena α e da una catena β codificate da due geni separati. Le integrine sono responsabili dell’interazione cellula-matrice; sul versante extracellulare legano alcuni costituenti della matrice come il collagene o le nectine, proteine di connessione. Ogni integrina è definita da quale α e quale β ha; a seconda di quale delle due subunità è presente lega elementi diversi della matrice (oppure immunoglobuline). L’integrina fosforilata nel dominio intercellulare perde la capacità di interagire con la matrice e la cellula si stacca da essa. Qualsiasi fattore che stimola la proliferazione cellulare deve sempre attivare un meccanismo che fosforili le varie giunzioni o le adesioni esistenti tra le cellule.

La membrana basale

La membrana basale rappresenta il sito di attacco tra l’epitelio e il sottostante tessuto connettivo, ed è composta da:

• Laminina (una nectina)
• Collagene di tipo IV
• Glicoproteine
• Proteoglicani

Ha funzioni di:

• Filtro molecolare
• Barriera cellulare selettiva
• Supporto
• Rigenerazione tissutale e differenziazione

Ha come sede:

• Cellule epiteliali
• Cellule muscolari
• Cellule adipose
• Cellule di Schwann

La struttura della lamina basale è tenuta insieme dalla laminina, una proteina che lega l’integrina (una glicoproteina di membrana presente nella parte basale della cellula); la laminina costituisce quindi il ligando che viene riconosciuto dall’integrina. Essa lega poi a sé anche glicosaminoglicani e il collagene di tipo IV. Il collagene di quasi tutti i tessuti è una molecola formata da fibre riunite in fasci paralleli. Nella membrana basale degli epiteli la struttura del collagene non è a fasci paralleli ma a rete. Il collagene è prodotto nei fibroblasti del tessuto connettivo e in seguito, nella cellula, va incontro ad alcune modificazioni post-traduzionali. Poi tre proteine di auto-assemblano intrecciandosi in una tripla elica che ha il nome di pro-collagene e che è secreta dalla cellula. Successivamente vengono rimossi peptidi terminali: questo permette di formare collagene e di assemblarlo in fibre. Nel collagene di tipo IV non possono essere rimossi i peptidi terminali e non si formano fasci di fibre.