Biologia cellulare

Movimento strisciante delle cellule su un substrato solido

● Movimento amebe;

● Migrazione cellule embrionali (morfogenesi);

● Invasione dei tessuti da parte dei globuli bianchi (infezioni);

● Migrazione cellulare (riparazione ferite e rigenerazione);

● Diffusione cellulare (metastasi)

Tutte queste funzioni sono dovute alle funzioni citoscheletriche dei microfilamenti di actina.

Movimento strisciante delle cellule: inizia con la polarizzazione della cellula in una direzione, e lo fa grazie all'estensione del bordo avanzante mediante l'emissione di lamellipodi, ovvero estensioni citoplasmatiche lamellari piatte contenenti una ricca rete di microfilamenti di actina. A seconda del tipo cellulare l'estensione del bordo avanzante forma lamellipodi e/o filopodi, prolungamenti sottili e rigidi, contenenti lunghi filamenti di actina a fasci (coni di crescita in migrazione, alcuni fibroblasti).

Lamellipodi e filopodi sono strutture di esplorazione mobili che si formano e

1. Estensione del bordo avanzante e protrusione della membrana plasmatica (lamellipodi e filopodi);
2. Adesione dinamica al substrato del bordo avanzante, per consentire la trazione e migrazione in avanti della cellula;
3. Trazione e movimento della massa cellulare in avanti;
4. Retrazione della parte posteriore della cellula (riorganizzazione delle adesioni).

cellulare (raggruppamento di integrino e formazione diadesioni focali).Polimerizzazione dell’actina con un meccanismo di nucleazione de novo di filamenti mediante agentinucleanti, complesso Arp2/3, considerato il mediatore primario della polimerizzazione dell’attica nellamellipodio. Complesso Arp2/3: Arp - Actin related protein. Multimerico, polimerizzazione de novodell’attica )in direzione +) e ramificazione di corti filamenti di actina (allungamento di nuovi filamentilateralmente a filamenti esistenti). Modello della enucleazione dendritica.Componenti per formare la rete dinamica di filamenti di actina durante la formazione ed il movimento inavanti del lamellipodio:

1. Actina, profliga (scambio ADP con ATP);
2. Complesso Arp2/3 (mima un terminale -) attivato nuclea l’actina alla membrana plasmatica;
3. Fattore attivatore del complesso Arp2/3;
4. Una capping protein +, corti filamenti di actina (per spingere la membrana in avanti);
5. ADF (Actin Depolymerizing

Factor) / cofilina.Arp2/3 viene attivato da NPFs (Nucleation Promoting Factors)

● NPFs regolati da vie di segnalazione che coordinano la polimerizzazione dell'actina;

● 1° NPF identificato WASP, ovvero Wiskott-Aldrich Sindrome Protein

Gli NPF sono il tramite tra il nucleatore e il segnale che arriva ai recettori di membrana. WASP una volta attivata ha una conformazione distesa e attiva Arp3/3, quando non è attivo ha forma ripiegata e non può interagire con Arp2/3. In questa forma ha un dominio per la proteina G monomerica, un dominio per la profilina e per Arp (solo in forma attiva). Proteine G monomeriche Rho: proteina G ras, regolatori del citoscheletro di actina.

Segnalazione cellulare, legame col recettore, attivazione (tramite fattore GEF) della proteina monomerica Rho, recluta a livello della membrana la proteina WASp e il legame induce una parziale distensione di WASp. Per la completa apertura occorre che si leghino agli altri domini i monomeri di profilina

associata adactina, actina. In conformazione distesa può legare Arp2/3. Arp2/3 si associa lateralmente a un filamento diactina preesistente, i due monomeri di actina vengono rilasciati da WASp e legano Arp2/3, ciò permetterà la formazione di una ramificazione con inclinazione di circa 70°. L'allungamento e la ramificazione dei filamenti di actina in prossimità della membrana ne determinano la protrusione verso l'esterno, perché la protrusione avvenga i filamenti di actina devono essere corti e quindi intervengono delle proteine cappuccio che inibiscono l'allungamento. I filamenti posteriori, vecchi, vengono disassemblati tramite idrolisi dell'ATP legata ai monomeri di actina, poiché l'idrolisi riduce l'affinità di Arp2/3 per il terminale -. Arp2/3 è considerato il mediatore primario della polimerizzazione dell'actina nel lamellipodio; altri nucleatori sono stati identificati per

Promuovere l'allungamento dei filamenti di actina. Per la protrusione del lamellipodio è stato proposto un modello che prevede la collaborazione di più fattori nucleanti e di allungamento, e cross-linking proteins per stabilizzare la rete di actina. Questo complesso non è attivo solo a livello dei lamellipodi per la mediazione del movimento, ma anche in altre sedi cellulari per funzioni differenti.

Regolazione e riarrangiamenti del citoscheletro di actina in risposta a segnali. Le proteine responsabili di questa funzione sono le GTPasi Rho (Rho, Rac, Cdc42) che legano molti effettori (proteine chinasi, alcune ABPs...). Queste proteine G monomeriche della famiglia delle GTPasi Rho hanno un ruolo in molte funzioni cellulari: regolano direttamente o indirettamente l'assemblaggio e il disassemblaggio (riarrangiamenti) del citoscheletro di actina, controllano anche morfologia della cellula e motilità cellulare. Inoltre esse regolano gli eventi di adesione.

(quando correlata al citoscheletro di actina), il traffico vescicolare (esocitosi, endocitosi), sono coinvolte nel ciclo cellulare (mitosi-cell rounding, contrazione dell'anello acto-miosinico...), sono regolatori di espressione genica (attivando vie di segnalazione). Questi fattori Rho vengono attivati da dei fattori correlati, i fattori GEF, che promuovono lo scambio del nucleotide (promuovono lo stadio attivo) e i GAP (promuovono lo stato inattivo); esistono anche dei fattori GDI che interferiscono con lo scambio GDP/GTP e idrolisi del GTP, mantenendo la proteina inattiva finché non sarà necessaria la sua successiva attivazione.

Le Rho GTPasi regolano l'organizzazione dell'actina per formare lamellipodi, filopodi e fibre da stress, filamenti contrattili che contribuiscono a generare le forze necessarie per mantenere forma e adesione cellulare. Esse sono intermediari tra i segnali esterni e l'organizzazione dell'actina e delle adesioni. Altre...

muscolari lisce ecc. Sono strutture dinamiche con un core centrale di actina circondato da proteine di adesione, ABP, proteine di segnalazione. I podosomi sono costitutivi (sempre presenti) in alcuni tipi cellulari, e strutture transitorie in altri tipi cellulari. Hanno diversa organizzazione in vari tipi cellulari o in una stessa cellula in diversi stati: in un macrofago stazionario ad esempio sono scattered, mentre nei macrofagi migranti formano strutture ad array o a rosette. In altri tipi cellulari possono formare clusters, rings e belts.

Microtubuli Funzioni:

1. Funzione meccanica (sostegno strutturale, organizzazione e mantenimento della forma della cellula);
2. Funzione morfogenetica;
3. Motilità cellulare (disposizione e movimento degli organelli, trasporto vescicolare, movimento dei cromosomi in fase M, motilità cellulare tramite ciglia e flagelli).

Ai microtubuli sono associate due famiglie di proteine motorie: le chinesine e le dineine. I microtubuli sono costituiti da

dimeri polarizzati di tubulina, ogni dimero è data da due monomeri che sono isoforme diverse della tubulina, tubulina α e β, e i vari dimeri si associano a formare dei protofilamenti testa-coda; 13 protofilamenti formano un microtubulo, che è una struttura cava. Ogni protofilamento e il microtubulo stesso ha due estremità a polarità differenti. Anche la tubulina, come l'actina, lega un nucleotide, ma nel caso della tubulina viene legato il GTP. In particolare la tubulina α lega una molecola a GTP in un sito ad altissima affinità (non idrolizzabile, intrappolato nel dimero, in una GTP-binding pocket coperto da β-tubulina), mentre la tubulina β lega GTP in un sito a bassa affinità (facilmente idrolizzabile, importante nella dinamicità del microtubulo). Tra i dimeri si formano legami di tipo longitudinale e tra i protofilamenti si formano invece legami laterali. La tubulina, analogamente all'actina, è

una proteine altamente conservata intutti gli eucarioti, e le sequenze α e β sono identiche al 40%; tuttavia nei mammiferi esistono diversi genicorrelati che codificano per le subunità. È nota inoltre una terza isoforma di tubulina, la γ-tubulina, che costituisce circa il 5% di tutta la tubulina cellulare ed è localizzata prevalentemente nel centrosoma (principale centro organizzatore dei microtubuli in interfase) ed è cruciale per l'assemblaggio dei microtubuli. Recentemente sono state identificate altre isoforme, non ancora completamente note. L'organizzazione dei microtubuli e loro stabilità non è uguale in tutte le cellule, entrambe dipendono dal tipo cellulare e dalla fase del ciclo cellulare. Per quanto riguarda i tipi cellulari ad esempio, un fibroblasto in coltura presente dei microtubuli spesso organizzati in un reticolo citoplasmatico esteso fino alla periferia cellulare che inizia circa in prossimità del nucleo,