Biologia cellulare

1. GIUNZIONI STRETTE O TIGHT JUNCTIONS.

Le giunzioni occludenti sono costituite da linee di fusione, tra le membrane

cellulare e che costituiscono così dei domini specializzati presenti nella regione più

apicale della membrana plasmatica delle cellule epiteliali polarizzate e delle cellule

endoteliali.

Esse formano una barriera che ha i compiti di:

ostacolare il trasporto paracellulare dei soluti;

impedire la diffusione laterale dei lipidi e delle proteine di membrana,

contribuendo, così, al mantenimento della polarità cellulare mediante

separazione dei domini apicali e basolaterali della membrana. o spazio

extracellulare; le possiamo ritrovare negli strati più superficiali degli epiteli

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Nelle repliche ottenute con il metodo freeze-fracture, le giunzioni occludenti

appaiono formate da una rete di filamenti di particelle intramembranose, tra di loro

anastomizzati.

Sono stati formulati due modelli proposti per spiegare la natura dei filamenti

intramembrana delle giunzioni occludenti;

filamenti sarebbero costituiti da micelle lipidiche cilindriche invertite; secondo il

sarebbero costituiti da proteine integrali

transmembrana, che polimerizzano in modo lineare.

I dati molecolari indicano che nelle cosiddette zonulae occludens vengono espresse

dalla CLAUDINA e dalle cosiddette PROTEINE JAM (proteine che presentano due

domini di tipo immunoglobulinico).

Le claudine rappresentano una famiglia di piccole proteine transmembrana di 20-27

punto di vista strutturale, non altrettanto a livello genetico.

Il termine claudina deriva dal latino claudere = chiudere, sigillare. La claudina si

ripiega nella membrana plasmatica quattro volte, e presenta entrambe le estremità C-

ed N-

due anse caratterizzate da un elevato grado di conservazione; la prima ansa è formata

da 53 amminoacidi mentre la seconda, più piccola, è costituita da 24 amminoacidi. Il

dominio citoplasmatico N-terminale è molto breve (4-10 amminoacidi); quello C-

terminale varia da 21 a 63 amminoacidi e sembra essere indispensabile per

inserzione della claudina nella giunzione occludente. 58

amminoacididici); è stata la prima proteina delle giunzioni strette ad essere

identificata. Al pari della claudina, essa si ripie

membrana, formando due anse extracellulari ed esponendo le estremità N- e C-

terminali nel citosol.

Le due anse extracellulari, ed in particolare la prima, sembrano fortemente implicate

nella regolazione della permeabilità paracellulare;

risultano ben conservati a livello di

sequenza, nelle diverse specie indagate; in particolare, la prima ansa appare costituita

per il 60% da residui di Gly e Tyr; la funzione dei domini extracellulari sembra,

quindi, dipendere dalla loro composizione totale e dalle risultanti proprietà fisico-

chimiche piuttosto che dalla loro sequenza lineare.

Il dominio citosolico C-terminale sembra, invece, avere un ruolo fondamentale nelle

interazioni con le proteine presenti nella regione della placca giunzionale.

La fu della permeabilità

fosforilazione e defosforilazione. In

particolare la maggior parte dei siti di fosforilazione riguarda residui di Ser e Thr

contenuti nel dominio C-terminale citoplasmatico. Poiché tale regione è coinvolta

-1, si ritiene che essa diriga, a sua volta, le interazioni con i

microfilamenti di actina presenti nella placca giunzionale submembranosa.

Le molecole di adesione giunzionale (JAM)

rappresentano una famiglia di proteine

transmembrana caratterizzate da una porzione

extracellulare contenente due domini di tipo

immunoglobulinico, un segmento transmembrana

ed una breve coda citoplasmatica con un motivo di

legame (Phe-Leu-Val) ad un dominio PDZ. I due

domini immunoglobulinici sono connessi da una

breve sequenza Val-Leu-Val che fa loro assumere

una conformazione a gomito. Le JAM si legano in

modo omofilico grazie ad un motivo di

dimerizzazione, Arg-(Val/Leu/Ile)-Glu, localizzato nel dominio distale della

molecola.

Le proteine della zonula occludens, ZO-1, ZO-2 e ZO-3, sono una famiglia di

proteine associata alle giunzioni occludenti che ha il ruolo di ancorare le proteine dei

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filamenti intramembrana della giunzione con il citoscheletro actinico. Ciascuna di tali

proteine contiene tre domini PDZ (postsynaptic density, disc-large, ZO-1), un

dominio SH3 (Src-Homology-3) ed un dominio GUK (guanilato-chinasi), la cui

presenza li fa identificare come appartenenti alla famiglia delle MAGUK (proteine

guanilatochinasi associate alla membrana).

Il primo dominio PDZ sembra essere coinvolto nel legame con la regione C-terminale

GUK. Il sito di legame per

che esso debba probabilmente risiedere nella regione C-terminale, in quanto dopo la

transfezione di tale regione della molecola in fibroblasti in coltura è stata osservata

la co-localizzazione di ZO-1 e ZO-

Negli anni recenti sono state identificate e caratterizzate diverse altre componenti

proteiche presenti nella regione della placca giunzionale; tra queste un ruolo

preminente sembra svolto dalla cingulina, una proteina costituita da due subunità,

are N-terminale ed un dominio C-

terminale ad -elica. La cingulina interagisce con diverse altre componenti della

giunzione occludente e con actina e la

miosina; la cingulina si inserisce nel

complesso giunzionale grazie alla

sequenza che rappresenta il dominio di

legame con la ZO-1, localizzato nella

regione N-terminale della testa

componenti citoscheletrici appare,

invece, mediata da sequenze presenti

nella regione C-terminale.

Le giunzioni occludenti non sono solo dei siti di ancoraggio delle membrane, ma

consentono, con la loro modulazione, di controllare la permeabilità dello spazio

extracellulare. 60

2. LE GIUNZIONI ADERENTI.

Le giunzioni aderenti rappresentano il principale sistema di ancoraggio tra cellule

adiacenti; si formano tra due membrane plasmatiche affrontate e si estendono

zonule aderenti o desmosomi a fascia) oppure

appaiono circoscritte ad una piccola area tondeggiante (macule aderenti o

desmosomi). Negli epiteli, la zonula aderente, si colloca subito al disotto della

costituisce il cosiddetto complesso giunzionale. Tramite tali giunzioni si stabilisce un

rapporto di continuità tra il citoscheletro di una cellula e quello delle cellule adiacenti

solida, in grado di resistere alle sollecitazioni meccaniche a cui può essere sottoposto.

3. DESMOSOMI.

I desmosomi sono punti di contatto intercellulare, simili ad un bottoncino, che

uniscono le cellule tra di loro ancorandosi, inoltre, al sistema dei filamenti intermedi

resistenza alla trazione. Il tipo di filamenti intermedi varia in funzione del tipo

cellulare: filamenti di cheratina nella maggior parte delle cellule epiteliali; filamenti

di desmina nelle cellule muscolari cardiache.

Nei desmosomi le principali molecole di adesione cellulare sono rappresentate da due

peculiari tipi di caderine: la desmogleina e la desmocollina, che realizzano un legame

di tipo eterofilico; i segmenti intracellulari di queste molecole differiscono dalle

caderine classiche e consentono loro di collegarsi a quella parte del citoscheletro

costituita da filamenti intermedi di cheratina (tonofilamenti).

4. GIUNZIONI COMUNICANTI (GAP JUNCTIONS).

Le giunzioni comunicanti rappresentano siti specializzati della membrana plasmatica

di cellule adiacenti che consentono il trasferimento diretto di segnali elettrici o

Esse rappresentano il tipo di

giunzione più diffuso in quanto è presente praticamente in tutte le specie animali e

nella maggior parte dei tessuti: tra le cellule epiteliali, tra le cellule muscolari lisce e

cardiache, tra le cellule nervose, tra i prolungamenti degli osteociti, tra le cellule

follicolari ed ovociti, tra le cellule del Sertoli. Al TEM esse appaiono costituite dalle

due membrane plasmatiche affrontate, separate da un sottile interstizio (gap) di circa

2 nm, interrotto da numerosi e regolari punti di fusione tra le due membrane che si

fronteggiano. 61

Con la tecnica del freeze-fracture è stato possibile comprendere che i punti di fusione

sono formati da strutture proteiche contenute nello spessore di ciascuna membrana

plasmatica affrontata che sporgono nello spazio intercellulare legandosi

reciprocamente. Le particelle proteiche contengono un canale centrale idrofilico,

orientato perpendicolarmente al piano della membrana, attraverso il quale le cellule

adiacenti possono scambiarsi ioni e piccole molecole. CONNESSONE: esso è un

oligomero anulare costituito da sei subunità proteiche, dette CONNESSINE, che

attraversano la membrana sporgendo da entrambi i lati. Le sei subunità delimitano un

canale sottilissimo (diametro massimo 2 nm). Le connessine sono disposte inclinate

struttura un andamento levogiro. Una singola giunzione gap può risultare costituita

anche da parecchie centinaia di connessoni fittamente stipati tra di loro.

Le connessine sono proteine transmembrana che si inseriscono nel bilayer

fosfolipidico attraversandolo quattro volte e disponendosi con entrambe le estremità

N e C- , tre loops, uno

citoplasmatico (CL) e 2 extracellulari (EL-1 ed EL-2).

Le connessine vengono codificate da una famiglia di geni: ne sono stati identificati

delle connessine varia da 26 a 60

kDa ed, in media, risultano costituite da circa 380 aminoacidi. Le varie connessine si

possono combinare insieme per strutturare connessoni omomerici od eteromerici e

questi, a loro volta, si possono interfacciare in varie combinazioni per cui i vari tipi di

giunzioni gap che ne derivano possono esibire proprietà funzionali differenti in

termini di conducibilità, dimensioni del canale idrofilico, selettività di carica,

controllo di tensione, controllo chimico, etc.

Almeno nove isoforme di connessina vengono espresse durante la morfogenesi

temporale. La Cx43 è quella maggiormente e

limitata ai cheratinociti dello strato basale nel palmo della mano e nella pianta dei

piedi e, occasionalmente, nelle cellule dello strato granuloso. La Cx40 viene espressa

pressione delle altre sei connessine è

ristretta alla regione apicale dello strato spinoso e granuloso.

Le giunzioni gap hanno un ruolo importante nei processi morfogenetici, nella

sincronizzazione della contrazione muscolare cardiaca, nella regolazione

de

Le giunzioni gap sono abbondanti in tutti gli strati della epidermide e svolgono un

ruolo fondamentale nella coordinazione della crescita e differenziamento dei 62

cheratinociti. Mutazioni delle conn

gap si traducono in diverse patologie quali sordità, neuropatia di Charot-Marie-Tooth

legata al cromosoma X, cataratta e tumorogenesi.

Le giunzioni comunicanti consentono il transito di piccole molecole (PM < 1500) e

ioni. Nella maggior parte degli embrioni i primi blastomeri sono connessi da

giunzioni gap. La capacità delle cellule di formare gap junctions con alcune cellule e

non con altre consente la