Biologia cellulare

GIUNZIONI NON GIUNZIONALI

Interazioni deboli e dinamiche che controllano la migrazione attraverso i tessuti (es. leucociti), queste

interazioni sono una comunicazione dipendente da contatto e sono mediate da:

- caderine

- CAM ig-simili

- Selettine

- Integrine

Queste interazioni risultano particolarmente importanti anche nello sviluppo anche se la loro principale

funzione è la gestione della migrazione nel sistema immunitario:

1. I leucociti aderiscono al vaso iniziando a rotolare su esso. Le interazioni sono deboli e mediate dalle

selettine (L-selettine: proteine sui leucociti che legano i residui glicosilici delle Gli-CAMs sui vasi)

2. Se si è in presenza di un patogeno o di mediatori dell’infiammazione (trombina, istamina, citochine) il

tessuto endoteliale è attivato ed espone T ed E-selettine che riconoscono a loro volta le proteine

glicosilate sul leucocita 30

​ ​

3. L’endotelio rilascia α β-chemiochine così da attivare dei G recettori che portano all’attivazione della

​

e

talina

4. Si ha così il passaggio da una debole interazione ad una forte adesione con l’attivazione delle

integrine LFA1 e VLA4 che riconoscono VCAM1 e ICAM-2 sull’endotelio (​ molecola di adesione

cellulare vascolare)

5. La diapedesi avviene o para-cellulare o trans-cellulare con la formazione di endosomi che

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permettono il passaggio di leucociti a una parte all’altra.

Selettine​ : proteine trans-membrana monopasso che riconoscono proteine glicosilate (lettine), come caderine

e CAM necessitano di Ca​ come attivatore della loro capacità di legame. Sono tessuto specifiche e possono

2+​

essere o continuamente presenti o esposte in risposta ad una stimolazione.

CAM Ig-Simili​ : hanno strutture simili a quelle delle immunoglobuline, presentano gli stessi domini assortiti in

diversi modi e il loro legame è calcio indipendente, omofilico e abbastanza debole. Su di esse può

aggiungersi l’acido sialico per prevenire l’adesione neurone-neurone (come su N-CAM)

Integrine:​ sono molecole coinvolte anche nell’adesione cellula-matrice, proteine eterodimeriche con una

catena α​ β (proiettata verso l’interno). Possono legare le CAM-ig-like, le

​

(maggior contatto con l’esterno) e una

immunoglobuline vere e proprie o la matrice cellulare legando ad esempio fibronectina, laminina o collagene.

Questo legame è Ca​ /Mg​ dipendente, internamente si collegano o all’actina (adesioni focali) o a filamenti

2+​ 2+​

intermedi (emidesmosomi) a seconda della subunità α​ β che presentano.

​

o

β-2 riconosce le immunoglobuline

β-1 riconosce fibronectina e laminina

Tutte le integrine necessitano di attivazione per legarsi,

l’unica eccezione è con ligandi particolarmente affini che

forzano l’apertura del sito di legame rendendo non

necessaria l’attivazione. Questo meccanismo di

​

attivazione è detto out-side-in​ ed è tipico della tripletta

amminoacidica RGD presente sulla fibronectina.

Un altro meccanismo è l’​ inside-out​ : un segnale mediato

da recettori a proteine G (o recettori tirosino-chinasici)

che a risposta di un certo stimolo attivano la talina,

​

molecola che divide α β svolgendo le 2 subunità anche

​

e

sul lato esterno.

GIUNZIONE CELLULA-MATRICE

La matrice cellulare è una sostanza altamente variabile prodotta dalle cellule del tessuto considerato, è

perlopiù costituita di proteine e polisaccaridi che interagiscono con ioni e con una quantità variabile d’acqua.

Svolge principalmente la funzione di sostegno meccanico ma può anche attivare cascate di trasduzione

all’interno delle cellule legate alla sua struttura (funzione fondamentale per la sopravvivenza delle stesse

cellule)

Composta principalmente da: ​

- glicosamminoglicani (GAG): lunghe catene "non ramificate" formate da unità disaccaridiche che

continuano a ripetersi in ordine determinato alternando un amminosaccaride (con un gruppo

funzionale amminico -NH​ ) a un monosaccaride in genere acido. Sono idrofili e associati a proteine

2​

formano i proteoglicani.

- proteoglicani con carica negativa che attraggono ioni per poter trattenere acqua (es. decorine,

aggrecani)

- collagene, come unità fondamentale presenta α-eliche di 3 amminoacidi (gly-pro-lys) che vengono

rilasciate sottoforma di protocollagene associato a propeptidi. Non appena escono dalla cellula i

propeptidi vengono rimossi e il protocollagene si auto-assembla in fibrille di collagene.

Esistono varie forme di collagene, tra cui:

​

● tipo fibrillare: tipo I e tipo II, circa 90% del collagene totale compongono i principali tessuti

connettivi, cartilagine, dischi vertebrali

​ ​

40 La extravasazione leucocitaria o diapedesi​ leucocitaria​ è il processo di extravasazione attraverso cui i leucociti

migrano, attraversando le pareti dei vasi sanguigni, in risposta a segnali chimici infiammatori 31

● tipo IX, XII che associati a fibrille controllano la distribuzione tridimensionale delle fibre

facendo da ponte tra esse. Associati al tipo I e II

Tra i vari tipi di matrice cellulare la lamina basale ricopre un

ruolo fondamentale: trasporta il nutrimento delle cellule,

definisce e separa i tessuti (es. riveste i fasci muscolari,

separa connettivo ed epitelio)

La sua struttura tridimensionale è basata sul collagene di

tipo IV,che forma un reticolo, e la laminina anch’essa a

forma reticolare. Entrambi i reticoli sono a loro volta legati

ai peptidoglicani delle cellule e alle loro integrine.

​

Vi è poi presente una glicoproteina chiamata​ entactina​ (o

nidogen​ ) presente nella membrana basale a livello della

lamina densa che si lega alla laminina e al collagene IV

nelle membrane basali mediandone il legame.

Presenta tre porzioni globulari connesse da due tratti lineari

flessibili.

La laminina e la fibronectina sono definite proteine a ponte perché la cellula le riconosce e le lega.

​

La laminina​ forma reticoli tridimensionali, ha una struttura a 3 catene con eliche super avvolte e delle regioni

di legame per integrine, autoassemblamento e una condivisa per proteoglicani e destroglicani

​

La fibronectina​ è una proteina a forma di dimeri connessi da ponti disolfuro e presenta numerosi domini di

interazione sia per fibronectine che per integrine; questi sono articolati da domini flessibili.

Il modulo RGD riconosciuto dalle integrine permette il legame

Ruolo della matrice

Grazie alla sua azione combinata con il citoscheletro (es. placca muscolare) la membrana mantiene la cellula

e i componenti della membrana nella loro esatta posizione.

- Il collagene presente nella matrice dà stabilità al tessuto

- I GAG lo rendono resistente agli urti grazie al turgore indotto dal rigonfiamento dato dalla presenza di

ioni richiamati dalle cariche negative (e acqua)

- Le lamine permettono la filtrazione del sangue (es. nei reni)

es. è stato dimostrato che mantenendo la matrice in posizione e eliminando neurone/placca neurale, quello

di nuova formazione andrà a sostituire il precedente nella stessa identica posizione

​

La matrice funziona anche come modulatore del segnale​ : es. i recettori tirosino-chinasci che per attivarsi

devono dimerizzare vengono aiutati dalla matrice. Inoltre GAG sono in grado di immobilizzare molecole

segnale, come le chemochine, per mantenerlo localizzato o di trattenere il segnale bloccandolo o

rilasciandolo lentamente in un tempo successivo.

Infine tra cellula e matrice si stabiliscono meccanismi di comunicazione che determinano funzioni

​

fondamentali come la dipendenza da ancoraggio​ , necessaria alla sopravvivenza/ differenziazione/

proliferazione ecc cellulare.

Dipendenza da ancoraggio​ → Le integrine che legano la fibronectina sono collegate anche a FAK (focal

adhesion Kinases) che possono fosforilare Src o attivare la via del fosfoinositide 3 fosfato convogliando lo

stimolo di sopravvivenza (inibizione dell’apoptosi)

In caso di proliferazione il fattore di crescita e la via

dell’integrina con FAK e Src cooperando legando grb-2 e

attivando RAS e successivamente MAP, via della

proliferazione.

Esse convogliano messaggi di sopravvivenza attraverso IP3K

e, se presente il fattore di crescita, viene inviato il messaggio

di disassemblamento delle integrine permettendo alla cellula di

sopravvivere per un determinato periodo senza l’ancoraggio.

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Src controlla anche le vie di rho, Rac e cdc42 per coordinare il riarrangiamento del citoscheletro

MIGRAZIONE

Processo fondamentale di movimento cellulare presente sia nell’embriogenesi che nell’adulto che interessa

cellule del sistema immunitario, processi rigenerativi come per rimarginazione di ferite, migrazione cellulare

ossea o rimodellamento dei villi intestinali.

Come?

- erosione della matrice: per permettere il passaggio cellulare

- impostazione del meccanismo di movimento: basato su modifiche strutturali

- sistema di direzionamento del movimento: basato sul riconoscimento ambientale

​

Erosione della matrice​ → avviene grazie alla metalloproteasi e alla serin-proteasi, sono enzimi dalla forte

capacità catalitica che vengono rilasciati solo localmente o mantenuti direttamente sul versante cellulare nel

punto dove la matrice dev’essere degradata. La cellula può inibirne facilmente l’azione.

Meccanismo motrice​ : dato da modificazioni citoscheletriche dei filamenti actinici e moti delle miosine ad

essi associate che permettono l’effettivo movimento cellulare.

Queste modifiche sono coordinate dalle vie di cdc42, Rac e Rho.

● il primo passaggio è dato dalla protrusione: le cellule producono una protrusione per esplorare

l’ambiente circostante e capire in quale direzione è possibile il movimento. La protrusione può essere

caratterizzata dalla formazione di diverse strutture che sfruttano il meccanismo di polimerizzazione

dell’actina:

○ pseudopodi, come nei neutrofili (grosse protusioni tridimensionali)

○ fillopodi, grazie al contributo delle fimbrine che permettono di formare l’impalcatura a

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filamenti actinici paralleli che formano coni di crescita come in fibroblasti e neuroni

○ lamellipodi , strutture bidimensionali dall’impalcatura a rete di actina organizzata dalla

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filamina. Questa struttura viene utilizzata fondamentalmente per il moto di neuroni, fibroblasti

e cellule epiteliali.

I Lamellipodi sono strutture che non si allungano ma si muovono.

Come

1) il polimero aggiunge subunità in modo “facile” sul versante positivo, la polimerizzazione è più veloce

da un lato tanto che sull’altro lato può ver