Istologia umana

Appunti di istologia

Introduzione

Prof. Bernardini, a.a. 2014/2015 A.B.1

Istologia: studio delle cellule e dei tessuti che costituiscono il corpo umano. L'organizzazione di base della cellula si adatta ai tessuti diversi del corpo per andare a costituire gli apparati. Esistono più di duecento varietà di cellule. Siccome c'è uno stretto connubio fra morfologia e funzione, cellule con morfologia diversa vanno a svolgere funzioni diverse. Invece, cellule con caratteri e funzioni simili formano i quattro tessuti del nostro corpo, all’interno dei quali stanno molte varietà di cellule.

Tessuti principali

Tessuto epiteliale: si riconosce per la presenza di cellule poste in fila, a mutuo contatto, formando un rivestimento continuo di una superficie. L'epitelio è caratterizzato dall'essere un tessuto compatto. I confini cellulari non si vedono, ma quello che ci deve guidare nell'osservazione di un preparato è il nucleo.

Tessuto connettivo propriamente detto: è formato da cellule disperse in una matrice amorfa, che svolge una funzione fondamentale per il nutrimento e mantenimento delle cellule stesse. Il tessuto connettivo può essere organizzato anche a formare la cartilagine, l'osso e il sangue – si tratta di tipi diversi di tessuto connettivo, che però condividono l'origine embrionale e la caratteristica fondamentale.

Tessuto nervoso: è costituito da cellule con morfologia diversa, adeguata alla loro funzione: hanno prolungamenti dendritici atti alla recezione dello stimolo e un unico prolungamento assonico per trasmettere lo stimolo. Sebbene ci siano tante categorie diverse di cellule nervose, la caratteristica fondamentale è la capacità di ricevere e trasmettere stimoli.

Tessuto muscolare: è formato da strutture molto diverse fra di loro, accomunate dalla capacità di contrazione: sono tutti sincizi cellulari capaci di contrarsi. Il filo conduttore è la presenza di proteine contrattili nel citoplasma. Anche cellule non muscolari hanno strutture atte a determinare formazioni come pseudopodi che consentono lo spostamento della cellula per accorciamento di segmenti citoplasmatici, ma in queste cellule la contrazione cellulare non è la finalità vitale. La capacità contrattile esiste anche in altri fenotipi cellulari diversi dai muscolari, ma non è il loro scopo di vita.

Organizzazione dei tessuti

All’interno di ogni tessuto stanno diverse varianti cellulari che differiscono su base morfologica, biochimica, fisiologica e farmacologica. I tessuti si organizzano per formare gli organi o la loro parete. Il primo strato del canale intestinale che delimita il lume intestinale è la mucosa, formato da epitelio, tessuto connettivo che si chiama lamina propria e poi la muscolaris mucosa; segue un connettivo lasso che forma la sottomucosa, dopo di che la tonaca muscolare propria del digerente, che è lo strato che consente la contrazione peristaltica che permette la progressione del bolo alimentare, infine la sierosa, lo strato più esterno.

Preparazione e analisi dei tessuti

Per analizzare campioni di tessuto al microscopio devo usare fissativi che impediscono al tessuto di andare incontro a necrosi (lo estraggo da un contesto in cui verrebbe irrogato e nutrito). I preparati istologici vengono fissati con il congelamento, che rende duro e facilmente tagliabile il campione (fette sottili dell'ordine dei 5 micron). Oppure si può fare l'inclusione in paraffina: il campione viene fissato, deidratato e incluso in un blocco di paraffina, che può essere facilmente tagliato.

La materia vivente è per l'80% formata da acqua e non c'è tanto contrasto fra le varie componenti, perché non hanno indici di rifrazione tale da poter essere viste bene al MO, per cui è necessario colorare la materia con coloranti specifici. La materia vivente si può colorare grazie a reazioni acido-base: i nuclei sono ricchi di acidi nucleici e si colorano bene con coloranti basici, tanto che sono chiamati basofili. L'ematossilina è un colorante che colora il nucleo, così come l'emalume. Il citoplasma è chiaro e rosa perché si lega all'eosina, colorante acido, e viene perciò detto acidofilo o eosinofilo.

Ci sono situazioni in cui le cellule assumono l'ematossilina non solo nel nucleo, ma anche nel citoplasma (non completamente e intensamente come nel nucleo). Questo speciale citoplasma è definito basofilo e si colora così perché contiene grandi quantità di ribosomi, che producono tante proteine (basofilia). Per quanto riguarda l'acidofilia o eosinofilia può essere più o meno accentuata a seconda dei morfotipi cellulari: si può avere in alcune ghiandole gastriche formate da cellule molte eosinofile. Le membrane non si possono risolvere al potere di risoluzione del MO, per cui non posso apprezzare i confini cellulari e mi devo concentrare sui nuclei. Per capire come sono fatte le cellule mi oriento con l'osservazione dei nuclei, per cui è importante colorarli bene.

Le cellule si aggirano intorno ai 5-10 micron come media. Il MO ingrandisce di circa 1000 volte rispetto al potere di risoluzione dell’occhio. Il potere di risoluzione è la distanza minima a cui io vedo distinti due punti. L’occhio umano può discriminare due punti distinti quando sono distanti nell’ordine del millimetro (0.1 mm). Il microscopio ha un potere di risoluzione di 0.2 micron (200 nm). Il microscopio elettronico a trasmissione ha un potere di risoluzione mille volte più grande, di 0.4 nm. Al posto della lampadina utilizza un catodo che emette un raggio elettronico che colpisce il preparato posto su un retino portaoggetti. Tanto più voglio vedere, tanto più deve essere sottile la fetta del preparato.

Ripasso di citologia

Le membrane cellulari non si mettono ben in evidenza con la microscopia ottica, ma ci si orienta guardando i nuclei perché i confini cellulari non si vedono. In microscopia elettronica a trasmissione (TEM) invece la membrana plasmatica si mette in evidenza come un triplice strato: elettrondenso e sottile all’esterno, più spesso e chiaro all’interno. Questo è dovuto al fatto che le membrane plasmatiche sono organizzate secondo un doppio strato e le teste idrofile esterne si legano al biossido di osmio, utilizzato per mettere in evidenza strutture elettrondense, perché il fascio elettronico viene fermato e il preparato risulta opaco.

La membrana plasmatica è formata per il 40-50 % da lipidi, la restante percentuale è di proteine, mentre i glucidi sono legati a queste due componenti. Talvolta la percentuale di lipidi può arrivare all’80%, come succede nella cellula che fornisce alle fibre nervose il rivestimento mielinico, perché la mielina è ricca in lipidi ed è prodotta da cellule in cui la percentuale di lipidi si spinge così in alto.

I lipidi di membrana sono molecole anfipatiche con funzione di barriera al passaggio della maggior parte delle molecole idrosolubili. I lipidi possono influenzare l’attività delle proteine di membrana e producono molecole particolari con cui possono modulare eventi metabolici. I fosfolipidi di membrana possono essere attaccati da fosfolipasi che formano l’acido arachidonico, che si ritrova nel citoplasma di queste cellule e diventa substrato per alcuni enzimi, come le ciclossigenasi (COX), che attaccano l’acido arachidonico e formano molecole che nel complesso prendono il nome di prostanoidi, piccole molecole che si ritrovano nelle cellule del corpo e mediano funzioni fisiologiche (prostaciclina, prostaglandine, trombossani).

Queste sostanze hanno funzioni specifiche nelle varie cellule e derivano dai fosfolipidi di membrana. I lipidi hanno importanza sia in condizioni di omeostasi, cioè in condizioni fisiologiche, regolando il riassorbimento intestinale, consentendo una giusta aggregazione piastrinica o regolando il flusso ematico renale, ma anche in condizioni patologiche, in condizioni di febbre, infiammazioni, ecc. Le cellule del sangue, piastrine, produrranno certe prostaglandine, mentre le cellule nervose ne produrranno altre, perché sono piccole molecole che toccano la funzione di vari sistemi; la regolazione dipende molto da quale enzima troviamo nella cellula e agisce sulla cascata di molecole che permette di arrivare al prostanoide finale.

Le proteine di membrana garantiscono la diversità fra cellule e mediano varie funzioni specifiche. Mentre i lipidi garantiscono l’impermeabilità all’acqua e molecole idrosolubili, le proteine caratterizzano il fenotipo cellulare, perché ogni tipo di cellula esprime determinate proteine. Il 30% delle proteine codificate nel genoma di cellule animali sono proteine di membrana. Le proteine possono essere associate con il doppio strato lipidico in vari modi (estrinseche e intrinseche, tra cui integrali o transmembranali). Studi morfologici avvalorano il modello della disposizione a mosaico. Svolgono funzione di legame con costituenti, ma anche funzioni specifiche. Proteine di membrana specifiche possono caratterizzare la membrana plasmatica di un tipo cellulare: es. il globulo rosso ha un apparato proteico particolare che gli consente di adattarsi alla variazione di morfologia che il microcircolo gli impone; deve modificare la propria forma per attraversare capillari molto piccoli e questo è possibile perché la faccia interna della membrana del globulo rosso è rivestita da molecole con funzione tensoelastica che gli consente di modificare la propria morfologia, come proteine di banda terza che migrano sulla linea che corrisponde al tre in una corsa elettroforetica, collegata attraverso la anchirina a molecole filiformi di spettrina, che formano una struttura di tetramero e tutti insieme creano una rete sulla superficie interna del globulo rosso rendendo la sua membrana estremamente deformabile. Sempre il globulo rosso presenta la glicoforina, una proteina che porta glucidi, in particolare l’acido sialico, uno zucchero che dissociandosi libera H+ e residui COO- che impediscono l’agglutinamento dei globuli rossi grazie alle cariche negative presenti su ciascun globulo che tendono a respingersi. Poi ci sono altre proteine che rientrano nel sistema maggiore di istocompatibilità degli antigeni.

Tra le molecole proteiche di interesse istologico ci sono le integrine, formate da sub alfa e beta. Le integrine sono delle molecole transmembrana formate da sub alfa e sub beta, che si approfondano all’interno della cellula e prendono contatto con elementi citoscheletrici. Sono molecole transmembrana che servono per l’ancoraggio delle molecole alla matrice. Esistono vari isomeri di sub alfa e beta e dall’associazione di queste due catene possono derivare diversi tipi di integrine. Queste notevoli varianti dipendono dal tipo di tessuto, perché sono tessutospecifiche. Hanno un dominio interno con cui legano il citoscheletro e un dominio esterno con cui possono legare varie molecole, come fibronectina, laminina, collagene di tipo IV. Alcune sono molecole ubiquitarie e basta l’alterazione di una delle due sub perché la molecola non funzioni più (difetti delle integrine sono responsabili di malattie genetiche diverse). Altre molecole che intervengono nell’adesione intercellulare sono le caderine, che vengono in contatto fra di loro grazie a ioni calcio, che fanno da ponte tra due caderine presenti su superficie di due cellule affacciate. Le selectine sono proteine che rappresentano un buon esempio di molecole di ancoraggio che si ritrovano sulla superficie delle cellule endoteliali e ci sono momenti in cui le cellule endoteliali esprimono tante selectine per consentire il passaggio di cellule dal sangue ai tessuti: le cellule del sangue rallentano il loro percorso e passano attraverso il vaso (in particolare leucociti). Queste selectine sono riconosciute da molecole come zuccheri presenti nei globuli bianchi. Le molecole di adesione cellulare CAM sono proteine che somigliano alle gamma-globuline. Sono precedute da una lettera a seconda del tipo cellulare e danno adesione omofilica sulla membrana adiacente, cioè adesione con una proteina identica presente sulla membrana di cellula adiacente. Poi vi sono enzimi trasportatori e recettori di membrana.

Citoscheletro

Gli elementi citoscheletrici hanno funzione di sostegno cellulare, ma mediano anche una serie di funzioni, tra cui l’intervento in placchette giustapposte ad altre per l’adesione cellulare oppure per fissare le cellule alla lamina basale. Il citoscheletro è formato da delle strutture labili, cioè elementi filamentosi che rapidamente si assemblano e si disassemblano in base alla necessità della cellula, come microtubuli e microfilamenti, e strutture stabili, come i filamenti intermedi. Sono soprattutto questi ultimi che definiscono la morfologia cellulare; gli elementi dinamici solo in parte cooperano alla realizzazione della forma. Le componenti labili sono comuni a tutte le cellule del corpo, mentre le strutture stabili sono tessuto specifiche. Dobbiamo ricordare le proteine accessorie, elementi fondamentali per la funzione e l’organizzazione spaziale delle altre strutture citoscheletriche.

• Microtubuli: 25 nm di diametro
• Filamenti sottili: 6 nm
• Filamenti intermedi: 8-10 nm

I microtubuli sono in genere disposti abbondantemente nella regione perinucleare e tendono a diminuire spostandosi dal centro verso le estremità della cellula. Hanno la stessa struttura in tutte le cellule: eterodimeri di alfa e beta tubulina così da formare strutture polarizzate e orientate, con estremità minus verso il corpo e plus in direzione opposta. Sono strutture estremamente labili: il cappuccio GTP favorisce la crescita nell’estremità plus, mentre alla minus c’è una rallentata polimerizzazione. Le cellule formano e riassorbono MT in base alla loro necessità. Sono stati studiati nel centrosoma, perché nei centrioli ci sono siti di nucleazione ricchi in tubulina gamma. Le proteine associate ai microtubuli, MAP, sono motori microtubulari, come chinesine e dineine, molecole che trasportano materiale dal corpo della cellula all’estremità plus del MT e intervengono in funzioni cellulari molto importanti, soprattutto del flusso assonico o nella formazione del fuso mitotico, dell’assonema di ciglia e flagelli, oltre a garantire la forma cellulare.

I MF sono l’altra componente dinamica e sono strutture polarizzate, formate da actina G, una proteina contrattile che assemblandosi testa-coda forma filamenti polari di actina F. Dall’avvolgimento a spirale di due actine F si forma il MF di actina di 5-6 nm con stessa struttura in tutte le cellule. Sono più abbondanti nella periferia della cellula. Dal punto di vista funzionale abbiamo due tipi di actina: abbiamo l’actina citoplasmatica e la forma sacromerica. Questa si organizza a formare una actina F e poi due actina F si organizzano in un filamento di actina, però è estremamente stabile e non ha un’estremità plus e minus in rapido assemblaggio e disassemblaggio e questo è un vantaggio perché organizzano il sarcomero e garantiscono la contrazione. Questo filamento di actina ha proteine regolative, come tropomiosina, che si organizzano a livello del filamento. Le proteine accessorie dei MF collegano diversamente i MF di actina citoplasmatica fra di loro. Una delle molecole regolative dei MF è rappresentata dall’alfa actinina, che tiene distanziati due filamenti di actina, a differenza della fimbrina o della villina, molecole regolative che invece tiene i filamenti di actina molto più vicini tra loro. A seconda della molecola accessoria presente possiamo avere un fascio contrattile o un’organizzazione a stretto contatto. La filamina ha un aspetto a Y che dispone i MF a croce. Proteine accessorie diverse garantiscono funzioni diverse grazie a una diversa disposizione e organizzazione dei MF tra loro. Le funzioni dei MF sono la realizzazione di specializzazione delle cellule epiteliali, come la creazione dell’asse dei microvilli, dove la proteina accessoria è la villina, la formazione di una trama terminale che si trova alla base dei microvilli su cui i microvilli prendono impianto, ma anche di zonule adherentes. Poi garantiscono il contatto con la matrice extracellulare grazie a legami con integrine mediati da proteine accessori, come talina, vinculina, alfa actinina. Poi intervengono nel movimento cellulare grazie a legami con le integrine a proteine della matrice. Infine i MF actinici mediano anche il traffico vescicolare come fagocitosi e la divisione cellulare.

I FI sono quelli stabili del citoscheletro e sono tessutospecifici. Si parla di intermedi perché il diametro ha misura intermedia tra MT e MF. Sono formati da monomeri che assemblandosi insieme formano dimeri e poi tetrameri e poi una struttura cordoniforme molto robusta che garantisce una certa forza meccanica a queste strutture, che vanno a conferire la morfologia alla cellula. Il meccanismo di assemblaggio e disassemblaggio di questi FI è poco conosciuto, si pensa sia basato sulla fosforilazione di proteine. Sono dotati di tessuto-specificità. A livello epiteliale abbiamo cheratine di primo, secondo tipo e tanti altri sottotipi; proteine dei neurofilamenti, desmine nelle cellule muscolari, gliofibrillareacida nelle cellule gliali… ulteriormente suddivise in base alle loro isoforme, per cui i FI sono dotati anche di specificità cellulare nell’ambito di un determinato tessuto. Nelle cellule epiteliali i FI prendono il nome di tonofilamenti, che intervengono a legare le cellule epiteliali alla membrana basale (emidesmosomi) o a legare le cellule tra loro (desmosomi).

Le varie componenti del citoscheletro si organizzano per formare cellule epiteliali con una certa morfologia: consente alla cellule di stare a mutuo contatto e a contatto con la membrana basale e permette di realizzare una polarizzazione.

Tessuto connettivo

Si distingue dall’epiteliale perché ci sono cellule disperse in una matrice che loro stesse producono, non sono a mutuo contatto.