Le giunzioni cellulari PDF

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appunti sulle giunzioni cellulari...

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! Quando cellule dello stesso tipo si organizzano tra loro per assolvere a una funzione abbiamo un tessuto. ! ! Un tessuto è fatto da due componenti: le cellule e la matrice extracellulare. Queste due componenti interagiscono tra loro e a seconda del diverso tessuto abbiamo un’abbondanza relativa di una componente rispetto all’altra. Ad esempio negli epiteli abbiamo una prevalenza di cellule rispetto alla sostanza intercellulare, per cui quando nel tessuto epiteliale le cellule si organizzano sono esse ad avere prevalenza sulla matrice extracellulare e si organizzano fra loro e prendono contatti perché ovviamente devono formare una struttura unitaria che assolverà ad una specifica funzione. Questi contatti sono stabiliti tramite delle particolari strutture che sono le giunzioni cellulari (Le chiameremo cellulari e NON intercellulari in quanto le giunzioni non solo soltanto tra cellule ma anche tra cellule e la matrice extracellulare, sono strutture che uniscono tutte le componenti di un tessuto. Ci sono infatti certi tipi di tessuti, come i cosiddetti tessuti connettivi, in cui la matrice prevale delle cellule adiacenti rispetto alle cellule, in questo caso è infatti importante che le cellule abbiano un rapporto con la matrice extracellulare).! ! RAPPORTI CELLULA-CELLULA! ! - GIUNZIONI OCCLUDENTI: sigillo tra una cellula e l’altra! ! - GIUNZIONI ADERENTI: divise in “aderenti vere e proprie” e “desmosomi”! ! - GIUNZIONI COMUNICANTI : rendono possibile una comunicazione tra i citoplasmi! ! RAPPORTI CELLULA-MATRICE EXTRACELLULARE! - EMIDESMOSOMI! - CONTATTI FOCALI! ! In entrambi i tipi di giunzione è importante che oltre ai contatti stabiliti da proteine che si trovano sulla membrana cellulare delle cellule adiacenti, serve che il contatto tra le proteine trans membrana sia associato ai filamenti citoscheletrici: se ho una proteine transmembrana che lega matrice/cellula e applico ad essa una forza esterna si spezza (non ha nessun attacco intracellulare, quindi non ha stabilità. E’ come se fosse una proteina messa senza alcun contatto con le strutture intracellulari) Invece se le proteine transmembrana sono collegate ai filamenti citoscheletrici che sono di vario tipo a seconda delle giunzioni (determinano la struttura, la forma della cellula) esse sono il suo scheletro, quindi quello che le dà sostegno. In questo modo se io nelle giunzioni ho associato le proteine transmembrana ai filamenti citoscheletrici interni, dopo una forza di trazione applicata sulla giunzione la cellula si modifica così la giunzione non si spezza. Soprattutto le giunzioni aderenti hanno la funzione di creare struttura in un tessuto. ! ! Fanno sì che i legami cellula-cellula compongano una unità strutturale unica che è il tessuto e che si comportino come se fossero una unica struttura; questo è importante soprattutto nei tessuti che sono sottoposti a degli insulti ambientali. ! ! La struttura di ancoraggio delle proteine transmembrana al citoscheletro interno è valida per tutte le giunzioni che andremo a vedere.!

GIUNZIONI OCCLUDENTI o TIGHT JUNCTION! ! Sono particolarmente importanti nei tessuti epiteliali tra cellule degli epiteli, ma comunque diffuse in tutti gli altri tessuti. Gli epiteli possono essere “di rivestimento” ovvero rivestono una certa cavità/lume di un organo o la superficie esterna del corpo, sono quindi rivolti verso un lume. In due cellule epiteliali di rivestimento, unite da queste giunzioni in microscopia elettronica si vede che in questi punti di giunzione ci sono delle “fusioni” tra le due cellule. ! ! A livello funzionale ci sono delle proteine transmembrana: la cellula presenta una regione apicale rivolta verso il lume e una porzione basale rivolta verso il connettivo sottostante, la porzione apicale è quindi divisa da quella basolaterale da queste giunzioni occludenti, le quali fanno da barriera ai soluti che vogliono passare dal connettivo sottostante alla cavità separata dall’epitelio. In questo caso non passa niente perché i soluti si fermano a causa di questa fusione tra le membrane delle cellule adiacenti, quindi non passa nulla da entrambe le parti. L’epitelio fa veramente da barriera e isola i compartimenti da esso separati, è l’epitelio a “decidere” chi passa grazie ai suoi recettori rivolti nella membrana verso la porzione apicale (le sostanze che possono passare saranno quindi processate dalla cellula e riversate con un meccanismo di inerzia nel connettivo sottostante) . Questo vuol dire che non passano sostanze in maniera passiva grazie alle giunzioni occludenti. Come si trovano? Metto dei traccianti elettrondensi nel lume circondato dall’epiteio, i quali vengono rilevati dalla microscopia elettronica, e vedo che questo tracciante si ferma ad un certo punto. ! ! In microscopia vedo questo tracciante nero che arriva fino a un certo punto del contatto ta le due cellule adiacenti e poi non passa. Capisco così che tra una cellula e l’altra c’è una giunzione occlustesso vale per l’altra porzione della membrana: metto un tracciante elettrondenso dalla parte del connettivo di sotto e vedo che arriva fino ad un certo punto, aggiunto nella porzione basale (lato baso laterale) si vede una traccia nera fino a un certo punto, la quale poi non riesce a passare a causa della giunzione. Questa è una dimostrazione “scientifica” che esiste una barriera tra i due compartimenti che evita il passaggio passivo intercellulare dei soluti. Vedremo l’epitelio intestinale come esempio emblematico di queste giunzioni, all’interno della porzione verso la membrana apicale c’è una giunzione occludente. E’ importante anche la posizione delle varie giunzioni, ad esempio nell’epitelio intestinale tra cellule adiacenti non c’è mai soltanto un tipo di giunzione ma più tipi. Quasi sempre sono contemporaneamente presenti le giunzioni occludenti e le giunzioni aderenti perché hanno due significati diversi.! Un’altra funzione importante della giunzione occludente: nella membrana plasmatica abbiamo la teoria del “mosaico fluido” quindi le proteine si possono anche muovere lungo la membrana plasmatica. Questo deve invece essere impedito nelle cellule epiteliali, esse sono infatti polarizzate, hanno una membrana cellulare esposta verso la superficie apicale (verso il lume) completamente diversa strutturalmente, come proteine di membrana, da quella basolaterale. Ci devono essere dei recettori specifici nella parte superiore diversi da quelli della superficie basolateral e. Le giunzioni occludenti fanno sì che le proteine di membrana non possano spostarsi poiché conferiscono polarità alla membrana plasmatica della cellula epiteliale. Non fanno diffondere le proteine espresse sulla membrana apicale nella parte basolaterale.! La funzione dell’epitelio intestinale è quella di assorbire nutrienti dalle molecole scisse durante la digestione e che stanno nell’intestino, queste macromolecole sono nutritive (polisaccaridi, proteine, lipidi) ,devono essere assorbite dall’epitelio intestinale per essere riversate poi nel connettivo sottostante dove ci sono i vasi così quindi i nutrienti vanno in circolo e vengono portati nei vari tessuti. L’epitelio intestinale, che è monostratificato, decide quali sostanze passano dal lume intestinale al connettivo sottostante Ci sono ad esempio

degli enzimi che sono espressi esclusivamente sulla membrana apicale, come i trasportatori che facilitano l’ingresso del glucosio: il glucosio è a basse concentrazioni nel lume, ad alte concentrazioni nella cellula e di nuovo a basse concentrazioni nel sangue (quindi nel connettivo sottostante), ovviamente per diffusione il glucosio non passa dentro la cellulare, servono delle proteine di membrana e quindi dei recettori che facilitino il trasporto del glucosio dentro. Ci sono dei recettori specifici di membrana, gli enzimi “disaccaridasi” o “dipeptidasi”, che sono in grado di legare i disaccaridi, scinderli e farli entrare nella cellula intestinale. Il glucosio deve poi essere trasporto nel sangue, quindi abbiamo dei canali che lo facilitano ma seguono il gradiente di concentrazione (da concentrazione più alta a concentrazione più bassa). Se non ci fossero le giunzioni occludenti alcuni enzimi andrebbero in parti della membrana dove non servono a nulla ed il glucosio, che viene riversato nel connettivo per andare nei vasi ed essere trasportato nei tessuti, potrebbe anche ritornare nello spazio intercellulare per tornare indietro. Tutto! questo deve essere evitato grazie alle giunzioni occludenti: c’è una separazione della composizione dei due compartimenti completamente controllata dalla cellula dell’epitelio.! Ci sono due siti in cui le giunzioni occludenti hanno una funzione strutturale molto importante: barriera ematoencefalica e barriera ematotesticolare. Testicolo e cervello sono due organi che sono considerati immunologicamente privilegiati: grazie a questa barriera fatta da giunzioni occludenti le proteine, le sostanze presenti nel sangue non passano, come negli altri organi, in maniera facile dal sangue all’organo. C’è una barriera, ci sono delle protezioni contro i farmaci nelle cellule nervose perché i vasi del sistema nervoso centrale sono impermeabili a tante sostanze: tra le cellule dei vasi capillari dell’encefalo ci sono delle giunzioni occludenti. Si dice quindi che l’endotelio è impermeabile. Solitamente sappiamo che i capillari sono permeabili, sono la sede in cui avvengono gli scambi tessuto-sangue, per esempio il passaggio di nutrienti. Nel caso dei capillari dell’encefalo c’è impermeabilità grazie anche alle cellule “della glia” ossia gli “astrociti” e a queste giunzioni occludenti tra cellule endoteliali, c’è questa barriera ematoencefalica che rende l’encefalo isolato dal circolo sanguigno. La stessa cosa avviene nell’epitelio seminifero del tessuto dove ci sono i tubuli seminiferi (i tubuli seminiferi contengono le cellule germinali), che sono circondati da un epitelio formato dalle cellule del Sertoli. Queste cellule del Sertoli sono unite tra loro da giunzioni occludenti cosicché questo compartimento basale, il lume del tubulo seminifero è dove vengono generati gli spermatozoi (questa è a parte basale). Abbiamo anche le cellule germinali che nei vari stadi di differenziamento diventano infine spermatozoi e vengono liberati nel lume. Tante sono le cellule staminali spermatogoniali, staminali del compartimento germinativo dell’epitelio seminifero. Queste cellule germinali staminali sono presenti dalla nascita per tutta la vita, nel compartimento germinale. Le altre invece compaiono solamente nella pubertà quando nell’individuo è già stabilita la tolleranza immunitaria e queste cellule nuove sarebbero riconosciute come cellule estranee, quindi in qualche modo si devono isolare dal compartimento basale in cui ci sono i vasi. Durante il differenziamento delle cellule germinali più mature (spermatogenesi) che comincia in un periodo avanzato, quando già il nostro sistema immunitario conosce le nostre cellule, compaiono queste cellule nuove che devono in qualche modo essere protette dalla reazione immunitaria. Queste giunzioni fanno in modo che il compartimento luminare in cui le cellule si differenziano sia completamente isolato dal compartimento interstiziale e quindi dai vasi. Quindi questa è una importanza funzionale delle giunzioni occludenti che separano i compartimenti. Come sono fatte? Sono dovute a proteine transmembrana che si trovano tra cellule adiacenti e sono contatti, legami covalenti “omologhi”, tra proteine uguali, le due proteine più importanti sono la claudina e la occludina (nonostante il nome la più importante è la claudina, senza essa non c’è funzione occludente, se la occludina invece non è funzionale in alcuni casi c’è ancora la funzione) La claudina si lega covalentemente alla claudina della cellula adiacente facendo

una giunzione occludente. Le porzioni citoplasmatiche dei recettori di queste proteine citoplasmatiche sono legate! ad altre proteine chiamate proteine di ancoraggio che fanno da ponte tra le proteine transmembrana! e i filamenti citoscheletrici a cui è attaccata la giunzione. In questo caso i filamenti citoscheletrici sono quelli di actina ossia microfilamenti.! Nelle giunzioni occludenti ovviamente la giunzione è presente in tutta la circonferenza della cellula(pensandola in modo tridimensionale, come se la cellula fosse un cilindro) , sono “a cintura” lungo tutto il diametro della parete della cellula. Queste proteine ponte si chiamano ZO 1 E 2, Cingulina, ecc.. mentre altre proteine importanti sono le Jam 1 e 2 che hanno sempre la funzione di “fondere”.! ! GIUNZIONI ADERENTI! ! - Zonula aderens (o fascia aderens)! - Desmosoma! Nell’epitelio intestinale è presente il cosiddetto “complesso giunzionale” cioè sono presenti dalla parte più apicale della cellula rivolta verso il lume prima le giunzioni occludenti e subito sotto le giunzioni aderenti, per cui si parla di complesso giunzionale. Questo è un esempio che fa capire che se sono presenti in maniera contemporanea fanno cose diverse. Le giunzioni aderenti danno consistenza al tessuto, struttura, lo fanno orientare come se fosse un’unica cellula, non fanno barriera ma fanno unità strutturale. L’epitelio intestinale è sottoposto a diversi insulti, (c’è la peristalsi, quindi allargamento e restringimento), è sottoposto a forze di trazione come tutti gli epiteli posti in zone di confine. Le forze di trazione sono sopportate dall’epitelio grazie alle giunzioni aderenti.! Sono composte da proteine transmembrana che si chiamano caderine,! ! Proteine coinvolte nella zonula aderens! ! (ca=adesione calcio dipendente) Nella zonula aderens (non desmosoma) la giunzione si espande per tutta la circonferenza, come disposizione è come la occludente ma si trova sotto la cintura attorno al diametro cellulare. La giunzione aderente in questo caso si chiama “zonula aderens” o “fascia aderens”. Anche i questo caso le caderine hanno un legame omoflico, si legano covalentemente caderina - caderina (come nelle occludenti) , le proteine che fanno da ponte in questo caso si chiamano catenine, composte da due subunità, α e β catenina, fanno da ponte tra caderine e filamenti del citoscheletro che anche in questo caso sono filamenti di actina. Le caderine non sono tutte uguali, ce ne sono diverse forme, e sono specifiche da tessuto a tessuto. La E-caderina è tipica del tessuto epiteliale (in questo tessuto ci sono più giunzioni), la N-caderina è tipica del tessuto nervoso, la P-caderina della placenta, sono tessuto specifiche. Le caderine sono regolate da calcio e quindi in assenza di esso vengono rimosse le caderine e alterate le giunzioni aderenti. Quando si fanno le colture cellulari e abbiamo una strato di cellule aderenti unite tra loro con giunzioni, quando serve slegarle tra loro si lava con un PBS, un soluzione fisiologica, in assenza calcio così queste giunzioni cellula-cellula vengono aperte e le cellule in sospensione diventano singole. La calcio dipendenza delle caderine è quindi molto importante, non è soltanto delle interazioni cellula-cellula ma anche delle cellula-matrice, per cui il lavaggio con questa! soluzione priva di calcio le fa staccare dal substrato, facendole staccare tra loro andando in sospensione.! !

Il desmosoma ha la stessa funzione (struttura, resistenza..) ma la differenza morfologica più importante è che è una giunzione “a moneta” non è infatti su tutta il diametro cellulare a è ”a spot”. Tra le proteine transmembrana c’è una placca di adesione fatta da proteine che formano uno scudo che uniscono le proteine transmembrana e il citoscheletro, sono strutture che a dispetto del fatto che il desmosoma sia limitato a uno spazio confinato, danno una resistenza molto evidente. Per esempio c’è uno strato dell’epidermide (che è pluristratificata) detto “spinoso” formato da cellule che come suggerisce il nome sembrano formate da delle spine che corrispondono a desmosomi. L’unione cellula cellula tra questi punti, questi spot, è mediata dai desmosomi. E’ uno degli strati più basali che fa compattezza nell’epitelio, l’epidermide è infatti in assoluto l’epitelio più sottoposto ad insulti (termici, chimici, meccanici) quindi vari strati devono essere collegati tra loro in modo di dare una struttura unica molto forte, sono quindi abbondantissimi e si vedono strutturalmente e morfologicamente in queste spine e sono molto abbondanti. Come è fatto? E’ una giunzione molto resistente, le proteine transmembrana si chiamano caderine desmosomiali, che sono le desmogleine e desmocolline. Anche in questo caso il legame è omofilico, dopo di che quello che dà resistenza è la “placca intracellulare”, cioè il versante citoplasmatico del recettore di membrana della proteina si associa ad una serie di proteine diverse che si mettono legate tra loro in maniera trasversale in modo da fare proprio una placca la “placca di adesione” tipica del desmosoma (non sta nelle zonula aderens). Pur essendo confinata è molto resistente grazie a questa placca che ancora le proteine transmembrana ai filamenti citoscheletrici che in questo caso sono diversi: filamenti intermedi (in giunzioni occludenti e zonula aderens erano microfilamenti) che cambiano a seconda dei tessuti, nei tessuti epiteliali sono le cheratine. Le placche di ancoraggio fatte da tante proteine si associano ai filamenti intermedi che rispetto ai microfilamenti sono più grandi di diametro, fanno infatti filamenti più resistenti (microfilamenti...