Interazioni tra le cellule e la matrice extracellulare in Biologia

Giunzioni Cellula-Cellula e Cellula-Matrice

Interazioni tra le cellule e tra cellula e matrice
GIUNZIONI CELLULA-CELLULA
E CELLULA-MATRICE
ADESIONE
DIFFUSA
CLAUDINE
3
Giunzioni
strette
CADERINE
CADERINE
Giunzioni
aderenti
Filamenti
di actina
SELECTINE
Desmosoma
Filamenti
intermedi
Molecole di adesione
simili alle lg
CONNESSINE
Giunzioni
comunicanti
INTEGRINE
INTEGRINE
INTEGRINA
Emi-
desmosoma
Adesione
focale
Proteoglicano
integrale
di membrana
ECM
Glicoproteina
strutturale
ECM
Proteoglicano

Categorie di Giunzioni Cellulari

Giunzioni Cellula-Cellula e Matrice: 3 Categorie

Giunzioni cellula-cellula e cellula matrice
3 CATEGORIE

1. Giunzioni occludenti

actina

Adesione cellula-matrice
lamina basale

1. Giunzioni ancoranti
   (adesive)
2. Giunzioni comunicanti

Le giunzioni possono essere isolate o riunite a formare complessi giunzionali

Complesso di Giunzione nell'Epitelio Monostratificato

Epitelio monostratificato > complesso di giunzione tra cellule vicine
Microvillus
Apical
surface
Microvillus
- Tight junction
Tight junction
Adherens junction
- Adherens junction
Lateral
surface
Gap junction
Intermediate
filaments
Desmosome
Basal
surface
Hemidesmosome
Basal lamina
Gap junction
Connective tissue
Figure 19-9a
Molecular Cell Biology, Sixth Edition
@ 2008 W.H. Freeman and Company
Figure 19-9b
Molecular Cell Biology, Sixth Edition
2008 W. H. Freeman and Company
Actin and myosin
filaments
Desmosome

Giunzioni Occludenti (Tight Junctions)

Funzioni delle Giunzioni Occludenti

1
Giunzioni occludenti (strette - tight junctions -zonula occludens)
Tight junction Microvilli
- actina
filamenti
intermedi
-
r
-

Figure 19-15a
Molecular Cell Biology, Sixth Edition
@ 2008 W.H. Freeman and Company
FUNZIONI:
• Barriera di permeabilità: sigillano lo spazio tra
due cellule adiacenti ( impediscono il passaggio
extracellulare -paracellulare- di sostanze tra
versante apicale e basale di un epitelio)
• Mantenimento polarità morfo-funzionale:
bloccano la diffusione laterale delle molecole
della membrana
• Formano una rete continua di proteine intorno alla zona latero-apicale della cellula epiteliale -
al di sotto della superficie libera della cellula
. Sono molto sviluppate in cellule epitelio intestinale (esempio in figura) - cellule epiteliali pelle -
cellule endoteliali vasi cerebrali (barriera emato-encefalica) - cellule epiteliali vescica
impermeabilizzazione

Dimostrazione Sperimentale della Barriera di Permeabilità

Superficie del lume (apicale)
Giunzione
occludente
Superficie
basolaterale
Tracciante opaco
agli elettroni aggiunto
ad un versante
dello strato cellulare
(b)
0,2 pm
Soluzione di molecole del tracciante
(a)
Figura 17-20 Dimostrazione sperimentale che le giunzioni occludenti
creano una barriera di permeabilità. (a) Quando un tracciante elet-
tron-opaco è aggiunto al mezzo su un versante dello strato epiteliale,
le molecole del tracciante penetrano negli spazi extracellulari tra cel-
lule adiacenti fino alla giunzione occludente senza superarla. (b) Poi-
ché le molecole del tracciante sono opache agli elettroni, possono
essere visualizzate al microscopio elettronico a trasmissione.
Molecole di soluto
Molecole di soluto
Proteine di
membrana
della giunzione
stretta
Doppio
strato
lipidico
Citoplasma
Proteine di
membrana
della giunzione
stretta
Citoplasma
Spazio
intercellulare
Doppio
strato lipidico
FIGURA 7.30 Giunzio
traverso la regione api
plasmatiche delle due
stretta. L'inserto mos
giunzioni strette bloc
dello di giunzione stre
delle due membrane a
fila di proteine all'inte
soluti all'interno delle
mostra la faccia E del
zione stretta. Si notan
Tight
junction
Apical
membrane
X
Paracellular Transcellular
pathway
pathway
Basolateral
membrane
Figure 19-17
Molecular Cell Biology, Sixth Edition
@ 2008 W.H.Freeman and Company

Struttura Molecolare della Giunzione Occludente

Struttura molecolare
Giunzione occludente
Membrana
plasmatica
Proteine
di fusione
Spazio
intercellulare
Membrana plasmatica
Lato cellulare
interno
Lato cellulare
interno
Filamento
di actina
JAM-1
JAM-1
• MarveID3
MUPP1
aPKC
ZO-1/2/3
ZO1/2
Claudine
MUPP1
ZO1/2
ZO1/2
cdc42
Par6
PATJ PALS1 CRUMBS3
JAM-1
JAM-1
Cingulina
C
Spazio intercellulare
JAM = Junctional Adhesion Molecules (IgSF)
occludina
ZO-2
ZO-1
cca
actina
ZO-3
G
claudina
Microfilamenti di actina
A
JAM
Occludina/
tricellulina

Ruolo e Funzioni delle Claudine

ESTERNO DELLA CELLULA
L
Sito di legame per proteine -
di connessione
Amminoacidi carichi
INTERNO DELLA CELLULA
Le claudine sono componenti
fondamentali delle giunzioni strette
formano canali selettivi che
permettono a specifici ioni di passare
attraverso la via paracellulare
Tessuto specificità (claudine diverse
in tessuti epiteliali diversi)
Funzioni:
• Stabilità
• Barriera
FIGURA 17.11 Struttura della claudina. Le claudine hanno
quattro domini transmembrana e "loop" extra- e intracellulari. Il "loop" extracellulare più ampio contiene amminoacidi carichi
che si pensa permettano l'interazione con claudine di cellule
adiacenti per creare un poro paracellulare attraverso il quale
passano gli ioni. La porzione C-terminale delle claudine può
legare proteine di connessione nel citoplasma.

Giunzioni Ancoranti (Adesive)

Ancoraggio del Citoscheletro e Tipi di Giunzioni

2
Giunzioni ancoranti (adesive)
Ancorano il citoscheletro alla superficie delle cellule
• Le cellule di un tessuto agiscono come unità
• Ancoraggio del citoscheletro
• Giunzioni aderenti
(fasce di adesione)
• Desmosomi
• Emidesmosomi (epiteli)
• Contatti focali (es. Fibroblasti)
ZO18
Claudina
F-Actina
Occludina
Miosina
Giunzione
occludente
MLCK
a-Catenina 1
E-Caderina
Adesione
cellula-cellula
Giunzione
aderente
(caderine)
Filamenti
intermedi
Desmosoma
(caderine)
Giunzioni
comunicanti
(connessine)
Adesione
cellula-matrice
Emidesmosoma
(integrine)
Adesioni
focali
(integrine)
Lamina basale
ECM= extra-cellular matrix > matrice extracellulare

Principali Proteine di Adesione Transmembrana

Principali proteine di adesione > transmembrana
N-CAM (IgSF)
(a)
Caderina-E (caderina)
(b)
Selectina-P
(selectina)
Glicoproteina
(c)
ICAM (IgSF)
Integrina
(d)
CITOSOL
SPAZIO INTERCELLULARE
CITOSOL
Membrana
plasmatica
Membrana
plasmatica
Figura 17-12 I diversi tipi di proteine di adesione cellula-cellula. Le
cellule aderiscono tra loro attraverso proteine transmembrana ap-
partenenti a poche classi principali. Queste includono (a) le proteine
della superfamiglia delle immunoglobuline (IgSF), come la N-CAM,
(b) le caderine, come la caderina-E, (c) le selectine, che si legano ai
carboidrati di glicoproteine presenti su altre cellule e (d) in pochi casi
(es. leucociti), le integrine, che si legano a proteine IgSF, come le
ICAM, presenti sulla superficie delle cellule endoteliali.
L'adesione tra le cellule è mediata da un
numero esiguo di classi di proteine
Principali classi:
• IgSF (ad es. NCAM)
• Caderine
• Selectine
• Integrine
(ruolo nella segnalazione intracellulare)

Interazioni Omofiliche ed Eterofiliche

Le interazioni sono omofiliche o eterofiliche a seconda delle proteine coinvolte
siti che legano
Ca2+
caderine
INTERAZIONI
OMOFILICHE
domini lg
HOMOPHILIC BINDING
superfamiglia
delle Ig (SFIg)
recettori
per le selectine
(CAM simil-
mucina)
selectine
carboidrati
INTERAZIONI
ETEROFILICHE
integrine
HETEROPHILIC BINDING
B
fibronectina
Spazio extracellulare

Giunzioni Adesive e Loro Componenti

2
Giunzioni adesive
JUNCTION
TRANSMEMBRANE
ADHESION PROTEIN
EXTRACELLULAR
LIGAND
INTRACELLULAR
CYTOSKELETAL
ATTACHMENT
INTRACELLULAR
ANCHOR
PROTEINS
Cell-Cell
adherens junction
cadherin
(classical cadherin)
cadherin in
neighboring cell
actin filaments
a-catenin, ß-catenin,
plakoglobin (y-catenin),
p120-catenin, vinculin,
a-actinin
desmosome
cadherin (desmoglein,
desmocollin)
desmoglein and
desmocollin in
neighboring cell
intermediate
filaments
plakoglobin (y-catenin),
plakophilin,
desmoplakin
Cell-Matrix
actin-linked cell-
matrix adhesion
integrin
extracellular matrix
proteins
actin filaments
hemidesmosome
integrin a6ß4, type XVII
collagen (BP180)
extracellular matrix
proteins
intermediate
filaments
talin, vinculin, «-actinin,
filamin, paxillin, focal
adhesion kinase (FAK)
plectin, dystonin (BP230)
Strutture dinamiche

Zonula Adherens e Caderine

JUNCTION
TRANSMEMBRANE
ADHESION PROTEIN
EXTRACELLULAR
LIGAND
INTRACELLULAR
CYTOSKELETAL
ATTACHMENT
INTRACELLULAR
ANCHOR
PROTEINS
Cell-Cell
adherens junction
cadherin
(classical cadherin)
cadherin in
neighboring cell
actin filaments
a-catenin, ß-catenin,
plakoglobin (y-catenin),
p120-catenin, vinculin,
a-actinin
filamenti di actina
nel microvillo
microvilli che si estendono
dalla superficie apicale
LUME
giunzione stretta
(B)
filamento
di actina
dimeri
di caderina
proteine
di ancoraggio
fascio di
filamenti di actina
cintura di
adesione
caderine
membrane plasmatiche
laterali di cellule
epiteliali adiacenti
(A)
superficie basale
Cellule epiteliali
CELLULA 1
membrana
plasmatica
CELLULA 2
20-30 nm
Zonula adherens
Cintura che circonda la
cellula sulla membrana
laterale vicino alla
porzione apicale
In assenza di Ca2+
si ha dissociazione
Caderine
Glicoproteine
Dimeri
Adesione Ca2+-dipendente
Interazioni omofile
Tessuto-specifiche
Caderina E (epitelio)
Caderina N (nervoso - muscolo
Caderina P (placenta)
Caderina VE (endotelio)
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Plasma membrane
EC domain
Vezatin
p120
p120
Ajuba
B-catenin
B-catenin
Myosin VIla
a-catenin) (x-catenin)
Vinculin
Vinculin
Fmn |Fmn) ?
VASP
F-actin
a-actinin
Vinculin

Connessione dei Filamenti di Actina

membrane di cellule
adiacenti
Ca2+
E-caderina
BOGGGG
filamento
di actina
vinculina
a-actinina
catenina
b
a
Proteine di ancoraggio :
• Catenina
• Vinculina
• Actinina
Citoscheletro:
Microfilamenti di actina
Collega indirettamente i
filamenti di actina di una
cellula con quelli delle
cellule adiacenti > uso
del citoscheletro di actina
in modo coordinato

Desmosoma e Integrità Strutturale

JUNCTION
TRANSMEMBRANE
ADHESION PROTEIN
EXTRACELLULAR
LIGAND
INTRACELLULAR
CYTOSKELETAL
ATTACHMENT
INTRACELLULAR
ANCHOR
PROTEINS
Cell-Cell
adherens junction
cadherin
(classical cadherin)
cadherin in
neighboring cell
actin filaments
a-catenin, ß-catenin,
plakoglobin (y-catenin),
p120-catenin, vinculin,
a-actinin
desmosome
cadherin (desmoglein,
desmocollin)
desmoglein and
desmocollin in
neighboring cell
intermediate
filaments
plakoglobin (y-catenin),
plakophilin,
desmoplakin
Desmosoma
Macula adherens
filamenti del citoscheletro
giunzioni di ancoraggio
matrice extracellulare
Abbondanti nei tessuti soggetti a stress
meccanici (es. cell muscolo cardiaco,
epidermide, vescica, utero, .. )
• forniscono
integrità
strutturale
al tessuto
• le cellule
funzionano
come un
insieme
unico
• forza e
resistenza
meccanica
filamenti
di cheratina
desmosoma
lamina basale
emidesmosoma