Appunti di Citologia: giunzioni cellulari, lamina nucleare e cromatina

Citologia (Marmiroli)

Lezione 7 17/10/2024

Giunzioni Occludenti

RIPASSO LEZIONE PRECEDENTE

La giunzione occludente (zonula occludens), è una giunzione che svolge il ruolo di barriera. Queste fasce perimetrali si pongono al di sotto della superficie apicale libera della membrana plasmatica della cellula. Sono in grado di formare delle barriere perché sono costituite da ponti proteici, costituiti dalle proteine transmembrana di cellule adiacenti (generalmente sono ponti omofilici, dunque tra proteine dello stesso tipo) che impediscono il passaggio/diffusione delle sostanze attraverso gli interstizi che esistono tra le due cellule. Queste giunzioni potrebbero impedire l'ingresso di sostanze quali:

• Glucosio: impediscono che transiti liberamente dal lume intestinale attraverso l'interstizio del tessuto connettivo sottostante ed entri nei capillari senza un meccanismo regolato (come i trasportatori del glucosio o la pompa scambiatrice Na+/K+ che assieme al sodio riesce a fare entrare anche il glucosio sfruttando l'idrolisi dell'ATP);
• Patogeni;
• Microrganismi;
• Batteri introdotti tramite l'alimentazione o la respirazione.

Allo stesso tempo però sono in grado di garantire il passaggio di:

• Acqua;
• Ioni.

DOMANDA: Parlando di sigilli al cui funzionamento possono contribuire queste giunzioni, quale sarebbe un altro esempio? RISPOSTA: La barriera ematoencefalica, si trova nel tessuto nervoso, a livello del sistema nervoso centrale e protegge i neuroni dall'ingresso di qualsiasi cosa possa danneggiarli e modificarne l'omeostasi; infatti, tra le cellule dei capillari che irrorano il tessuto nervoso e le cellule adiacenti si creano delle giunzioni occludenti molto numerose (vengono dette barriere "emato-" perché è dal sangue che possono arrivare le sostanze dannose per le cellule e tessuti).

Le giunzioni occludenti sono formate da due proteine: claudine e occludine. Queste giunzioni si trovano in prossimità della trama terminale, e questo aiuta a renderle un po' più solide: le proteine delle giunzioni occludenti creano dei ponti anche con il citoscheletro actinico della trama terminale, in modo da acquistare un po' di resistenza.

Giunzioni Ancoranti

Le giunzioni ancoranti hanno il ruolo di ancorare saldamente le cellule le une alle altre; anche queste sono delle cinture perimetrali, e sono poste verso la superficie basale della cellula (prendendo in considerazione la cellula epiteliale, le giunzioni ancoranti si trovano al di sotto delle giunzioni occludenti).

Ne esistono di due tipi:

• Giunzione aderente (zonula adhaerens);
• Desmosoma.

Queste giunzioni sono formate da proteine transmembrana, (aventi un dominio extracellulare, un dominio transmembrana ed un dominio citoplasmatico) appartenenti alla famiglia delle caderine, che formano ponti proteici cellula-cellula, detti anche ponti caderina-caderina, calcio dipendenti.

Queste caderine sono proteine molto grandi, e i ponti che vengono assemblati mantengono le membrane delle cellule adiacenti un po' distanti. Dunque, al di sotto della giunzione occludente ci sono altre giunzioni, ma non creano un sigillo tra le cellule: questo perché il sigillo è già presente subito sotto la superficie apicale libera. È proprio al livello più alto della superficie della cellula, infatti, che si deve impedire l'ingresso di sostanze indesiderate. Una volta che è stato creato il sigillo, al di sotto di esso, può esserci un interstizio; le caderine creano, per l'appunto, questo interstizio.

All'interno dei ponti caderina-caderina sono presenti ioni calcio (i puntini rossi nell'immagine in alto a destra). Se però si sottrae calcio dai fluidi extra-cellulari, i dimeri di caderina si dissociano e le due cellule si staccano (PAG 14 Lezione 7 2/11/2023, SBOBINA ANNO PRECEDENTE). In condizioni fisiologiche è difficile che ciò avvenga, ma risulta comodo nella coltivazione delle cellule in vitro: prendendo un tessuto da analizzare e utilizzando un chelante del calcio (una sostanza che sottrae calcio al tessuto) si fa in modo che le caderine che tengono unite le cellule del tessuto si dissocino e le cellule siano, così, isolate. In tal modo è possibile analizzare singolarmente le cellule desiderate (anche nel caso in cui la cellula deve andare incontro a mitosi, si deve staccare dal foglietto epiteliale dissociando i ponti caderina-caderina per poter cambiare forma).

I ponti proteici caderina-caderina non sono in grado di produrre la resistenza meccanica che necessita un foglietto epiteliale per non rompersi. Quindi, alle caderine, sul versante intracellulare, si legano delle altre proteine, dette catenine (in azzurro nell'immagine sopra a sinistra).

Se la cellula:

• Fa parte del foglietto: le catenine saranno presenti nell'apparato di giunzione;
• Si dissocia dal foglietto: le catenine traslocano all'interno del nucleo e si comportano da fattori di trascrizione, cioè, modificano l'assetto trascrizionale della cellula.

Le catenine risultano essere di particolare interesse perché sono dei marcatori di crescita tumorali: gli epiteli sono formati da cellule terminalmente differenziate che si uniscono e formano un foglietto avente numerose funzioni (riveste cavità, ricopre superficialmente un organo ecc ... ), ma normalmente non ha più la capacità di proliferare. Dunque, se una cellula di una lamina epiteliale si dissocia dalle altre e va in mitosi, vuol dire che quella cellula molto probabilmente è stata danneggiata e, proliferando, rischierebbe di trasmettere il danno alla progenie. Quindi, se le beta catenine si trovano nel nucleo, e non nelle giunzioni (e quindi nella membrana) indicano che in quel punto è presente una cellula danneggiata-tumorale. Al di sotto delle caderine e delle catenine si trova il citoscheletro actinico che dà sostegno alle giunzioni in modo meccanicamente più forte delle giunzioni occludenti. Si dice infatti che le giunzioni aderenti "appoggiano" sul citoscheletro actinico di supporto.

Desmosomi

I desmosomi (macula adherens) sono strutture molto elettrondense aventi dimensioni molto più grandi rispetto alle giunzioni precedenti. Non formano delle fasce perimetrali attorno alla cellula, bensì degli spot (motivo per il quale sono dette "macule"). Sono importanti perché sono le uniche tra tutte queste giunzioni che veramente danno resistenza agli stress meccanici (le cellule dove i desmosomi sono molto numerosi sono le cellule epiteliali ed i cardiomiociti, sottoposti continuamente allo stress della contrazione).

I desmosomi, così come le altre giunzioni, sono costituiti da proteine transmembrana (aventi dominio extracellulare, di transmembrana e intracellulare) che fanno da ponte tra due cellule adiacenti. Ciò che li differenzia dalle altre strutture e che permette di garantire resistenza meccanica alla cellula, è la struttura del citoscheletro su cui viene scaricato l'impianto. In questo caso, infatti, sul versante intracellulare il dominio citoplasmatico poggia su fasci di filamenti intermedi. Questi ultimi si distribuiscono attraverso tutto il citoplasma, ancorandosi alla membrana plasmatica attraverso la trama terminale e attraverso ponti proteici, e danno alla cellula una struttura stabile e resistente.

DOMANDA: Anche le giunzioni aderenti poggiano sui filamenti intermedi di actina giusto? RISPOSTA: Sì. La differenza fondamentale tra il citoscheletro actinico e i filamenti intermedi è che i filamenti intermedi sono la componente stabile, insolubile ed autoassemblante del citoscheletro, e dunque rappresentano le impalcatura delle cellule affinché queste resistano allo stress meccanico. Il citoscheletro actinico, invece, detto anche citoscheletro dinamico, è formato da filamenti polarizzati e instabili; dunque, se le proteine transmembrana delle giunzioni poggiano sul citoscheletro actinico ricevono un supporto limitato; se invece poggiano sui filamenti intermedi ricevono molta più stabilità e resistenza in quanto possono intrecciarsi, formare reti e fasci diventando molto robusti.

Struttura dei Desmosomi

Sul versante intracellulare è presente una placca proteica, costituita da proteine dette desmoplachine ("desmo" perché sono le proteine dei desmosomi, "plachine" perché formano la placca); a queste proteine si legano le proteine transmembrana desmogleine e desmocolline che con il loro dominio extracellulare formano i ponti cellula-cellula. Alle desmoplachine della placca, nei tessuti epiteliali, si ancorano le citocheratine (classe I e II). Se fossimo in un altro tessuto sarebbero proteine dei filamenti intermedi di un'altra classe; ad esempio, nel miocardio ci sono le desmine (classe III).

Sono molte le malattie autoimmuni che attaccano le giunzioni: in particolare quelle delle cellule epiteliali (dove sono tutte presenti e in abbondanza). Una di queste malattie è il pemfigo, dove le alterazioni dell'epidermide porta alla formazione di bolle, dovute allo sviluppo di autoanticorpi contro le desmogleine del desmosoma.

Emidesmosomi

Se la cellula nella sua superficie basale non è unita ad altre cellule (come nel caso dei foglietti pluristratificati), ma è ancorata alla matrice extracellulare, il desmosoma interviene ma in una forma dimezzata che prende il nome di emidesmosoma; vengono definite in questo modo, perché:

• Sul versante intracellulare: rimane valido ciò che è stato sopra spiegato;