Comunicazione intercellulare Testo di riferimento: Silverthorn

Tipi di segnali fisiologici di comunicazione cellulare: due Corpo umano: 75 miliardi di cellule Tipi di segnali fisiologici di comunicazione cellulare: due CHIMICO ELETTRICO

Giunzioni comunicanti Comunicazione a grande distanza I metodi di comunicazione intercellulare sono 4 Giunzioni comunicanti Segnali di contatto Comunicazione locale Comunicazione a grande distanza

Le giunzioni comunicanti (gap junction)

Modello tridimensionale di gap junction sulla base di studi di diffrazione a raggi X. Ogni cellula opposta contribuisce alla costituzione di un emi-canale chiamato connessone. Ogni connessone (circa 1.5-2.0 nm di diametro), è formato da sei subunità proteiche chiamate connessine. Ogni connessina è lunga circa 7,5 nm, attraversa la membrana e contatta una connessina corrispondente attraverso lo spazio tra le cellule. In questi siti le cellule sono separate da uno spazio di solo 3,5 nm (i neuroni sono normalmente separati da un intervallo di 20 nm). Passano molecole fino a 1000 dalton

Modello di un singolo connessone. Si osserva come le sei subunità di connessina che formano l’ emi-canale possono cambiare la configurazione per aprirlo e chiuderlo. La chiusura è realizzata dallo scivolamento delle subunità una contro l'altra e basculanti ad un'estremità, quindi dalla rotazione alla base in senso orario. Si pensa che ogni subunità si muova di 0,9 nm sulla superficie citoplasmatica. L'ombreggiatura scura indica la porzione di connessone incorporato nella membrana. Passano molecole fino a 1000 dalton Modello di una singola connessina che attraversa la membrana; sono indicate le quattro regioni previste che attraversano la membrana.

Le giunzioni comunicanti lasciano passare ioni e piccole molecole organiche come aminoacidi ed ATP Il flusso di molecole attraverso la giunzione può essere modulato fino al suo arresto Esistono 20 isoforme di connessina che si possono combinare a dare molti tipi di gap junction con selettività diversa. Nei mammiferi sono presenti praticamente in tutti i tessuti cellulari

Contatto diretto Richiede molecole di adesione tra le cellule (CAM Cell Adhesion Molecules) che un tempo si pensava servissero solo per compattare le cellule, mentre ora si sa che permettono anche la comunicazione.

Comunicazione paracrina ed autocrina Una molecola «messaggera» viene secreta da una cellula e va ad interagire con un recettore di membrana (proteina) specifico di una cellula vicina, legandosi al quale comunica un messaggio. Cioè dà il via ad una serie di rezioni chimiche nella cellula «ricevente». Questa comunicazione è detta paracrina. Se il «messaggero» agisce anche sulla cellula che lo ha prodotto, si parla di comunicazione autocrina.

Un esempio: l’istamina La cellula danneggiata rilascia istamina e i vasi nelle vicinanze divengono più permeabili favorendo la fuoriuscita di liquido nei tessuti (edema)

Comunicazione a distanza Gli ormoni Sono secreti dalle ghiandole del sistema endocrino, direttamente nel sangue. In questo modo possono raggiungere organi lontani che sono detti organi bersaglio Esempio: l’insulina. E’ secreta nel pancreas ed agisce su tutte le cellule dell’organismo. Favorisce l’assorbimento del glucosio

Agiscono per via paracrina ed autocrina Agiscono per via endocrina Un caso particolare: le citochine Cosa sono: Peptidi regolatori Da chi vengono sintetizzate: Da tutte le cellule dell’organismo stimolate dallo stimolo opportuno Cosa fanno: Controllano lo svilluppo e la differenziazione cellulare Agiscono per via paracrina ed autocrina Cosa fanno: Controllano la risposta infiammatoria Agiscono per via endocrina

I neurotrasmettitori ed i neuroormoni Se il messaggero passa direttamente dal neurone alla cellula bersaglio, si parla di trasmissione nervosa ed il messaggero è un neurotrasmettitore Se il neurone rilascia il messaggero nel flusso sanguigno, si parla dal neurone alla cellula bersaglio, si parla di trasmissione neurocrina ed il messaggero è un neuroormone

Cosa succede quando il messaggero raggiunge la cellula bersaglio? Secondo messaggero = Molecola segnale o ligando Molecole segnale intracellulari Recettore Proteine bersaglio Risposta = Primo messaggero TRASDUZIONE

Le molecole segnale e loro recettori Molecola segnale lipofila OUT IN Recettore citosolico Recettore nucleare Trascrizione genica Molecole segnale Molecola segnale lipofoba o LIGANDO OUT IN Recettore di membrana Molecole segnale intracellulari Proteine bersaglio Risposta

Un esempio di ligando lipofilo è quello degli ormoni steroidei: testosterone, estrogeni ecc.

Un esempio di ligando lipofobo è quello degli ormoni proteici: insulina, glucagone, ecc.

Recettore accoppiato a proteina G Attivazione enzimatica Tipi di recettori di membrana Recettore accoppiato a proteina G Attivazione enzimatica Proteina canale Integrine

Amplificazione del segnale

Schema riassuntivo dei sistemi di trasduzione del segnale

Caratteristiche dei ligandi Specificità: il ligando deve avere alta affinità per il recettore, ma può legarsi anche altre molecole affini. Saturazione: poiché il numero di recettori sulla membrana è limitato, la velocità di stimolo crescerà fino a quando tutte le molecole del recettore saranno occupate. Inibizione competitiva: se sono presenti due sostanze che hanno affinità per lo stesso recettore, entreranno in competizione inibendo ciascuna il legame dell’altra. Quella presente in maggior concentrazione e/o più affine, si legheràin maggior quantità. Un ligando si dice agonista di un recettore quando lo attiva Un ligando si dice antagonista di un recettore quando lo inibisce Un ligando può avere più recettori e provocare reazioni diverse nella cellula a seconda del recettore attivato (es. acetilcolina)

Esempi di agonisti e corrispondenti recettori Agonisti fisiologici

Termine della trasduzione del segnale E’ fondamentale che la cellula sia in grado di terminare il meccanismo messo in moto dal primo messaggero, quando la sua azione non è più necessaria Ci sono meccanismi per ogni tipo di cascata reattiva attivata Es. segnali mediati dal Ca2+, sono fermati sequestrando il Ca citosolico dentro gli organelli Es. Enzimi secreti extracellularmente possono degradare il primo messaggero Es. Neurotrasmettitori possono essere fagocitati