Comunicazione cellulare Flashcards
Come avviene la comunicazione cellulare?
Le cellule comunicano costantemente tra loro. Questo avviene grazie a molecole segnale – che comprendono proteine, peptidi, amminoacidi, nucleotidi, steroidi, derivati di acidi grassi e gas disciolti come NO e CO – che sono secrete o espresse sulla superficie di cellule e si legano specificamente a recettori espressi da altre cellule. Il legame della maggior parte delle molecole segnale (ligandi) ai loro recettori inizia una serie di reazioni intracellulari che regolano tutti gli aspetti del comportamento cellulare. Per poter coordinare il proprio comportamento, le cellule devono interpretare una moltitudine di segnali che ricevono da altre cellule, oltre che dall’ambiente esterno.
Una cellula segnale produce una molecola segnale extracellulare riconosciuta da una cellula bersaglio per mezzo di un recettore (proteina che lega una specifica molecola segnale e innesca una risposta cellulare) che a sua volta produce una cascata di segnali intracellulari di vario tipo. In genere, il legame della molecola segnale determina un cambiamento conformazionale del recettore e di altre molecole ad esso collegate. L’intero processo che traduce l’informazione portata dalla molecola segnale in cambiamenti intracellulari è chiamato trasduzione del segnale. La trasduzione non è una semplice trasmissione ma la trasformazione di una forma di segnale (extracellulare) in un’altra (intracellulare) fino ad attivare una specifica risposta cellulare (modifica funzionale o di espressione genica), quale ad esempio l’attivazione di uno o più geni, la sopravvivenza o la morte cellulare, i cambiamenti nel citoscheletro e nella motilità o l’attivazione/inibizione di vie metaboliche.
Segnalazione endocrina
- Nella segnalazione endocrina (segnalazione a distanza) le cellule coinvolte nella comunicazione (cellula segnalatrice e cellula bersaglio) sono lontane l’una dall’altra: le cellule segnalatrici delle ghiandole endocrine rilasciano molecole extracellulari, gli ormoni, che agiscono su gruppi di cellule bersaglio lontane; il messaggio, quindi ha diffusione ampia e il segnale extracellulare (l’ormone) è secreto nel torrente circolatorio, direttamente oppure passando attraverso il fluido interstiziale ed è trasportato nel sangue dal sistema circolatorio alle diverse parti dell’organismo
Segnalazione paracrina
- Nella segnalazione paracrina (segnalazione locale) la cellula bersaglio si trova in prossimità della cellula segnalatrice e la molecola segnale extracellulare agisce su cellule bersaglio adiacenti. In questo caso le molecole segnale (definiti mediatori o regolatori locali) non entrano nel torrente circolatorio, ma diffondono localmente nel fluido extracellulare, restando nei pressi della cellula che li secerne. Un esempio di segnalazione paracrina è la segnalazione neuronale, cioè la conduzione di un impulso elettrico da una cellula nervosa a un’altra cellula nervosa contigua o a una cellula ghiandolare contigua (sinapsi chimica), oppure da una cellula nervosa a una muscolare contigua (sinapsi neuromuscolare). Tale meccanismo comporta la liberazione di molecole segnale dette neurotrasmettitori che si legano a specifici recettori sulla membrana della cellula bersaglio.
Segnalazione autocrina
- Nella segnalazione autocrina la stessa cellula che emette la molecola senale è anche destinataria del segnale. La segnalazione autocrina è infatti caratterizzata da cellule che agiscono contemporaneamente da segnalatrici e da bersaglio: le cellule rispondono ai mediatori locali che esse stesse hanno prodotto.
Segnalazione per contatto
- Nella segnalazione per contatto la molecola segnale non è secreta, ma rimane inserita nella membrana plasmatica della cellula segnalatrice e la sua porzione extracellulare interagisce con il relativo recettore proteico inserito nella membrana plasmatica della cellula bersaglio; le due cellule, quindi, stabiliscono un contatto fisico diretto (riconoscimento cellula-cellula).
Risposte indotte dal ligando
La stessa molecola segnale extracellulare può indurre risposte differenti in cellule bersaglio diverse, in relazione alla specializzazione cellulare. Di conseguenza, lo stesso ligando, legandosi a recettori identici, produce risposte diverse in tipi diversi di cellule bersaglio; inoltre, lo stesso ligando può legarsi a recettori diversi, inducendo quindi le risposte diverse da parte delle cellule bersaglio. Il neurotrasmettitore acetilcolina è un esempio di come alcune molecole segnale possono avere recettori di vario tipo e indurre risposte cellulari di vario tipo, in cellule bersaglio diverse. Nelle cellule muscolari striate cardiache l’acetilcolina agisce tramite un recettore accoppiato a proteine G, mentre nelle cellule muscolari striate scheletriche agisce tramite un recettore annesso a canali ionici. Questi recettori generano segnali intracellulari diversi e l’azione dell’acetilcolina sul cuore riduce la frequenza e la forza delle contrazioni, mentre nel muscolo scheletrico determina un aumento della contrazione. Nelle cellule secernenti delle ghiandole salivari il legame dell’acetilcolina al recettore di membrana accoppiato a proteine G induce la secrezione.
Tipi di molecole segnale
Le principali molecole segnale extracellulari si possono distinguere in: (1) piccole molecole idrofobe che diffondono attraverso la membrana plasmatica; (2) molecole idrofile e/o troppo grandi per attraversare la membrana, come alcuni neurotrasmettitori. Nel primo caso l’azione della molecola segnale idrofoba dipende da un recettore intracellulare presente all’interno della cellula bersaglio. Nel secondo caso l’azione della molecola segnale dipende da un recettore di membrana (o recettore di superficie) presente sulla cellula bersaglio.
Recettori intracellulari
I recettori intracellulari sono in grado di legare in modo specifico molecole segnale extracellulari idrofobe (o lipofile) in grado di attraversare la membrana cellulare. Questo è il caso dei recettori per il monossido di azoto, dei recettori per gli ormoni steroidei, per gli ormoni tiroidei. Molti recettori intracellulari, come quelli per gli ormoni steroidei e tiroidei, sono fattori di trascrizione; una volta attivati dal legame del ligando specifico, essi attivano, o in alcuni casi inibiscono, la trascrizione di uno specifico gruppo di geni. Il monossido di azoto (NO) viene sintetizzato, a partire dall’arginina, diffonde liberamente attraverso la membrana plasmatica delle cellule endoteliali e la membrana cellulare delle cellule muscolari lisce vicine, dove si lega a recettori citosolici specifici per l’NO, inducendone il rilasciamento.
Recettori di membrana
La maggior parte delle molecole segnale extracellulare è troppo grossa e/o idrofila per attraversare la membrana plasmatica della cellula bersaglio e quindi si lega a recettori proteici della superficie cellulare. I recettori di membrana o recettori di superficie sono proteine transmembrana localizzate nella membrana plasmatica della cellula bersaglio e presentano un dominio extracellulare che lega la molecola segnale in modo altamente specifico. Il legame della molecola segnale extracellulare in genere induce un cambiamento di conformazione del recettore, che interessa anche il dominio citoplasmatico. In base al tipo di recettore coinvolto, la via di segna lazione intracellulare può essere attivata dall’interazione del recettore con un enzima di membrana (effettore), che catalizza la produzione di un secondo messaggero solubile oppure dal reclutamento di proteine di segnalazione intracellulare presso il dominio citoplasmatico del recettore. Indipendentemente dalla modalità di trasmissione del segnale, le vie di segnalazione sono costituite da una serie di proteine che agiscono in sequenza, in genere modificando la conformazione della proteina successiva (a valle) del la sequenza, attivandola o inibendola. I segnali trasmessi lungo le vie di segnalazione raggiungono infine la proteina, o le proteine, bersaglio, che causa(no) la risposta finale della cellula al segnale extracellulare. Si distinguono tre classi di recettori di superficie: recettori accoppiati a proteine G; accoppiati a enzimi; accoppiati a canali ionici a controllo di ligando.
a. I recettori accoppiati a proteine G
a. I recettori accoppiati a proteine G costituiscono la più grande famiglia di recettori di membrana; hanno tutti una struttura simile: un’unica catena polipeptidica che attraversa sette volte avanti e indietro la membrana plasmatica mediante sette α-eliche transmembrana connesse da anse citosoliche ed extracellulari alternate. Una volta legata la molecola segnale extracellulare (ligando), agiscono attivando proteine G (proteine trimeriche che legano GTP), le quali a loro volta determinano la regolazione dell’attività di una proteina bersaglio (effettore) legata alla membrana. I principali effettori delle proteine G sono: adenilato ciclasi, l’enzima responsabile della sintesi di AMP ciclico; e fosfolipasi C, l’enzima responsabile della formazione dell’inositolo trifosfato e del diacilglicerolo; o possono controllare canali ionici.
Recettori accoppiati a enizimi
b. I recettori accoppiati a enzimi sono proteine transmembrana che possono agire direttamente come enzimi o attivare altri enzimi, di norma mediante fosforilazione. Molti di questi recettori sono accoppiati ad attività proteino-chinasica; ad esempio, i recettori ad attività tirosina chinasica che sono proteine con un dominio citosolico capace si autofosforilarsi su superfici residui di tirosina, i quali fungono da ancoraggio per varie proteine citosoliche. Questa classe di recettori è la più diffusa e tra questi abbiamo molti fattori di crescita.
Recettori accoppiati a canali ionici
c. I recettori accoppiati a canali ionici a controllo di ligando ovvero l’apertura o la chiusura del canale ionico a cui è associato il recettore è determinata dai ligandi.
