ADHESIÓN Y COMUNICACIÓN CELULAR

ADHESIÓN Y COMUNICACIÓN CELULAR
célula
ligando
extracelular
La adhesión celular involucra la unión de proteínas de transmembrana o receptores
(en verde) a un ligando extracelular inmobilizado (en azul) y al citoesqueleto (en rojo)
Alberts et al MBC 2002
Los receptores de adhesión median interacciones de diferentes tipos
Las moléculas de adhesión de una célula pueden unirse directamente a moléculas del mismo
tipo (unión homofílica) o a moléculas diferentes (unión heterofílica) en una célula adyacente.
uniones homofílicas
Ej. caderinas, N-CAM
uniones heterofílicas
Ej. integrinas, selectinas,
I-CAMs
uniones a través de una
molécula extracelular puente.
Ej. integrinas, proteoglicanos
Alberts et al MBC 2002
Los receptores de adhesión se agrupan en cuatro familias principales
Lodish et al MBC 2004
La deleción de genes involucrados en la adhesión provoca letalidad o
severos defectos
el funcionamiento
de los tejidos
KNOCKen
OUT
INTEGRINSy&estructura
CADHERINS
die at time of
implantation
E-cad
E10, neurulation/somito
N-cad genesis defects, heart
does not form
Los receptores de adhesión se anclan al citoesqueleto mediante
proteínas adaptadoras y de “scaffold”
Lodish et al MBC 2004
Los receptores de adhesión activan vías de señalización intracelulares
Las integrinas activan vías de señalización que sinergizan con vías activadas por factores de crecimiento.
Esta señalización regula procesos citoplasmáticos (ej. polimerización de la actina) y nucleares (transcripción).
receptor de
factor de
crecimiento
↑proliferación
integrinas
Parsons, JCS 2003
Los receptores de adhesión transmiten información en los dos sentidos:
extracelular Æ intracelular e intracelular Æ extracelular
estructura de la matriz
La unión de talina al dominio citosólico de la β-integrina
aumenta la afinidad del dominio extracelular por el ligando
(ECM). Este es un ejemplo de señalización “inside-out”.La
competencia de talina para unirse a la integrinia es regulada
por proteasas como las calpainas, y por la unión a PIP2.
integrina
activa
integrina
inactiva
receptores de
adhesión
señ
señalizació
alización
integrina
activa
membrana
plasmática
anclaje
citoesqueleto
funcionamiento
y estructura
celular
adaptado de Calderwood, JCS 2004
Las adhesiones son esenciales para la integridad y función de los epitelios
O C C L U D IN G J U N C T IO N S (UNIONES OCLUYENTES O DE BARRERA)
1.
(uniones sellantes) tig h t ju n c tio n s ( v e r te b r a te s o n ly )
2.
s e p ta te ju n c tio n s ( in v e r te b r a te s m a in ly )
A N C H O R IN G J U N C T IO N S (UNIONES DE ANCLAJE)
A c tin fila m e n t a tta c h m e n t s ite s
1.
2.
(uniones adherentes) c e ll- c e ll ju n c tio n s ( a d h e r e n s ju n c tio n s )
(adhesiones focales) c e ll- m a tr ix ju n c tio n s ( fo c a l a d h e s io n s )
In te r m e d ia te fila m e n t a tta c h m e n t s ite s
1.
c e ll- c e ll ju n c tio n s ( d e s m o s o m e s )
2.
c e ll- m a tr ix ju n c tio n s ( h e m id e s m o s o m e s )
C O M M U N IC A T IN G J U N C T IO N S (UNIONES DE COMUNICACION)
1.
(uniones en hendidura) g a p ju n c tio n s
2.
c h e m ic a l s y n a p s e s
3.
p la s m o d e s m a ta ( p la n ts o n ly )
Las uniones intercelulares de los epitelios cumplen distintas funciones
Las células epiteliales maduras se polarizan formando un dominio apical (= luminal) y uno basolateral.
cara apical
Uniones estrechas: Constituyen una barrera al pasaje de
moléculas entre la cara apical y basolateral.
Uniones adherentes: Asocian los citoesqueletos
contráctiles y son esenciales durante la morfogénesis.
Desmosomas: Asocian los citoesqueletos no contráctiles
y son esenciales para mantener la estructura del epitelio.
Hemidesmosomas: Asocian las células, mediante un
citoesqueleto no contráctil, a la membrana basal que limita
con el tejido subyacente.
Adhesiones focales: Asocian las células, mediante un
citoesqueleto contráctil, a la membrana basal.
Uniones en hendidura: Permiten el pasaje de iones,
segundos mensajeros, y otras moléculas pequeñas.
Contribuyen a la coordinación funcional del epitelio.
cara basolateral
UNIONES OCLUYENTES O ESTRECHAS
(TIGHT/OCCLUDING JUNCTIONS)
Las uniones estrechas restringen la libre difusión de moléculas a través del epitelio
transporte
vectorial de
glucosa
Microscopía electrónica que ilustra la barrera
formada por las uniones estrechas. En este
experimento se incubó un epitelio con
hidróxido de lantanio (opaco a los electrones).
Note que el lantanio no pasa las uniones estrechas
lantanio
lantanio
Al microscopio electrónico las uniones estrechas se visualizan
como una costura en la porción apical de las células epiteliales
Visualización de uniones estrechas por microscopía
electrónica. Técnica de congelación y fractura
Alberts et al MBC 2002
Claudinas, ocludinas y JAMs son las principales proteínas
de transmembrana de las uniones estrechas
Claudinas, ocludinas y JAMs (Junction Adhesion Molecules) son mmiembros de la superfamilia de las IgG.
actin
ZO
PAR
Las proteínas de scaffold ZO poseen dominios
PDZ que se unen al terminal carboxilo de las
ocludinas, claudinas y JAMs.
célula 1
célula 2
Los dominios extracelulares de claudinas, ocludinas y JAMs median interacciones homofílicas
independientes de calcio. Los dominios intracelulares se anclan al citoesqueleto de actina a través
de proteínas adaptadoras denominadas ZO ("Zonula Occludens"). Las JAMs también
interaccionan con proteínas PAR requeridas para establecer la polaridad de las células.
UNIONES EN HENDIDURA (GAP JUNCTIONS)
La mayoría de las células poseen uniones en hendidura. Al microscopio electrónico las membranas
conectadas por uniones en hendidura se separan unos 2-4 nm (panel de la izquierda). En una vista frontal
las uniones en hendidura se ven como agregados de estructuras cilíndricas (panel de la derecha).
Lodish et al MBC 2004
Las conexinas son las proteínas de transmembrana
que forman las uniones en hendidura
microscopía
electrónica
La asociación lateral de seis conexinas forman un canal o conexon que se acopla a otro idéntico en una
célula adyacente. Los conexones permiten el pasaje de iones y otras moléculas pequeñas (ej. segundos
mensajeros, aminoácidos, Ca++); facilitando el acoplamiento metabólico y eléctrico de las células.
La apertura de los conexones es regulada por calcio y
otras moléculas de señalización
Las uniones en hendidura son requeridas para
el desarrollo normal de los folículos ováricos.
Las células granulosas se acoplan entre si
y con el oocito a través de diferentes conexones
La inyección de un trazador fluorescente
que pasa por las uniones en hendidura
permite visualizar la conectividad funcional
entre neuronas de la retina
La descarga del neurotransmisor
dopamina disminuye la permeabilidad
de las uniones en hendidura.
UNIONES DE ANCLAJE (ANCHORING JUNCTIONS)
En las uniones de anclaje proteínas de transmembrana interaccionan en trans a través
de sus ectodominios, y se acoplan al citoesqueleto mediante sus dominios citosólicos.
Alberts et al MBC 2002
UNIONES ADHERENTES
(ADHERENS JUNCTIONS)
Las uniones adherentes forman bandas adhesivas cerca del extremo apical de las células epiteliales.
Las proteínas de transmembrana de las uniones adherentes son las caderinas. Los dominios
extracelulares de las caderinas de células adyacentes interaccionan entre si en presencia de calcio.
Los dominios intracelulares de las caderinas se anclan a los filamentos de actina.
~ 20 nm
Alberts et al MBC 2002
Diversos eventos morfogenéticos dependen de la contracción de los
anillos apicales de actina anclados a las uniones adherentes
Alberts et al MBC 2002
La contracción de los anillos contráctiles en el neuroectodermo
contribuye a la formación del tubo neural
Alberts et al MBC 2002
ADHESIONES FOCALES
(FOCAL ADHESIONS)
inmunofluorescencia de
fibroblastos que muestran
las integrinas (verde) ancladas
a las fibras de actina (rojo)
Las adhesiones focales anclan el citoesqueleto de actina a la matriz extracelular. Las
proteínas de transmembrana de las adhesiones focales son las integrinas. Las integrinas
se unen a moléculas de la matriz extracelular y a los filamentos de actina.
DESMOSOMAS Y HEMIDESMOSOMAS
Los desmosomas y hemidesmosomas son uniones de
anclaje especializadas de las células epiteliales. En estas
estructuras las proteínas de transmembrana se anclan a
los filamentos intermedios. Los desmosomas anclan
células epiteliales adyacentes. Los hemidesmosomas
anclan la cara basal de las células epiteliales a la lámina
basal.
Alberts et al MBC 2002
Visualización de desmosomas al microscopio electrónico
filamentos
de queratina
Alberts et al MBC 2002
Componentes moleculares de los desmosomas
proteínas de
transmembrana
proteínas de
anclaje
Las proteínas de transmembrana de los desmosomas son las
desmogleínas y desmocolinas, proteínas que pertenecen a la
superfamilia de las caderinas. Los dominios extracelulares de
desmogleínas y desmocolinas de células adyacentes interaccionan
entre sí en una manera dependiente de calcio. Sus dominios
intracelulares se unen a placoglobulinas y desmoplaquinas,
proteínas que anclan los receptores al citoesqueleto de filamentos
intermedios.
Las uniones de anclaje y estrechas son esenciales para la
polarización de las células epiteliales
Las células MDCK se polarizan cuando se cultivan confluentes sobre soportes porosos cubiertos con una
lámina basal sintética. Microscopía de fluorescencia y electrónica revelan que las células adquieren una
forma columnar, y diferencian un dominio apical con microvellosidades, y un dominio basolateral.
Lodish et al MBC 2004
Cohen et al., JCB 2004
Las caderinas constituyen una superfamilia numerosa y diversa
de moléculas de adhesión
Las caderinas clásicas son proteínas de membrana tipo I. El dominio extracelular se caracteriza
por la presencia de cinco motivos repetidos de ~110 aminoácidos (cadherin repeats). El dominio
citoplasmático interacciona con proteínas citosólicas denominadas cateninas. A esta clase
pertenecen las caderinas tipo E, P y N.
Molecule
Predominant Cellular Distribution
E-cadherin
P-cadherin
N-cadherin
Preimplantation embryos, non-neural epithelial tissue
Trophoblast
Nervous system, lens, cardiac and skeletal muscle
Las caderinas median interacciones homofílicas dependientes de Ca2+
cadherin
repeat
interacción
en trans
Los dominios denominados "cadherin repeats“ (CR) son homólogos a los motivos de inmunoglobulinas,
Entre CR adyacentes se encuentran residuos que unen Ca2+. La unión del Ca2+ estabiliza la conformación
extendida del dominio extracelular lo cual es esencial para la interacción de los dímeros en trans.
Las uniones de caderinas son reguladas por diversos mecanismos
La unión en trans de los dominios extracelulares de las caderinas requiere de calcio. La incubación de una
monocapa de células confluentes con un quelante de calcio (EGTA) inhibe reversiblemente la adhesión (panel
A). La unión de los dominios citosólicos de las caderinas al citoesqueleto es regulado por fosforilación. La
incubación de las células con in inhibidor de fosfatasas (PAO) provoca la pérdida de la adhesión (panel B).
A
B
células unidas
separadas
unidas
unidas
separadas
Balzac et al., JCS 2005
Las caderinas clásicas se unen al citoesqueleto de
actina a través de proteínas denominadas cateninas
Las caderinas clásicas E, P y N poseen
un dominio citosólico conservado que se
asocia al citoesqueleto de actina a través
de proteínas denominadas cateninas.
La β-catenina y la p120 se unen directamente
a la caderina. La β-catenina ancla el receptor
al citoesqueleto de actina mediante
interacciones con α-catenina y otras proteínas
(vinculina, α-actinina). La unión de β-catenina
y p120 estabilizan la expresión de las
caderinas en la superficie celular.
El reconocimiento homofílico de las caderinas permite
la separación de grupos o poblaciones celulares
células sin
caderinas
células transfectadas con
caderinas e incubadas en
presencia y en ausencia de Ca2+
células transfectadas
con E-caderinas (azul)
y N-caderinas (naranja)
mezcla de células que
expresan diferentes niveles
del mismo tipo de caderina
estado
inicial
incubación
con agitación
+Ca2+
estado
final
resultado:
no adhesión
resultado:
adhesión
resultado:
no adhesión
conclusión: la adhesión
requiere de caderinas
y calcio.
resultado: las células
que expresan las mismas
caderinas se segregan.
conclusión: la adhesión es
homotípica.
resultado: células que
expresan diferentes
niveles del mismo tipo
de caderina se segregan.
conclusión: diferencias
cuantitativas en la
expresión de caderinas
juegan un rol en la
organización de los tejidos
La expresión diferencial de caderinas permite la diferenciación de
estructuras durante el desarrollo del sistema nervioso
El neuroectodermo expresa E-caderinas. Durante
la formación del tubo neural el neuroepitelio cambia
la expresión de E-caderinas por N-caderinas.
E-cad
ectodermo
N-cad
tubo
neural
Expresión de diferentes caderinas en
el cerebro de un embrión de ratón
Cada caderina se expresa en
segmentos o áreas especificas
Las integrinas son una familia de moléculas de adhesión que
median interacciones heterofílicas dependientes de Mn2+ y Mg2+
Las integrinas son receptores de moléculas de la matriz extracelular. El receptor es un heterodímero
formado por una subunidad α y una β de una familia de subunidades α y β.
collagen receptors
(+ I domain)
α1
α2
(+ I domain)
α10
α11
Hynes. Cell 2002
Las subunidades alfa de los heterodímeros determinan en parte
la especificidad de unión por el ligando
Modelo de activación de las integrinas
Las integrinas existen en dos conformaciones alostéricas: inactiva (= baja afinidad por el ligando) y activa
(= alta afinidad por el ligando). La conformación inactiva es estabilizada por interacciones citoplasmáticas
entre las cadenas α y β, adyacentes al dominio de transmembrana. La unión de la proteína talina al dominio
citoplasmático de la beta integrina, induce un cambio conformacional que se propaga a lo largo de la
estructura y favorece la forma activa de alta afinidad.
low affinity
high affinity
microscopía electrónica
Giancotti, DevCell 2003
Las integrinas estimuladas se agregan y forman
complejos de adhesión focales
Las agregación de las integrinas incrementa la avidez por el ligando extracelular. La agregación es facilitada
por la unión al citoesqueleto de actina a través de proteínas tales como talina (ta), alfa actinina (α) y
tensina (te). Algunas proteínas asociadas a los complejos tienen una función reguladora, ej. FAK (F)
Marcación fluorescente de β1-integrina
y actina: complejos de adhesión
Representación esquemática de un complejo de adhesión
Zamir & Geiger, 2001
Las CAMs pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas
y median adhesión homofílica independiente de Ca2+
N-CAM140
N-CAM180
N-CAM120
motivo homólogo al
de las inmunoglobulinas
Las N-CAMs fueron las primeras CAMs
(Cell Adhesion Molecules) caracterizadas.
Existen ~ 20 isoformas de N-CAM
generadas por corte y empalme del RNA
de un único gen. Todas las CAMs
comparten motivos homólogos a los
encontrados en inmunoglobulinas .
puentes
disulfuro
motivos de FN III
Alberts et al MBC 2002
El agregado post-traducción de ácido siálico en algunas
isoformas de N-CAM modula su función adhesiva
Las selectinas median interacciones heterofílicas
dependientes de Ca2+
extravasación de leucocitos
Las selectinas poseen un dominio de lectina en el extremo distal de la región extracelular. Este dominio se
une a oligosacáridos específicos en glicolípidos y glicoproteínas en un modo dependiente de calcio. El
dominio intracelular se asocia al citoesqueleto de actina. Las selectinas median adhesiones de baja afinidad
entre leucocitos y las células endoteliales en etapas tempranas de la extravasación de leucocitos.
Función coordinada de selectinas, integrinas y caderinas
durante la extravasación de leucocitos
(inactiva)
(activa)
expresión de
selectina P y PAF
unión de
αLβ 2 y ICAM-1/2
(↓VE-caderins, ↓PECAM)
Estímulos inflamatorios inducen la expresión de selectinas P y el lípido PAF (Platelet- Activating Factor) en la
superficie de las células endoteliales (2). Las selectinas P se unen con baja afinidad a ligandos (P-Selectin
Glycoprotein Ligand o PSGL) expresados en la membrana de leucocitos provocando su detención (3). PAF
estimula a un receptor de los leucocitos que induce la activación de la integrina αLβ2 (3). Interacciones de
αLβ2 con ICAM-1/2 (4) y la inactivación de VE-caderinas y PECAM (Platelet Endothelial Cell Adhesion
Molecule) facilitan el pasaje trans-endotelial (5).
La función de linfocitos
es orquestada por una
diversidad de moléculas
de adhesión
α2/β1
α4/β1
PECAM y VCAM-1
pertenecen a la superfamilia
de las inmunoglobulinas.
α6/β1
α4/β1
Sixt et al COCB2006
La transición epitelio-mesénquima (TEM)
involucra cambios coordinados de la adhesión
TEM consiste en el cambio de fenotipo epitelial a uno mesenquimático. Las células epiteliales
polarizadas se convierten en células fibroblastoides, áltamente migratorias. Este proceso requiere
de la inhibición de la expresión de las caderinas-E, la expresión de caderina-N y de una variedad
de integrinas involucradas en migración, por ejemplo, αvβ6, α5β1, etc.
transición epitelio-mesénquima en células de carcinoma
En proceso de TEM células neoplásicas degradan la membrana basal
e invaden el estroma
normal
carcinoma
epitelio
membrana
basal
tejido
conectivo
La flecha en (F) indica células invasivas que han atravesado la membrana basal y se diseminan por el tejido subyacente
Durante el desarrollo embrionario TEM permite la formación
de estructuras nuevas a partir de los epitelios
Las células de la cresta neural se originan por una transición epitelio-mesénquima
Inmunofluorescencia doble que muestra la expresión
de caderina-7 en las células de la cresta neural
desprendidas del tubo neural (C, flechas). Estas
células no expresan caderinas-N (A, flechas).
↓ N-caderina
↑ caderina-7
↑ integrinas
↑ N-caderina
↑ N-caderina
Nakagawa &Takeichi, 1998
La expresión de genes involucrados enTEM son regulados
por señales externas
cytokines
La activación/expresión de factores de
transcripción como Twist, Snail y SIP1
reprimen la expresión de E-caderina y
cateninas y estimulan la expresión de
proteínas involucradas en motilidad.
Kang & Masagué, Cell 2004
Las VE caderinas del endotelio se desacoplan del
citoesqueleto durante la extravasación de leucocitos
Visualización de la transmigración de leucocitos por time lapse. Células endoteliales cultivadas fueron
transfectadas con VE caderina-GFP y activadas con TNFα. Leucocitos polimorfonucleares marcados
con Cell Tracker orange (rojo) se sembraron sobre la monocapa y se filmaron. Note el pasaje de los
leucocitos entre dos células endoteliales adyacentes (flecha en 3:00).
0
0:45
3:00
3:15
3:30
3:45
4:00
4:15
4:30
9:15
video disponible
Shaw et al, J. Immunol. 2001
SEÑALIZACIÓN MEDIADA
POR LA ADHESIÓN
La mayoría de las células dependen del anclaje a la matriz
extracelular para su crecimiento, proliferación y supervivencia
La estimulación y agregación de integrinas y caderinas
activan vías de señalización que regulan el crecimiento,
la proliferación y la supervivencia de las células.
sobrevivencia,
crecimiento y
proliferación
sobrevivencia
y crecimiento
La extensión de la célula sobre el
substrato es un factor crítico para el
crecimiento y la supervivencia.
caderinas
Growth
= área total
de fibronectina
integrinas
apoptosis
diferenciación
....
....
....
....
Las células epiteliales requieren del contacto con la
matriz para su diferenciación. Durante la involución
de la glándula mamaria y de la próstata, la lámina
basal se degrada y las células mueren por apoptosis.
fibronectina
extendida
extendida
Chen et al., Science 1997
La unión de las integrinas a la matriz extracelular (ME) y su agregación
forma complejos de adhesión que reclutan y activan tirosín kinasas
Fibroblastos adheridos sobre fibronectina activan la fosforilación de numerosas proteínas en los
complejos de adhesión. Esto puede apreciarse por inmunofluorescencia con un anticuerpo
anti-fosfotirosina. Las flechas señalan los focos de adhesión teñidos con el anticuerpo.
FAK es una tirosina-kinasa que se activa en respuesta a la adhesión a la ME
y que estimula la vía de señalización de la MAP Kinasa
integrinas Æ FAK Æ Cas Æ Crk Æ JNK
integrinas Æ FAK Æ Grb2 Æ Sos Æ Ras Æ Erk
(MAP kinasa)
(MAP kinasa)
expresión de ciclinas D;
proliferación
Algunas integrinas se localizan en rafts lipídicos y activan la MAPK por
una vía dependiente de caveolina y Fyn e independiente de FAK
PTK
adaptor adaptor
GEF
GTPase
MAP
integrina Æ caveolina Æ Fyn Æ Shc Æ Grb2 Æ Sos Æ Ras Æ Erk
La máxima velocidad de migración celular se alcanza a estados
de adhesión intermedios
Una adhesión al substrato débil o extremadamente fuerte inhiben la migración celular.
Holly et al., Exp. Cell Res. 2000
Las integrinas regulan la adhesión y la motilidad a través de señales
dependientes de la activación de Src y FAK
Las células normales producen
focos de adhesión alargados
(flechas en (A). Las células
deficientes en FAK (B) producen
múltiples focos pequeños.
E-cadherin
A
+
Src-FAK
B
+
Rac
maduración de los
contactos adhesivos
(Schlaepfer, PBMB 1999)
+
polimerización de actina
y extensión de lamelas
Las células deficientes en FAK exhiben defectos en la migración
Las células normales se polarizan formando una lamela de avance en la dirección de
la migración (flechas en A). Las células deficientes en FAK exhiben defectos en la
polarización y producen múltiples lamelas (cabezas de flecha en B).
videos disponibles (Tilghman et al JCS2005)
La expresión desregulada de la tirosina kinasa Src provoca la
desorganización del citoesqueleto de actina y altera la adhesión
Fibroblastos transfectados con el cDNA que codifica un mutante termosensible de v-Src constitutivamente
activa. A la temperatura no permisiva v-Src no se expresa y la célula exhibe un fenotipo normal (a). A la
temperatura permisiva la kinasa mutante es funcional y la célula exhibe un fenotipo transformado (b).
adhesiones normales
adhesiones aberrantes
Frame et al., Nature MCB 2002
La estimulación de las integrinas activa vías de señalización
anti-apoptóticas mediadas por las kinasas PI-3K y AKT
integrina
ECM
FAK
La estimulación de integrinas y receptores de factores de crecimiento
genera señales que estimulan la proliferación e inhiben la apoptosis
matriz extracelular
integrinas
caveolina
factores de
crecimiento
factores de
crecimiento
RTKs
FAK/Src/
p130Cas
RTKs
Fyn/Shc
Grb2
Ras
PI-3k
Rac
Rho
Raf/MEK
Akt
JNK
Bad
Erk
caspasa 9
p53
cki
ciclina D
apoptosis
ciclo celular
activación
sostenida
Las E-caderinas inhiben la proliferación reteniendo β-catenina en
las adhesiones y promoviendo la expresión de p27 cki
matriz extracelular
integrinas
caveolina
factores de
crecimiento
factores de
crecimiento
RTKs
FAK/Src/
p130Cas
RTKs
Fyn/Shc
Grb2
Ras
PI-3k
Rac
Rho
Raf/MEK
E-caderina
Akt
JNK
Bad
Erk
β-catenina
caspasa 9
p53
cki
ciclina D
apoptosis
ciclo celular
cki
Las E-caderinas inhiben la actividad transcripcional de la beta catenina
Solo cuando las células se estimulan con el factor Wnt, la beta catenina es estabilizada en el
citosol y puede translocarse al núcleo para promover la transcripción de genes pro-invasivos y
mitogénicos. Esta actividad requiere de la asociación con los factores de transcripción TCF y LEF.
cyclin D, matrylisin,
fibronectin, myc.
Integración de señales que regulan la proliferación.
Moléculas de adhesión y factores de crecimiento
Wnt
El reclutamiento de
β-catenina en los
complejos de caderinas
impide su rol promotor
de la proliferación.
factores de
matriz
extracelular crecimiento
E-caderinas
integrinas
RTKs
uniones estrechas
Frizzled
retención
fosforilación,
inactivación
activación
ZO-1
retención
estabilización
β-catenina
cki
Zona B
Erk
El reclutamiento de
Zona B-Cdk4 en el
citoplasma impide su
rol promotor de la
proliferación.
síntesis
ciclina D
ciclo celular
Cdk4
síntesis
núcleo
La interacción de los epitelios con la membrana basal
es crucial para su diferenciación
Estructura de un acino de glándula mamaria
polarización normal
La inhibición del ensamble de
la lamina basal produce una
polarización invertida
lumen
lamina
basal
En rojo se muestra un marcador del dominio apical
O’Brien et al, NCB 2001; Bissell et al, COCB 2003
MATRIZ EXTRACELULAR
¾ proteoglicanos
¾ colágenos
¾ fibronectina
¾ laminina
Los proteoglicanos consisten de uno o varios
glicosaminoglicanos (GAGs) unidos a proteínas
Los GAGs consisten en repeticiones de un disacárido que contiene usualmente un ácido urónico
(D-glucourónico o L-idurónico) o galactosa y una N-acetil glucosamina o N-acetil galactosamina.
Uno o ambos residuos estan sulfatados.
(ej. agrina, sindecano)
Los proteoglicanos difieren en el tipo y número de GAGs
proteoglicanos
glicoproteína
El agrecano posee mas de 100 GAGs. Decorina es el único PG con un solo GAG.
Los PGs poseen una mayor proporción de carbohidratos que las glicoproteínas.
La unión de GAGs a proteínas ocurre en serina, treonina, o asparagina,
dependiendo del PG.
Condroitin, dermatan, y heparan sulfatos se unen mediante un tetrasacárido a
la proteína. La xilosa es adicionada a una serina en la secuencia Ser-Gly-X-Gly.
Cada residuo es agregado por una enzima distinta. La elongación y
modificación de los azúcares de los GAGs se realiza en el Golgi.
Serina
Los keratan sulfatos se unen a la
proteina por oligosacaridos cortos
distintos al tetrasacarido de CS,
DS y HS.
Ser/Thr
GalNAc o Man
Keratan
sulfatos
Asn
GlcNAc
Función estructural de los PGs: Agrina es un heparan sulfato PG
esencial para organizar las sinapsis en las uniones neuromusculares
Agrina es secretado por las motoneuronas. Comparación del desarrollo de
las sinapsis en las uniones neuromusculares de ratones controles y knockout
para agrina. En ausencia de agrina los receptores de acetilcolina en las
fibras musculares no se agregan (puntos rojos).
Terminales axonales de motoneuronas (verde) y
agregación de receptores de acetilcolina (rojo) en
las placas terminales de las uniones neuromusculares.
(Lichtman & Sanes, 2003)
Scaffolding y señalización: PGs de la matriz extracelular se unen a
factores de crecimiento y modulan su actividad
Los PGs sindecano y perlecano actúan como reservorios de FGF, uniendo moléculas de FGF y evitando
su degradación por proteasas extracelulares. Estos PGs además presentan el FGF a sus receptores; en su
ausencia, las células no responden al FGF. Otro PG, decorina, se une al TGF-β y lo presenta a sus receptores.
Algunos proteoglicanos en la superficie celular median adhesión
a componentes de la matriz extracelular
Las cadenas de heparan sulfato de sindecano se unen a diversos colágenos, fibronectina y laminina
región que se une a
colágenos I, III, IV,
fibronectina y laminina
Los colágenos son proteínas fibrosas que proveen resistencia mecánica
Las moléculas de colágeno son homo o teterotrímeros formados a partir de tres subunidades o cadenas alfa.
Type
Molecule Composition
Fibrillar Collagens
I
[α1(I)]2[α2(I)]
II
[α1(II)]3
III
[α1(III)]3
V
[α1(V)]3
Fibril-Associated Collagens
VI [α1(VI)][α2(VI)]
Structural Features
Representative Tissues
300-nm-long fibrils
Skin, tendon, bone,
ligaments, dentin,
interstitial tissues
300-nm-long fibrils
Cartilage, vitreous
humor
300-nm-long fibrils; often with
Skin, muscle, blood
type I
vessels
390-nm-long fibrils with globular Similar to type I; also
N-terminal domain; often with
cell cultures, fetal
type I
tissues
Lateral association with type I;
periodic globular domains
IX [α1(IX)][α2(IX)][α3(IX)] Lateral association with type II;
N-terminal globular domain;
bound glycosaminoglycan
Sheet-Forming Collagens
Two-dimensional network
IV [α1(IV)]2[α2(IV)]
Most interstitial tissues
Cartilage, vitreous
humor;
All basal laminaes
SOURCE: K. Kuhn, 1987, in R. Mayne and R. Burgeson, eds., Structure and Function of
Collagen Types, Academic Press, p. 2; M. van der Rest and R. Garrone, 1991, FASEB J.
5:2814.
Los fibroblastos del tejido conectivo secretan colágeno
y otros componentes de la matriz extracelular
Microscopía electrónica de barrido. Fibroblastos
de tejido conectivo entre fibras de colágeno
Microscopía electrónica de transmisión. Fibras de
colágeno con distintas orientaciones envuelven un
fibroblasto
microscopía electrónica
Síntesis de las fibras de colágeno
hidroxilasas
procolágeno
peptidasas
lisil
oxidasa
La fibronectina es una proteína modular multiadhesiva que interacciona
con proteoglicanos y otras proteínas de la matriz
microscopía electrónica
módulo
tipo III
Los fibroblastos secretan y organizan la matriz
La secreción de fibronectina por los bibroblasts les permite adherirse y migrar.
fibras de fibronectina
fibras de actina
(extracelular)
(intracelular)
Observe la co-distribución de la actina (intracelular)
y las fibras de fibronectina (extracelular).
Las integrinas en la superficie de los fibroblastos ligan las fibras de matriz extracelular con el citoesqueleto
de actina. La contracción del citoesqueleto contribuye al ensamble y organización de las fibras.
La laminina es una de las principales moléculas
multiadhesivas de las membranas basales
microscopía electrónica
binds integrins
La molécula de laminina es un heterotrímero con forma de cruz que interacciona con diversos componentes
de la matriz extracelular y con receptores de la superficie celular (integrinas, proteoglicanos).
Laminina, colágeno IV y PGs forman una lámina basal asociada a
epitelios y otros tejidos
La lámina basal es una malla fibrosa de entre 40-120 nm de espesor, compuesta principalmente por
colágeno tipo IV, laminina, nidógeno y el proteoglicano perlecano. Cumple una función de soporte y
es requerida para la diferenciación de los epitelios y otras células.
Microscopía electrónica de barrido de una lámina basal
célula epitelial
lámina basal
fibras de colágeno
La lámina basal cumple diferentes funciones
en los distintos tejidos
La lámina basal provee un substrato para el anclaje de los epitelios, envuelve individualmente a
las células musculares y adiposas y sirve de filtro en el glomérulo renal, donde las células
epiteliales permiten el pasaje paracelular de substancias de los capilares sanguíneos.
La interacción de los epitelios con la membrana basal
es crucial para su diferenciación
Estructura de un acino de glándula mamaria
polarización normal
La inhibición del ensamble de
la lamina basal produce una
polarización invertida
lumen
lamina
basal
O’Brien et al, NCB 2001; Bissell et al, COCB 2003
La lámina basal es esencial para organizar las sinapsis neuromusculares
Experimentos de regeneración demuestran que tanto los axones de las motoneuronas como las fibras musculares
detectan componentes de la lámina basal que contribuyen a su diferenciación.
daño al músculo
y al nervio
degeneración; la
lámina basal persiste
agrina produce la agregación de los receptores de acetilcolina
en la membrana de la célula muscular. En ratones knockout
para agrina los AchR no se agregan.
La matriz es remodelada por la acción de
proteasas extracelulares
‰ colagenasas instersticiales Æ degradan colágenos fibrilares
(1) Metaloproteinasas
de la matriz (MMP)
‰ estromelisinas Æ degradan fibronectina, proteoglicanos, col IV
‰ gelatinasas (colagenasas tipo IV) Æ degradan col IV, fibronectina, elastina
su actividad depende de iones zinc
o calcio
Las tres clases de metaloproteinasas poseen inhibidores endógenos (tissue inhibitors of metalloproteinasas = TIMPs).
En condiciones normales las actividades de MMP y TIMPs están balanceadas.
(2) Serine
proteases
‰ Activadores del plasminógeno (PAs). Hay 2 tipos:
uPA: urokinase-plasminogen activator Æ asociada a receptores de superficie (uPAR)
tPA: tissue-type plasminogen activator Æ secretada
- laminina
- fibronectina
uPA o tPA Æ plasminógeno Æ plasmina activa
la plasmina degrada
- colágeno IV
- vitronectina
las serpinas son inhibidores de las serine proteases