clase adhesion celular
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ADHESIADHESIÓÓN Y COMUNICACIN Y COMUNICACIÓÓN CELULARN CELULAR
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
célula
ligandoextracelular
Los receptores de adhesión median interacciones de diferentes tipos
uniones homofílicasEj. caderinas, N-CAM
uniones a través de una molécula extracelular puente. Ej. integrinas, proteoglicanos
uniones heterofílicasEj. integrinas, selectinas,I-CAMs
Alberts et al MBC 2002
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.
Lodish et al MBC 2004
Los receptores de adhesión se agrupan en cuatro familias principales
KNOCK OUT INTEGRINS & CADHERINS
N-cadE10, neurulation/somitogenesis defects, heart does not form
E-cad
die at time ofimplantation
La deleción de genes involucrados en la adhesión provoca letalidad o severos defectos en el funcionamiento y estructura de los tejidos
Lodish et al MBC 2004
Los receptores de adhesión se anclan al citoesqueleto mediante proteínas adaptadoras y de “scaffold”
Parsons, JCS 2003
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).
integrinas
receptor defactor de crecimiento
↑proliferación
Los receptores de adhesión transmiten información en los dos sentidos:extracelular intracelular e intracelular extracelular
citoesqueleto
seseññalizacializacióónn
receptores deadhesión
membranaplasmática
funcionamientofuncionamientoy estructuray estructura
celularcelular
estructuraestructura de la matrizde 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 reguladapor proteasas como las calpainas, y por la unión a PIP2.
adaptado de Calderwood, JCS 2004
anclajeanclaje
integrinainactiva
integrinaactiva
integrinaactiva
Las adhesiones son esenciales para la integridad y función de los epitelios
p la s m o d e s m a ta (p la n ts o n ly )3 .
c h e m ic a l s y n a p s e s2 .
g a p ju n c tio n s1 .
C O M M U N IC A T IN G J U N C T IO N S
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 )2 .
c e ll-c e ll ju n c tio n s (d e s m o s o m e s )1 .
In te rm e d ia te f ila m e n t a tta c h m e n t s ite s
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 )2 .
c e ll-c e ll ju n c tio n s (a d h e re n s ju n c tio n s )1 .
A c tin f ila m e n t a tta c h m e n t s ite s
A N C H O R IN G J U N C T IO N S
s e p ta te ju n c tio n s ( in v e rte b ra te s m a in ly )2 .
t ig h t ju n c tio n s (v e r te b ra te s o n ly )1 .
O C C L U D IN G J U N C T IO N S
p la s m o d e s m a ta (p la n ts o n ly )3 .
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C O M M U N IC A T IN G J U N C T IO N S
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A N C H O R IN G J U N C T IO N S
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t ig h t ju n c tio n s (v e r te b ra te s o n ly )1 .
O C C L U D IN G J U N C T IO N S
(uniones sellantes)
(UNIONES DE ANCLAJE)
(UNIONES OCLUYENTES O DE BARRERA)
(uniones adherentes)
(adhesiones focales)
(uniones en hendidura)
(UNIONES DE COMUNICACION)
Las uniones intercelulares de los epitelios cumplen distintas funciones
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 apical
cara baso-lateral
Las células epiteliales maduras se polarizan formando un dominio apical (= luminal) y uno basolateral.
Las uniones estrechas restringen la libre difusión de moléculas a través del epitelio
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
UNIONES OCLUYENTES O ESTRECHAS(TIGHT/OCCLUDING JUNCTIONS)
transporte vectorial deglucosa
Visualización de uniones estrechas por microscopía electrónica. Técnica de congelación y fractura
Al microscopio electrónico las uniones estrechas se visualizancomo una costura en la porción apical de las células epiteliales
Alberts et al MBC 2002
célula 1 célula 2
Claudinas, ocludinas y JAMs son las principales proteínas de transmembrana de las uniones estrechas
Los dominios extracelulares de claudinas, ocludinas y JAMs median interacciones homofílicasindependientes 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.
Claudinas, ocludinas y JAMs (Junction Adhesion Molecules) son mmiembros de la superfamilia de las IgG.
PAR
ZO
Las proteínas de scaffold ZO poseen dominios PDZ que se unen al terminal carboxilo de las ocludinas, claudinas y JAMs.
actin
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
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. segundosmensajeros, aminoácidos, Ca++); facilitando el acoplamiento metabólico y eléctrico de las células.
microscopíaelectrónica
La inyección de un trazador fluorescenteque pasa por las uniones en hendidurapermite visualizar la conectividad funcionalentre neuronas de la retina
La descarga del neurotransmisor dopamina disminuye la permeabilidad de las uniones en hendidura.
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 apertura de los conexones es regulada por calcio yotras moléculas de señalización
UNIONES DE ANCLAJE (ANCHORING JUNCTIONS)
En las uniones de anclaje proteínas de transmembrana interaccionan en trans a travésde 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.
Alberts et al MBC 2002
~ 20 nm
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
inmunofluorescencia de fibroblastos que muestranlas integrinas (verde) ancladasa las fibras de actina (rojo)
ADHESIONES FOCALES (FOCAL ADHESIONS)
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 anclaje
proteínas de transmembrana
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.
Lodish et al MBC 2004
Cohen et al., JCB 2004
Las uniones de anclaje y estrechas son esenciales para lapolarización 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.
Molecule Predominant Cellular Distribution
E-cadherin Preimplantation embryos, non-neural epithelial tissue P-cadherin Trophoblast N-cadherin Nervous system, lens, cardiac and skeletal muscle
Las caderinas constituyen una superfamilia numerosa y diversade 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.
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 caderinas median interacciones homofílicas dependientes de Ca2+
interacción en trans
cadherinrepeat
Las uniones de caderinas son reguladas por diversos mecanismos
Balzac et al., JCS 2005
A B
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).
células unidas separadas unidas unidas separadas
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.
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.
El reconocimiento homofílico de las caderinas permite la separación de grupos o poblaciones celulares
células sincaderinas
células transfectadas con caderinas e incubadas en presencia y en ausencia de Ca2+
conclusión: la adhesión requiere de caderinas y calcio.
resultado: las célulasque expresan las mismascaderinas se segregan. conclusión: la adhesión eshomotípica.
resultado: células que expresan diferentes niveles del mismo tipo de caderina se segregan.conclusión: diferenciascuantitativas en la expresión de caderinasjuegan un rol en laorganización de los tejidos
estado inicial
estadofinal
incubación con agitación +Ca2+
células transfectadascon E-caderinas (azul)y N-caderinas (naranja)
resultado:adhesión
resultado:no adhesión
mezcla de células que expresan diferentes niveles del mismo tipo de caderina
resultado:no adhesión
Expresión de diferentes caderinas en el cerebro de un embrión de ratón
Cada caderina se expresa ensegmentos o áreas especificas
El neuroectodermo expresa E-caderinas. Durantela formación del tubo neural el neuroepitelio cambiala expresión de E-caderinas por N-caderinas.
E-cad
N-cad
tubo neural
ectodermo
La expresión diferencial de caderinas permite la diferenciación de estructuras durante el desarrollo del sistema nervioso
Hynes. Cell 2002
(+ I domain)α1
α2α10
α11
collagen receptors(+ I domain)
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.
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
Zamir & Geiger, 2001
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 facilitadapor 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-integrinay actina: complejos de adhesión
Representación esquemática de un complejo de adhesión
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 .
motivo homólogo alde las inmunoglobulinas
puentes disulfuro
Las CAMs pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas y median adhesión homofílica independiente de Ca2+
motivos de FN III
N-CAM120N-CAM140
N-CAM180
Alberts et al MBC 2002
El agregado post-traducción de ácido siálico en algunas isoformas de N-CAM modula su función adhesiva
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.
Las selectinas median interacciones heterofílicas dependientes de Ca2+
extravasación de leucocitos
Función coordinada de selectinas, integrinas y caderinas durante la extravasación de leucocitos
(inactiva)
unión deαLβ2 y ICAM-1/2
expresión de selectina P y PAF
(activa)
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).
(↓VE-caderins, ↓PECAM)
Sixt et al COCB2006
La función de linfocitoses orquestada por unadiversidad de moléculasde adhesión
α4/β1
α6/β1
α2/β1
α4/β1
PECAM y VCAM-1 pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas.
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
epitelio
tejidoconectivo
membrana basal
normal carcinoma
La flecha en (F) indica células invasivas que han atravesado la membrana basal y se diseminan por el tejido subyacente
En proceso de TEM células neoplásicas degradan la membrana basal e invaden el estroma
Durante el desarrollo embrionario TEM permite la formaciónde estructuras nuevas a partir de los epitelios
↓ N-caderina
↑ caderina-7
↑ integrinas
↑ N-caderina
↑ N-caderina
Inmunofluorescencia doble que muestra la expresiónde caderina-7 en las células de la cresta neural desprendidas del tubo neural (C, flechas). Estascélulas no expresan caderinas-N (A, flechas).
Nakagawa &Takeichi, 1998
Las células de la cresta neural se originan por una transición epitelio-mesénquima
La expresión de genes involucrados enTEM son reguladospor señales externas
Kang & Masagué, Cell 2004
cytokines
La activación/expresión de factores de transcripción como Twist, Snail y SIP1reprimen la expresión de E-caderina y cateninas y estimulan la expresión de proteínas involucradas en motilidad.
Las VE caderinas del endotelio se desacoplan del citoesqueleto durante la extravasación de leucocitos
Shaw et al, J. Immunol. 2001
Visualización de la transmigración de leucocitos por time lapse. Células endoteliales cultivadas fuerontransfectadas 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
SESEÑÑALIZACIALIZACIÓÓN MEDIADA N MEDIADA POR LA ADHESIPOR LA ADHESIÓÓNN
La mayoría de las células dependen del anclaje a la matriz extracelular para su crecimiento, proliferación y supervivencia
La extensión de la célula sobre el substrato es un factor crítico para el crecimiento y la supervivencia.
= área totalde fibronectina
Growth
fibronectina
Chen et al., Science 1997
integrinas
caderinas
sobrevivencia, crecimiento y proliferación
diferenciación apoptosis
. ..... . ..... . ..... . .....
La estimulación y agregación de integrinas y caderinasactivan vías de señalización que regulan el crecimiento,la proliferación y la supervivencia de las células.
extendidaextendida
sobrevivencia y crecimiento
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.
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 MEy que estimula la vía de señalización de la MAP Kinasa
integrinas FAK Cas Crk JNKintegrinas FAK Grb2 Sos Ras 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
integrina caveolina Fyn Shc Grb2 Sos Ras ErkPTK adaptor adaptor GEF GTPase MAP
La máxima velocidad de migración celular se alcanza a estados de adhesión intermedios
Holly et al., Exp. Cell Res. 2000
Una adhesión al substrato débil o extremadamente fuerte inhiben la migración celular.
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.
Src-FAK
E-cadherin
Rac
polimerización de actinay extensión de lamelas
maduración de loscontactos adhesivos
+
+
-
+
A
B
(Schlaepfer, PBMB 1999)
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)
Las células deficientes en FAK exhiben defectos en la migración
La expresión desregulada de la tirosina kinasa Src provoca la desorganización del citoesqueleto de actina y altera la adhesión
Frame et al., Nature MCB 2002
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 normalesadhesiones normales
adhesiones aberrantesadhesiones aberrantes
La estimulación de las integrinas activa vías de señalización anti-apoptóticas mediadas por las kinasas PI-3K y AKT
integrinaECM
FAK
integrinas
RTKs
factores decrecimiento
matriz extracelular
FAK/Src/p130Cas Fyn/Shc
Erk
Ras
Grb2
caveolina
ciclo celular
activaciónsostenida
Rho
cki
Raf/MEK
ciclina D
PI-3k
Akt
caspasa 9Bad
apoptosis
Rac
JNK
p53
RTKs
factores decrecimiento
La estimulación de integrinas y receptores de factores de crecimiento genera señales que estimulan la proliferación e inhiben la apoptosis
integrinas
RTKs
factores decrecimiento
matriz extracelular
FAK/Src/p130Cas Fyn/Shc
Erk
Ras
Grb2
caveolina
ciclo celular
Rho
cki
Raf/MEK
ciclina D
PI-3k
Akt
caspasa 9Bad
apoptosis
Rac
JNK
p53
RTKs
factores decrecimiento
Las E-caderinas inhiben la proliferación reteniendo β-catenina en las adhesiones y promoviendo la expresión de p27 cki
E-caderina
β-catenina
cki
Las E-caderinas inhiben la actividad transcripcional de la beta catenina
cyclin D, matrylisin,fibronectin, myc.
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.
Integración de señales que regulan la proliferación.Moléculas de adhesión y factores de crecimiento
integrinas RTKs
factores decrecimiento
matrizextracelular
E-caderinas
β-catenina
Frizzled
Wnt
Erk
ciclo celular
cki
ciclina D
núcleo
uniones estrechas
Zona B
ZO-1
El reclutamiento deZona B-Cdk4 en elcitoplasma impide surol promotor de laproliferación.
El reclutamiento deβ-catenina en los complejos de caderinasimpide su rol promotorde la proliferación.
Cdk4estabilización
retención
retención
activación
síntesissíntesis
fosforilación,inactivación
La interacción de los epitelios con la membrana basal es crucial para su diferenciación
Estructura de un acino de glándula mamaria
lamina basal
lumen
polarización normal
O’Brien et al, NCB 2001; Bissell et al, COCB 2003
La inhibición del ensamble de la lamina basal produce unapolarización invertida
En rojo se muestra un marcador del dominio apical
MATRIZ EXTRACELULARMATRIZ EXTRACELULAR
proteoglicanoscolágenosfibronectinalaminina
Los proteoglicanos consisten de uno o varios glicosaminoglicanos (GAGs) unidos a proteínas
(ej. agrina, sindecano)
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.
Los proteoglicanos difieren en el tipo y número de GAGs
glicoproteína
proteoglicanos
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 ala 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.
Ser/Thr
Serina
GalNAc o Man
Asn GlcNAc
Keratansulfatos
Los keratan sulfatos se unen a la proteina por oligosacaridos cortos distintos al tetrasacarido de CS, DS y HS.
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 delas sinapsis en las uniones neuromusculares de ratones controles y knockoutpara 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) enlas 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 adhesióna componentes de la matriz extracelular
región que se une acolágenos I, III, IV, fibronectina y laminina
Las cadenas de heparan sulfato de sindecano se unen a diversos colágenos, fibronectina y laminina
Los colágenos son proteínas fibrosas que proveen resistencia mecánica
Type Molecule Composition Structural Features Representative Tissues
Fibrillar Collagens I [α1(I)]2[α2(I)] 300-nm-long fibrils Skin, tendon, bone,
ligaments, dentin, interstitial tissues
II [α1(II)]3 300-nm-long fibrils Cartilage, vitreous humor
III [α1(III)]3 300-nm-long fibrils; often with type I
Skin, muscle, blood vessels
V [α1(V)]3 390-nm-long fibrils with globular N-terminal domain; often with type I
Similar to type I; also cell cultures, fetal tissues
Fibril-Associated Collagens VI [α1(VI)][α2(VI)] Lateral association with type I;
periodic globular domains Most interstitial tissues
IX [α1(IX)][α2(IX)][α3(IX)] Lateral association with type II; N-terminal globular domain; bound glycosaminoglycan
Cartilage, vitreous humor;
Sheet-Forming Collagens IV [α1(IV)]2[α2(IV)] Two-dimensional network 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.
Las moléculas de colágeno son homo o teterotrímeros formados a partir de tres subunidades o cadenas alfa.
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
Los fibroblastos del tejido conectivo secretan colágenoy otros componentes de la matriz extracelular
microscopía electrónica
Síntesis de las fibras de colágeno
procolágenopeptidasas
lisiloxidasa
hidroxilasas
La fibronectina es una proteína modular multiadhesiva que interacciona con proteoglicanos y otras proteínas de la matriz
módulotipo III
microscopía electrónica
Los fibroblastos secretan y organizan la matriz
fibras de actina(intracelular)
fibras de fibronectina(extracelular)
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 citoesqueletode actina. La contracción del citoesqueleto contribuye al ensamble y organización de las fibras.
La secreción de fibronectina por los bibroblasts les permite adherirse y migrar.
La laminina es una de las principales moléculas multiadhesivas de las membranas basales
La molécula de laminina es un heterotrímero con forma de cruz que interacciona con diversos componentesde la matriz extracelular y con receptores de la superficie celular (integrinas, proteoglicanos).
binds integrins
microscopía electrónica
Laminina, colágeno IV y PGs forman una lámina basal asociada aepitelios 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 yes 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 funcionesen 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
lamina basal
lumen
polarización normal
O’Brien et al, NCB 2001; Bissell et al, COCB 2003
La inhibición del ensamble de la lamina basal produce unapolarización invertida
La lámina basal es esencial para organizar las sinapsis neuromusculares
daño al músculoy al nervio
degeneración; lalámina 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.
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.
La matriz es remodelada por la acción de proteasas extracelulares
(1) Metaloproteinasas de la matriz (MMP)
colagenasas instersticiales degradan colágenos fibrilares
estromelisinas degradan fibronectina, proteoglicanos, col IV
gelatinasas (colagenasas tipo IV) degradan col IV, fibronectina, elastinasu 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:
- laminina- fibronectina- colágeno IV- vitronectina
uPA: urokinase-plasminogen activator asociada a receptores de superficie (uPAR)tPA: tissue-type plasminogen activator secretada
las serpinas son inhibidores de las serine proteases
uPA o tPA plasminógeno plasmina activa la plasmina degrada