TESSUTI ANIMALI, MATRICE EXTRACELLULARE E GIUNZIONI CELLULARI

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1 TESSUTI ANIMALI, MATRICE EXTRACELLULARE E GIUNZIONI CELLULARI CELLULE E TESSUTI Negli organismi pluricellulari, le cellule sono organizzate in tessuti. Nei vertebrati abbiamo 4 principali tessuti: epiteliale, connettivo, muscolare e nervoso. I tessuti sono composti da cellule e da matrice extracellulare secreta dalle cellule. Le cellule possono interagire tra loro o con la matrice extracellulare. 1

2 SEZIONE TRASVERSALE INTESTINO: Tessuti epiteliale, connettivo e muscolare. B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, 17 3 MATRICE EXTRACELLULARE Rete di macromolecole che riempiono lo spazio extracellulare, molto abbondante nei tessuti connettivi, che formano l impalcatura del corpo dei vertebrati. Regola molte proprietà dei tessuti, influenza la migrazione, la proliferazione, la forma e le funzioni metaboliche cellulari. La matrice viene prodotta dalle cellule che vi sono immerse: i fibroblasti, gli osteoblasti (osso), i condroblasti (cartilagine) e ha una composizione ed una struttura variegata. La MATRICE EXTRACELLULARE è divisibile in: una MATRICE DI MATERIALE AMORFO una COMPONENTE FIBRILLARE 2

3 MATRICE EXTRACELLULARE (componente amorfa) PROTEOGLICANI: PROTEINE GLICOSILATE GLICOSAMMINOGLICANI (GAG): gel molto idratato in cui sono immerse le proteine fibrose. La struttura GAG resiste alla compressione, mentre le fibre di collagene e di elastina assicurano resistenza alla trazione. PROTEOGLICANI Sono costituiti da proteine legate a numerose e lunghe catene di glicosamminoglicani (GAG) che costituiscono circa il 90% del peso totale della molecola. Ci sono anche GAG non legati a proteine. I GAG sono formati da disaccaridi che si ripetono. IALURONANO 3

4 PROTEOGLICANI I proteoglicani e i GAG sono carichi negativamente e idrofili; perciò attirano cationi e acqua formando un gel idratato. Questo gel costituisce un filtro molecolare, lega varie molecole (es. ormoni), regola il turgore della matrice extracellulare, regola la migrazione cellulare. Essi conferiscono la resistenza alla compressione. Ci possono essere anche aggregati di vari proteoglicani o proteoglicani transmembrana che servono a legare la cellula alla matrice extracellulare. AGGRECANO uno dei principali componenti della cartilagine Un aggregato di aggrecano nella cartilagine ha la grandezza di una cellula batterica 4

5 MATRICE EXTRACELLULARE (componente fibrillare) PROTEINE FIBROSE STRUTTURALI: COLLAGENI ED ELASTINA PROTEINE FIBROSE ADESIVE: FIBRONECTINA e LAMININA PROTEINE FIBROSE STRUTTURALI: ELASTINA Principale componente della pelle, delle fibre elastiche specie i grandi vasi sanguigni (aorta), polmoni, vescica, utero etc. Simile al collagene ma non glicosilata, ha prolina spesso idrossilata, non OH-Lys Frequente sequenza GVP Legami crociati molto forti essenziali per la funzione elastica Assume una struttura a spire casuali che si possono deformare per poi tornare alla posizione originale Proteina extracellulare dominante nelle arterie 5

6 Sadava et al. Biologia.Blu, Ed. Zanichelli Schematic of the stages of elastogenesis.(i) Tropoelastin is transcribed and translated from the elastin (ELN) gene and (ii) transported to the plasma membrane in association with EBP. (iii) Tropoelastin is released and aggregates on the cell surface, while EBP disassociates to form a complex with available galactosides. (iv) Tropoelastin aggregates are oxidized by lysyl oxidase leading to cross-linked elastin that accumulates on microfibrils which help to direct elastin deposition. (v) The process of deposition and cross-linking continues to give rise to mature elastic fibers 6

7 B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, PROTEINE FIBROSE STRUTTURALI:ELASTINA Espressione genica The protein tropoelastin is the fundamental building component of all elastin. There is only one tropoelastin gene (ELN) in humans, in contrast to many other connective tissue proteins like the collagens that can be members of large, complex gene families (Bashir et al., 1989; Indik et al., 1989; Indik et al., 1987). The expression of this single ELN gene mainly occurs before birth and in the first few years of life when the cells of elastic tissues produce the elastin required for the body to develop. From a young age, ELN expression is turned down substantially as we make less elastin, such that by the time we are middle-aged only a trickle of elastin is produced and we rely mostly on the elastin that wasdeposited in the womb and those first few years of life (Cleary et al., 1967; Wirtschafter et al., 1967). To this end, Elastin has been shown to have a half-life of about 74 years (Shapiro et al., 1991) and is the longest lasting protein in the body. Elastin Based Constructs Lisa Nivison-Smith 1 and Anthony Weiss 1 [1] School of Molecular Bioscience, University of Sydney, B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, Australia

8 PROTEINE FIBROSE STRUTTURALI: COLLAGENE Famiglia di proteine fibrose strutturali presenti in tutti gli organismi pluricellulari principalmente nei tessuti connettivi. ESSO FORNISCE LA RESISTENZA ALLA TRAZIONE. Ciascuna molecola è formata da tre catene (catena α) superavvolte. Presenti molti residui di GLICINA e IDROSSIPROLINA E IDROSSILISINA Ci sono circa 20 diversi geni per le catene α e più di 10 tipi di molecole di collagene. I più diffusi sono i collageni fibrillari e cioè i tipi I, II e III. STRUTTURA DEL COLLAGENE Il collagene viene secreto come procollagene. In seguito a tagli proteolitici da parte della collagenasi forma le fibrille B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter,

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10 B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, fibroblasti Le cellule che secernono il collagene variano a seconda del tessuto connettivo considerato (osso, cartilagine, derma, etc.). Le stesse cellule lo degradano e lo rimodellano. B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter,

11 cellule B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, La disposizione delle fibre di collagene dipende dal tessuto connettivo considerato. Es. tendini fasci paralleli Es.(fig.) fasci disposti ad angolo retto nella cute. 11

12 La disposizione delle fibre di collagene è guidata dall azione dei fibroblasti. PROTEINE FIBROSE ADESIVE:FIBRONECTINA Famiglia di glicoproteine fibrillari di adesione che si legano alle cellule ed alla matrice extracellulare. Organizzano la matrice e la legano alle cellule (mediante le integrine). Hanno vari domini di legame. Il legame alle cellule (adesione focale) avviene grazie alle sequenze RGD (Arginina-glicina-aspartato). B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter,

13 GIUNZIONI CELLULA MATRICE: LE INTEGRINE Glicoproteine dimeriche transmembrana. Connettono la cellula alla matrice extracellulare. Nella cellula si legano a proteine adattatrici che a loro volta si legano al citoscheletro. Le integrine segnalano alle cellule se sono ben connesse alla matrice o no. B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, TIPOLOGIE DI TESSUTI EPITELIALI Gli epiteli possono avere funzione di protezione (barriera), di secrezione, assorbire sostanze, ricevere segnali. 13

14 I tessuti epiteliali poggiano su di una LAMINA BASALE 1) Supporto e organizzazione epiteli (ma anche cellule muscolari, nervose, etc.) 2) Separa gli epiteli dal tessuto connettivo 3) Filtro molecolare (es. glomerulo renale) e cellulare (impedisce ad alcune cellule di infiltrarsi negli epiteli) 4) Struttura base per la rigenerazione dei tessuti danneggiati. Funzioni della lamina basale 14

15 GIUNZIONI CELLULA-MATRICE NEGLI EPITELI: EMIDESMOSOMI EMIDESMOSOMI Giunzioni cellula-matrice che connettono i filamenti intermedi alla lamina basale attraverso una placca contenente proteine di connessione ed integrine (es. recettore per la laminina) 15

16 Composizione della lamina basale 1)Collagene di tipo IV. E un collagene reticolare e non fibrillare. 2)Laminina. E una glicoproteina di adesione con una funzione simile a quella della fibronectina. Consente giunzione Cellula-Matrice negli EMIDESMOSOMI interagendo con specifiche integrine (proteine di membrana); le integrine connettono la matrice ai filamenti intermedi del citoscheletro 3) Proteoglicani LE DUE TIPOLOGIE DI GIUNZIONI CELLULA-MATRICE 16

17 Giunzioni cellulari (cellula-cellula e cellula matrice) Meccanismi selettivi di adesione tra tipi cellulari diversi e tra questi e la matrice extracellulare permettono di dare origine a tessuti negli embrioni, alla cellule di migrare e comunicare tra loro. Epitelio intestinale (es. di epitelio polarizzato) 17

18 GIUNZIONI OCCLUDENTI (TIGHT JUNCTIONS) Dividono le membrane cellulari in subcompartimenti. Sigillano i foglietti epiteliali. Formate da file di proteine transmembrana sigillanti che interagiscono con quelle presenti sulle cellule adiacenti. 18

19 GIUNZIONI ADERENTI E A DESMOSOMA Connettono il citoscheltro di una cellula a quello di altre cellule, attraverso proteine di connessione citosoliche e caderine transmembrana (glicoproteine di collegamento sensibili al calcio). Apportano resistenza meccanica all epitelio. GIUNZIONI ADERENTI Giunzioni cellula-cellula che connettono i filamenti di actina spesso disposti in fasci paralleli (fascia di adesione o zonula adherens). La fascia di actina è potenzialmente contrattile. Si possono formare quindi dei sistemi contrattili estesi a più cellule. 19

20 GIUNZIONI ADERENTI TRIPSINA-EDTA : enzima proteolitico che rompe i legami peptidici delle proteine extracellulari (caderine) che costituiscono il substrato su cui le cell sono ancorate : la temperatura ottimale per il suo funzionamento è 37 C. Zonula adherens L'anello di actina può contrarsi o rilassarsi reversibilmente conferendo all'epitelio la possibilità di modificare l'estensione tridimensionale, sia per introflessione che per estroflessione rispetto al piano originale. Il processo di introflessione dell'epitelio è causato dal restringimento dell anello di actina sul lato apicale delle cellule, mentre quello di estroflessione è causato dal processo inverso di rilassamento dello stesso anello. 20

21 DESMOSOMI: forniscono ai tessuti resistenza alla trazione DESMOSOMI Caderine dei desmosomi 21

22 GIUNZIONI COMUNICANTI (GAP JUNCTIONS) Nelle giunzioni comunicanti, le membrane plasmatiche sono distanziate di circa 2-4 nm a causa dell'interposizione di proteine transmembranali dette connessine. Nel complesso, queste proteine delimitano dei canali idrofili continui tra le cellule adiacenti detti connessoni. Permettono L ACCOPPIAMENTO ELETTRICO E METABOLICO di cellule contigue lasciando passare ioni e piccole molecole (max Da - diametro circa 1,5 nm). GIUNZIONI COMUNICANTI (GAP JUNCTIONS) Neuronal gap junctions: making and breaking connections during development and injury Andrei B. Belousov, Joseph D. Fontes Volume 36, Issue 4, p , April

23 GIUNZIONI COMUNICANTI (GAP JUNCTIONS) Specifici segnali (neurotrasmettitori, Ca ++, ph) possono far chiudere o aprire le giunzioni comunicanti. B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter,

24 GIUNZIONI COMUNICANTI (GAP JUNCTIONS) B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, PLAMODESMI Mediano la connessione tra le cellule vegetali B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter,

25 B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter,