Cosa tiene le cellule di un organo insieme?

Transcript

1 Corso di Laurea in Biotecnologie a.a. 2013/2014 Tecnologie per linee cellulari e cellule staminali Docente: Grazyna Ptak Tematica 1. Biologia cellulare: Interazioni tra le cellule e il loro ambiente Cosa tiene le cellule di un organo insieme?

2 Morfogenesi Come si formano i tessuti a partire da popolazioni cellulari? In che modo dai tessuti si costruiscono gli organi? Come fanno gli organi a formarsi in sedi particolari e in che modo le cellule migranti raggiungono le loro destinazioni? Come si accrescono gli organi e le loro cellule, e come è coordinato il loro accrescimento nel corso dello sviluppo?

3 Come le piccole cellule, fragili e esposte alla deformazione creano un organismo forte come un albero oppure un cavallo? 1. la parte essenziale dei tessuti: matrice extracellulare, un complesso network di macromolecole - aiuta a mantenere le cellule e i tessuti insieme - provvede un ambiente organizzato per le cellule migratorie dove esse si possono muovere ed interagire tra di loro. Diversità delle forme dipendente dalla necessita funzionale di particolare tessuto (osso, denti, cornea, tendini) Molecole della matrice sono prodotte da fibroblasti (condroblasti cartilagine, osteoblasti tessuto osseo) 2. il legame tra le cellule avviene tramite i giunzioni cellulari

4 The Extracellular Matrix (ECM) of Animal Cells Functions of the ECM include Support Adhesion Movement Regulation Determinazione sperimentale dello spessore della matrice extracellulare prodotta dalla cellula di cartilagine

5 Organizazzione della matrice extracellulare - impalcatura, ponteggi, travi, tubi e colla

6 Le due classi principali di macromolecole che compongono la matrice sono: 1. Glicosoaminoglicani (GAG), che solitamente si trovano legati alle proteine per formare I proteoglicani. Proteoglicano molecola proteica (core protein) alla quale la catena di glicosoaminoglicano (GAGs) viene ancorata. Un gel poroso (lega molte molecole di acqua) 2. Proteine fibrose appartenenti a due gruppi: Funzione strutturale: Collagene glicoproteine fibrose, molto resistenti; I,II,III struttura: alfa eliche tripliche Esempio: stroma corneale IV-trimer con struttura non elicale, si trova nelle membrane basali Funzione adesiva: Laminine - ruolo nella migrazione, nella crescita e la differenziazione-basal lamina Fibronettine favoricse il congiungimento dei fibroblasti e di varie altre cellule con la matrice

7 I GAG occupano ampi spazi e formano gel idratati I gruppi di GAG: Acido ialuronico Condroitinsolfato e dermatansolfato Eparansolfato ed eparina cheratansolfato

8 Acido ialuronico, è particolarmente abbondante nelle fasi precoce dello sviluppo; il ruolo: Resistenza a forze compresive Crea uno spazio privo di cellule, in cui le cellule stesse migrerano in seguito, questo avviene nel corso della formazione del cuore, della cornea ect. Quando la migrazione si interrompe, l acido ialuronico vienne degradato da parte dell enzima ialuronidasi È prodotto in grande quantità durante I processi di riparazione delle ferite

9 I collageni sono una famiglia di proteine fibrose presenti in tutti gli organismi pluricellulari La principale componente della pelle e dell osso. Più importanti proteine nei mammiferi, constituendo il 25% della massa tottale di proteine di questi animali. Contrariamente ai GAG, che resistono alle forze compressive, le fibrille di collageno costituiscono le strutture che resistono alla trazione.

10 Le molecole di collageno di tipo IV hanno una struttura più flessibile di quella dei collageni fibrillari e siaggregano per formare una magli di rete che contibuisce alla formazione della lamina basale. due estremi di organizzazione: il tessuto connettivo e il tessuto epiteliale

11 Fibronectine, dimeri glicoproteici Hanno siti di legame per gli altri componenti, come collagene e proteoglicani. Hanno siti di legame per i recettori sulla superficie cellulare Funzione: molecola di adesione, lega le cellule tra loro e ad altri substrati. - Corretto allineamento delle cellule con la loro matrice (aiutano a creare un stabile interconnesso network). - Importanti durante la migrazione cellulare, sopratutto durante lo sviluppo embrionale: percorsi di fibronectina guidano le cellule germinali alle gonadi e guidano le cellule cardiache verso la linea mediana del embrione (se si inettano anticorpi anti-fibronectine nel embrione di pollo.) Fig. Fibronectine nel embrione di Xenopus in via di sviluppo

12 La matrice extracellulare puo influenzare la forma della cellula, la sua sopravivenza e la proliferazione. Dinamica della matrice extracellulare - spaziale (retrazione e distensione) - rinnovo importanza per lo sviluppo embrionale e in seguito a danno tessutale

13 Esistono due modi fondamentali in cui le cellule animali formano I tessuti I mecanismi che dirigano le celule alla loro destinazione sono: La secrezione di una sostanza chimica solubile che attraga le cellule in migrazione (chemiotassi). Movies 15.2; 15.3 La formazione di molecole di adesione nella matrice extracellulare o alla superfice delle cellule per guidare le cellule in migrazione lungo la via corretta (via guidata di migrazione)

14 Cellule migratorie: sono guidate dalle proteine, fibronectine anticorpi anti-fibronectine bloccano il movimento delle cellule, quindi, lo sviluppo degli organi Altre, come il proteoglicano condroitinsolfato, inibiscono la locomozione e impediscono l acceso a determinati ristretti. Le cellule che non migrano situate lungo la via possono possedere superfici attraenti o repellenti, o possono mettere i filipodi, che toccando la cellula, ne alterano il comportamento

15 Lo sviluppo embrionale è caracterizzato dalla migrazione cellulare creste neurali (blu) cellule germinali primordiali (verde) anticorpi contro le laminine (rosso) sacco vitelino Cellule migratorie: nella cresta neurale, nei somiti, precursori delle cellule ematiche, delle cellule germinali, neuroni del sistema nervoso centrale

16 Adesioni focali come siti di produzione di segnali extracellulari Molte funzioni di segnalazione delle integrine dipendono da una tirosina chinasi citoplasmatica (FAK). Le adesioni focali sono spesso I siti più importanti di fosforilazione in tirosina in cellule in coltura

17 Adesione focale Ruolo delle integrine nella conessione tra la matrice Extracellulare e il citoscheletro il dominio citoplasmatico delle integrine rappresenta il sito di legame di varie proteine che creano un link con citoscheletro (filamenti di actina) fibre di actina (verde) integrine (rosso) rapresentano I siti di adesione focale

18 FAK aiuta a disasemblare le adesioni focali e questa perdita di adesioni sia necessaria per la normale adesione delle cellule. Molte cellule cancerose hanno livelli elevati di FAK.

19 Classi principali di caderine E caderine (caderine epiteliali, ovomoruline) cellule embrionali iniziali, in sequito restano limitate ai tessuti epiteliali P- caderine (caderine placentali) trofoblasto, cellule uterine (impianto), placenta N- caderine (caderine neurali) C caderine, movimenti di gastrulazione

20 La distibuzione di E-caderina e di N- caderina nel sistema nervoso in sviluppo E-caderina N-caderina Le cellule del tubo neurale hanno perso E- caderina e hanno acquisito N-caderina

21 Importanza delle N- caderine nella separazione dell ectoderma neurale da quello epidermico. Indotta mutazione delle N- caderine a lato sinistro del embrione di Xenopus.

22 Immunofluorescence confocal microscopy of E-cadherin (A-H) and JAM-1 (I-P) staining patterns during preimplantation development Thomas, F. C. et al. J Cell Sci 2004;117:

23 Gonadi di embrioni di topo colorate a 13 giorni di sviluppo con anticorpi per la E-caderina (rosso) e la laminina (giallo) Movie 19.1 caderine epiteliali

24 Varie giunzioni cellulari presenti in una cellula epiteliale di vertebrato