Giunzioni e specializzazioni. Created by G. Papaccio 1

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1 Giunzioni e specializzazioni Created by G. Papaccio 1

2 Dinamiche cellulari Le cellule sono entità dinamiche correnti continue trascinano mitocondri, granuli e vacuoli di varia natura: CICLOSI Created by G. Papaccio 2

3 esempio di ciclosi è anche il movimento dei cromosomi durante la mitosi (microtubuli). Altra dimostrazione dell intervento dei microtubuli nella ciclosi, la troviamo nei melanociti: i melanosomi si spostano secondo linee radiali che coincidono con la posizione dei microtubuli all interno della cellula. Created by G. Papaccio 3

4 funzione meccanica degli epiteli protezione, integrità, contenimento a cosa si devono queste proprietà degli epiteli? concentria-moci su: stabilità morfologica delle cellule adesione fra cellule

5 negli epiteli, le cellule hanno un precisoorientamento; è pertanto possibile indicare con un nome preciso le loro porzioni lato apicale lume dell organo superfici laterali lato basale lamina basale

6 questa regola non vale per tutti i tessuti le cellule del sangue, per esempio, non possiedono alcun orientamento

7 le cellule epiteliali spesso possiedono una polarizzazione funzionale, rivelata dalla distribuzione asimmetrica di organelli laterale nucleo dislocato in sede basale apicale basale Golgi in posizione intermedia e vescicole di secrezione accumulate all apice della cellula laterale lamina basale RER e mitocondri in sede basolaterale Created by G. Papaccio 7

8 Specializzazioni delle cellule epiteliali La cellula epiteliale presenta specializzazioni strutturali, necessarie a: Produrre secrezioni Espletare funzioni di trasporto Mantenere l integrità strutturale Created by G. Papaccio 8

9 Polarità delle cellule epiteliali Molte cellule epiteliali sono specializzate in: Produzione di secrezioni esocrine o endocrine Movimento di fluidi sulla superficie epiteliale Movimento di fluidi e soluti attraverso l epitelio stesso polarità lungo l asse che si estende dalla membrana basale alla superficie libera consiste nella distribuzione simmetrica di organelli e di specializzazioni di membrana Created by G. Papaccio 9

10 Polarità di una tipica cellula cilindrica Superficie libera provvista di microvilli o ciglia Golgi vicino al nucleo Nucleo vicino alla MB Mitocondri concentrati verso il lato basale Membrana cellulare ripiegata e adesa alla MB Cellula fermamente adesa alle cellule adiacenti Created by G. Papaccio 10

11 Resistenza meccanica degli epiteli Al fine di preservare l integrità meccanica del tessuto, le cellule epiteliali devono legarsi le une alle altre, per cui osserviamo: un diffuso ripiegamento delle membrane cellulari COMPLESSI GIUNZIONALI Created by G. Papaccio 11

12 Tipi di giunzioni fra cellule Giunzione occludente zonula occludens o tight junction Giunzione aderente intermedia zonula adhaerens Desmosoma macula adhaerens Contatto focale Giunzione serrata gap junction o nexus Created by G. Papaccio 12

13 Complesso giunzionale Created by G. Papaccio 13

14 Complesso giunzionale Created by G. Papaccio 14

15 Giunzioni di membrana Created by G. Papaccio 15

16 Giunzioni occludenti Created by G. Papaccio 16

17 Giunzioni Occludenti Le superfici extra-cellulari di due membrane plasmatiche adiacenti sono in intimo contatto NON lasciano alcuno spazio tra le membrane Formano una banda intorno all'intera cellula Sigillano le cavità corporee

18 giunzione occludente Parziale fusione degli strati lipidici; è la piu forte giunzione; impermeabile ad acqua e soluti; crea canali interfacciali Created by G. Papaccio 18

19 Giunzioni Occludenti Impediscono la diffusione delle molecole organiche Possono lasciare passare piccoli ioni ed acqua Non sono associate con alcun elemento del citoscheletro

20 Giunzione occludente Al microscopio elettronico, una giunzione occludente appare come un area di stretta apposizione di aree adiacenti di membrana plasmatica (MP), corrispondente al sito di attacco sulla membrana delle proteine Created by G. Papaccio 20

21 Giunzione occludente Created by G. Papaccio 21

22 Giunzione occludente Permettono agli epiteli di servire da superficie di separazione, non permettono il passaggio di molecole. rete ramificata di filamenti sigillanti che contornano l estremità apicale di ciascuna cellula del foglietto epiteliale ciascun filamento è composto da una lunga fila di proteine di adesione transmembrana immerse in entrambe le membrane; i domini extracellulari si uniscono tra loro per occludere

23 Proteine delle Giunzioni Occludenti Proteine principali: CLAUDINE (di diverso tipo, presenti diversamente nelle giunzioni strette) e OCCLUDINE (funzione incerta, si associano con proteine periferiche intracellulari di membrana chiamate PROTEINE ZONALI - zona occludens- che ancorano i filamenti al citoscheletro di actina)

24 Proteine delle Giunzioni Occludenti

25 Giunzioni occludenti Created by G. Papaccio 25

26 Giunzioni ancoranti Created by G. Papaccio 26

27 Giunzione aderente: Accollamento delle membrane, separate dal cemento intercellulare (acido ialuronico) Giunzioni di membrana Created by G. Papaccio 27

28 Giunzioni Ancoranti Forte struttura che attraversa la membrana ed è attaccata al citoscheletro. Composte da 2 classi principali di proteine: proteine di ancoraggio intracellulare (formano una placca sulla superficie citoplasmatica della membrana e connettono il complesso giunzionale o ai filamenti di actina o a filamenti intermedi) proteine di adesione transmembrana (coda citoplasmatica che si attacca a una o più proteine di ancoraggio intracellulari e ad un dominio extracellulare che interagisce con domini extracellulari di proteine di adesione transmembrana specifiche su un altra cellula). Molte giunzioni contengono proteine di segnalazione intracellulare che rendono le giunzioni capaci di segnalare all interno della cellula.

29 Le giunzioni aderenti esistono in 2 forme funzionalmente diverse: g. aderenti: caderine + catenine Esistono in varie forme e sono presenti in molti tessuti non epiteliali punti di attacco tondeggianti o a striscia che connettono indirettamente i filamenti di actina corticali di 2 cellule interagenti formano una cintura di adesione sotto le giunzioni strette morfogenesi un fascio contrattile di filamenti di actina si trova adiacente alla cintura orientato in senso parallelo alla membrana (legame actina-membrana tramite proteine come CATENINE, VINCULINA, α- ACTININA)

30 Giunzione intermedia Zonula adhaerens Ultrastrutturalmente, una giunzione aderente si presenta come una placca fioccosa (P) di materiale elettrondenso adiacente alla membrana plasmatica (MP), entro la quale si inseriscono i filamenti di actina (A.) Created by G. Papaccio 30

32 desmosoma desmogleina desmoplachina Desmosoma: Giunzione tenace, rinforzata dalla presenza di addensamenti su cui si agganciano abbondanti fasci di filamenti citoscheletrici interstizio citocheratina Created by G. Papaccio 32

33 Desmosoma Giunzione tenace, rinforzata dalla presenza di addensamenti su cui si agganciano abbondanti fasci di Filamenti Intermedi Connessione tra cellule adiacenti Permette distribuzione dello stress meccanico Spazio tra le membrane permette passaggio delle molecole

34 Created by G. Papaccio 34 Desmosoma

35 Desmosoma Le placche di adesione discoidali (P) nelle cellule adiacenti si evidenziano come aree elettrondense entro le quali si inseriscono i filamenti di citocheratina (FC). Le membrane plasmatiche (MP) tra le placche di adesione sono distanti circa 30 nm e in alcuni desmosomi si possono vedere delle bande elettrondense tra una cellula e l altra (X). Created by G. Papaccio 35

36 Desmosoma Created by G. Papaccio 36

37 Desmosoma Created by G. Papaccio 37

38 Emidesmosoma Created by G. Papaccio 38

39 Emidesmosomi Strutture asimmetriche Una piastra ancora la parte basale della cellula alla lamina basale Questa piastra contiene Filamenti Intermedi Cheratine o tonofilamenti Filamenti di Laminina legano la placca alla lamina basale Contribuiscono alla stabilità dell'epitelio

40 Emidesmosoma Dal punto di vista ultrastrutturale, un emidesmosoma consiste di una placca densa (P), composta da proteine di collegamento intercellulari, quali la desmoplachina, in cui si inseriscono i filamenti intermedi di citocheratina (C). Il legame con la matrice extracellulare (M) è visibile come una serie di sottili fibrille di ancoraggio (F) composte da collagene di tipo VII. Created by G. Papaccio 40

41 Emidesmosomi

42 Contatti focali Fasci di filamenti di actina interagiscono con proteine di collegamento (α-actinina, vinculina e talina) per legarsi con una proteina trasmembrana membro di una classe di proteine di adesione cellulare dette integrine. Sono sensori meccanici nei quali le stress fibers sono legate alle integrine: durotassi cioè cellule adese alla ECM polarizzano la loro forma verso regioni con maggiore rigidità del substrato. Created by G. Papaccio 42

43 Contatti Focali

45 Gap junction Membrane strettamente accollate Cellule unite da canali proteici di collegamento Created by G. Papaccio 45

46 Giunzioni Comunicanti (Gap Junctions) Connessina forma un canale di circa 1.5 nm di diametro

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48 Created by G. Papaccio Gap Junction 48

49 Giunzioni Comunicanti (Gap Junctions) Canali proteici che collegano i citosol di due cellule Passaggio di piccole molecole e ioni (Na +, K + ) Esclusione di grandi molecole Trasmissione di impulsi elettrici tra cellule del muscolo liscio e cellule cardiache Permettono il passaggio da una cellula ad un'altra di messaggeri chimici Coordinano le attività tra le cellule

50 Gap junction Dal punto di vista ultrastrutturale, la sezione trasversale di una giunzione comunicante si presenta come un area piatta di membrane plasmatiche a stretto contatto, tra le quali sono visibili i connessoni (C) come granuli puntiformi. Created by G. Papaccio 50

51 Specializzazioni della superficie cellulare La superficie delle cellule epiteliali può assolvere a funzioni specializzate: Incremento di superficie: Microvilli Mobilizzazione dei fluidi superficiali o movimento cellulare: Ciglia Funzioni specifiche: stereociglia (nell epididimo) Specializzazioni della superficie basale: labirinto basale Created by G. Papaccio 51

52 microvilli Created by G. Papaccio 52

53 microvilli Created by G. Papaccio 53

54 Microvilli Created by G. Papaccio 54

55 Microvilli Created by G. Papaccio 55

56 Microvilli Dal punto di vista ultrastrutturale, i microvilli (M) formano proiezioni digitiformi, con un asse di filamenti di actina (AF) che entra nella cellula e si fonde con la corteccia d actina (AC), detta anche trama terminale Created by G. Papaccio 56

57 microvilli i microvilli sono immobili; il loro scopo è di aumentare la superficie di assorbimento dell epitelio Created by G. Papaccio 57

58 Tubulo Contorto Prossimale Orletto Striato Aumento della superficie per il riassorbimento (20x) Abbondante glicocalice

59 epitelio ciliato Created by G. Papaccio 59

60 epitelio ciliato (TEM) cellule ciliate; è appena visibile lo scheletro microtubulare delle ciglia Created by G. Papaccio 60

61 Ciglia A. Schema di una sezione trasversale di un ciglio. B. Aspetto ultrastrutturale di un ciglio in sezione trasversale. C. Nella sezione longitudinale. Created by G. Papaccio 61

62 Ciglia Created by G. Papaccio 62

63 ciglio le ciglia sono estroflessioni citoplasmatiche dotate di motilità propria; il battito sincrono delle ciglia provoca lo scorrimento di fluidi lungo la superficie epiteliale Created by G. Papaccio 63

64 Created by G. Papaccio 64 Ciglia

66 Cellula ciliata Created by G. Papaccio 66

67 Ciglio Created by G. Papaccio 67

68 Un'ulteriore specializzazione Stereociglia Microvilli modificati, più lunghi Non contengono microtubuli Possono facilitare l'assorbimento Epididimo, orecchio

69 connettivo cellula epiteliale lamina basale Created by G. Papaccio 69

70 Labirinto basale La membrana cellulare delimita, in questa zona della cellula, territori citoplasmatici che contengono numerosi mitocondri. Created by G. Papaccio 70

71 Membrana basale Sono foglietti specializzati di matrice extracellulare disposti fra le cellule parenchimali e i tessuti di supporto nm di spessore Created by G. Papaccio 71

72 Supporto strutturale Membrana Basale -Adesione cellula/matrice extra cellulare Permette ai nutrienti ed agli scarti di diffondere Filtro per le macromolecole (rene) Zona di differenziamento e polarizzazione delle cellule Nella rigenerazione funziona da autostrada per la migrazione cellulare

73 Membrana basale Created by G. Papaccio 73

74 BM-Membrana Basale F-Fibroblasto Fc-Estroflessioni C-Collagene E- Elastina

75 M.B. 2 strati: Lucido Denso il collagene IV dà stabilità : forma estese reti legando le estremità amminiche e carbossiliche. Tali reti sono legate al plasmalemma delle cellule mediante la laminina (12 isoforme) e la nidogenina la quale ultima forma sulla laminina centri di nucleazione per la deposizione del collagene IV. La MB oltre a determinare l ancoraggio regola forma, polarità, differenziazione, sopravvivenza e proliferazione cellulare. Essa è un filtro molecolare (nei glomeruli renali) per la presenza del perlecano. E importante ai fini della rigenerazione tissutale Created by G. Papaccio 75

77 Adesioni Cellula-Cellula Cellula-Matrice Created by G. Papaccio 77

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79 CAM

80 Adesione Cellula-Cellula 1. Calcio-dipendente Cadherins Selectins 2. Calcio-indipendente Superfamiglia delle immunoglobuline (N-CAM and I-CAM)

81 selectine: proteine di superficie che legano carboidrati (LEPTINE) che mediano una varietà di interazioni transitorie di adesione nel torrente circolatorio, che dipendono dal calcio 3 tipi: L-, P-, E-selectina (linfociti, piastrine, endotelio) proteine transmembrana con dominio di leptina altamente conservato ruolo importante nell attacco dei globuli bianchi alle cellule endoteliali che rivestono i vasi sanguigni mediano un adesone debole (rotolamento) Espressione: richiamo vs zone di infiammazione

82 Adesione tra leucociti e cellule endoteliali

83 Selectine, ICAMs, integrine mediano l adesione leucocita-endotelio nel sito della lesione

84 Cadherins Mediate Calcium- Dependent Cell-Cell Adhesion CAM principale, calcio dipendente. superfamiglia di proteine che comprende caderine classiche e non la maggior parte sono proteine transmembrana a singolo passaggio, possono formare dimeri e oligomeri, a livello extracellulare 5 o 6 ripiegamenti Ig simili

85 L Cell Fibroblast Cell-Cell Adhesion Assay LI Cadherin Transfected L Cells

86 Calcium-dependence of cell adhesion

87 Cadherin-Dependent Cell Sorting Homophilic Binding E Cadherin: Epiteliale N Cadherin: Neuroni,cuore, fibroblasti, muscolo scheletrico P Cadherin: Placenta, epidermide, epitelio mammerio VE Cadherin: endotelio vascolare

88 Modello di Adesione Cellula-Cellula

89 Le CAM mediano l adesione cellula-cellula ed il legame al citoscheletro

90 Modello di interazione Cellula-Matrice or actin microfilament Extracellular Matrix

91 Cell-Matrix Interactions in vitro actin integrin

92 Superfamiglia delle Integrine Comprende un vasto numero di recettori cellulari di adesione, importanti nelle interazioni Intercellulari e nell integrazione delle cellule (donde il nome) con l'ambiente extracellulare. Mediante le integrine le cellule aderiscono alla matrice, ed alcune possono anche mediare importanti eventi di adesione cellula-cellula. Created by G. Papaccio 92

93 Le Integrine si legano alla Fibronectina

94 Integrine

95 Cascata delle Integrine

96 Integrine Created by G. Papaccio 96

97 Junctions and Nonjunctional Cell-Cell Adhesion Junctional Migliaia di interazioni a bassa affinità Stabilizza collegamenti citoscheletrici Non-Junctional Può avviare adesione giunzionale

98 Giunzioni e specializzazioni The end Gianpaolo Papaccio Created by G. Papaccio 98