Comunicazione cellulare: messaggi, recettori e trasduzione dei segnali Le cellule comunicano eccome! - L esperimento di Spemann e Mangold Lezione 8: Comunicazione cellulare Biologia e Genetica aa 2014/2015
La segnalazione intercellulare è una caratteristica degli organismi pluricellulari Il differenziamento di gruppi di cellule in tessuti specializzati richiede integrazione nel complesso dell organismo Divisione e differenziamento cellulare
Da una cellula progenitrice multipotente si possono differenziare tessuti diversi a seconda dei segnali che la cellula riceve
La sequenza della segnalazione cellulare Invio del segnale - cellule sintetizzano e secernono molecole segnale Ricezione del segnale - un segnale in arrivo viene captato da cellule bersaglio (Recettori: proteine o glicoproteine che legano molecole segnale) Trasduzione del segnale conversione del segnale extracellulare in intracellulare e trasmissione verso molecole effettrici Risposta conversione del segnale in una o più modificazioni dei processi cellulari
Diversi tipi di segnali Segnali autocrini Segnali paracrini Segnali circolanti
Le modalità di invio dei segnali cellulari
Alcuni esempi I neurotrasmettitori nelle sinapsi Gli ormoni secreti da ghiandole endocrine Pancreas endocrino (Isole di Langherans) L istamina e le prostaglandine (regolatori locali) Mastociti con granuli di istamina
La ricezione del segnale avviene grazie ai recettori I recettori possono essere 1- di superficie 2- intracellulari 1- glicoproteine transmembrana che riconoscono ligandi all esterno della cellula 2- proteine localizzate all interno della cellula che riconoscono ligandi di natura idrofobica (ormoni steroidi, ormoni tiroidei, vitamina A), penetrati attraverso la membrana.
Comunicazione cellulare per contatto diretto Giunzioni cellulari (gap junctions) Riconoscimento cellula-cellula
I recettori di membrana possono essere - Recettori accoppiati a canali ionici - Recettori accoppiati a proteine G - Recettori accoppiati ad enzimi (la maggior parte sono proteine chinasi)
Canali ionici a controllo di ligando Esistono anche canali ionici a controllo di voltaggio (voltaggio-dipendenti) Es. recettore nicotinico dell acetilcolina Trasmette impulso elettrico da neurone motorio a miocita, producendo variazione di conformazione nel recettore e apertura del canale ionico. Afflusso di cariche depolarizza la membrana e inizia la contrazione. Impulso termina per azione dell acetilcolinesterasi che idrolizza l acetilcolina
I recettori accoppiati a proteine G Recettori transmembrana a 7 domini Svolgono molti ruoli fisiologici. Es. fotorecettori, recettori olfattivi, recettori per ormoni come ossitocina e vasopressina capaci di influenzare il comportamento delle arvicole
Proteine G e il comportamento dell arvicola Vasopressina e ossitocina sono ormoni ipofisari (peptidi di 9 aminoacidi) prodotti in abbondanza quando le arvicole si accoppiano Vengono rilasciati nel circolo sanguigno e si legano a zone specifiche del cervello che regolano comportamenti particolari come l attaccamento e la cura dei piccoli I recettori di questi polipeptidi sono recettori accoppiati a proteine G. Nelle arvicole montane (Microtus montanus) i recettori sono meno numerosi: accoppiamento è veloce, il maschio si separa immediatamente e la femmina abbandona i piccoli dopo la nascita Nelle arvicole della prateria (Microtus ochrogaster) sono più numerosi: la coppia resta unita addirittura per tutta la vita e fornisce molte cure parentali il maschio
Recettori accoppiati ad enzimi: le proteinchinasi
La trasduzione del segnale
La trasmissione del segnale attraverso un secondo messaggero
Sintesi e inattivazione dell AMP ciclico (camp) Viene prodotto dall ATP grazie all adenilato ciclasi e inattivato dalla fosfodiesterasi che produce AMP
Esempio di trasduzione del segnale che coinvolge proteina G e camp
Trasduzione e amplificazione del segnale
Trasduzione e amplificazione del segnale Es. idrolisi del glicogeno in glucosio
Il segnale deve essere interrotto
La ricezione intracellulare degli ormoni steroidei e la risposta cellulare
Una cellula altamente specializzata nella ricezione, nella conduzione e nella trasmissione dei messaggi il neurone Il tessuto nervoso
Struttura del neurone corpo cellulare con sostanza tigroide assone rivestito da guaina mielinica
Importanza dei microtubuli nella struttura e nella funzione dei neuroni
Il movimento delle vescicole negli assoni è determinato da proteine motrici associate ai microtubuli
I neuroni prendono contatto attraverso le sinapsi
La propagazione dell impulso nervoso
Malattie demielinizzanti Sclerosi multipla La sclerosi multipla è una malattia neurodegenerativa demielinizzante. Si verificano danni e perdita di mielina in più aree (da cui il nome «multipla») del sistema nervoso centrale. Queste aree di perdita di mielina (o «demielinizzazione») sono di grandezza variabile e prendono il nome di placche. Le placche possono evolvere da una fase infiammatoria iniziale a una fase cronica, in cui assumono caratteristiche simili a cicatrici, da cui deriva il termine «sclerosi». La SM può esordire a ogni età della vita, ma è diagnosticata per lo più tra i 20 e i 40 anni. Per frequenza è la seconda malattia neurologica nel giovane adulto e la prima di tipo infiammatorio cronico. La sclerosi multipla sia una malattia multifattoriale. Tra i fattori ritenuti determinanti nella patogenesi della malattia, vi sono il sesso (è più frequente nel sesso femminile), l'etnia (è più frequente nella razza caucasica), l'ambiente (è più frequente nel paesi con clima freddo). In Europa, ad esempio, l'incidenza della sclerosi multipla aumenta da sud verso nord 1. La sclerosi multipla non è ereditaria, nel senso che non viene trasmessa geneticamente ai figli. Tuttavia, esiste una predisposizione genetica in quanto vi sono studi che hanno evidenziato come figli di genitori con sclerosi multipla o parenti stretti di persone con sclerosi multipla abbiano una maggiore probabilità di sviluppare questa patologia 2. L'adrenoleucodistrofia è una malattia genetica rara dei perossisomi (organelli intracellulari contenenti vari enzimi utili per la B-ossidazione degli acidi grassi), Esistono varie forme della malattia: l'adrenoleucodistrofia propriamente detta, la adrenoleucodistrofia neonatale e infantile (una delle espressioni della sindrome di Zellweger) e la più diffusa ed è legata al cromosoma X. In alcuni casi si assiste ad una degenerazione della mielina, tessuto grasso complesso del tessuto neuronale che ricopre molti nervi del sistema nervoso centrale e periferico. Senza la mielina, i nervi non riescono a condurre un impulso, portando ad una crescente disabilità mentre la distruzione della mielina continua a crescere e ad intensificarsi.