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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 nord1.
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.