Tematica 1. Biologia cellulare:
Interazioni tra le cellule e il loro ambiente
Cosa tiene le cellule di un organo insieme?
Corso di Laurea in Biotecnologie a.a. 2013/2014
Tecnologie per linee cellulari e cellule staminali
Docente: Grazyna Ptak
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?
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
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
Organizazzione della matrice extracellulare
- impalcatura, ponteggi, travi, tubi e colla
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
I GAG occupano ampi spazi e
formano gel idratati
I gruppi di GAG:
•
•
•
•
Acido ialuronico
Condroitinsolfato e dermatansolfato
Eparansolfato ed eparina
cheratansolfato
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
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.
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
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
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
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)
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
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
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
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
•
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.
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
La distibuzione di E-caderina e di Ncaderina nel sistema nervoso in sviluppo
E-caderina
N-caderina
Le cellule del tubo neurale hanno perso Ecaderina e hanno acquisito N-caderina
Importanza delle N- caderine nella separazione dell’ectoderma
neurale da quello epidermico. Indotta mutazione delle Ncaderine a lato sinistro del embrione di Xenopus.
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;117:5599-5608
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
Varie giunzioni cellulari presenti in
una cellula epiteliale di vertebrato
