LE COMUNICAZIONI TRA LE
CELLULE
Le modalità fondamentali di comunicazione tra
le cellule sono:
attraverso giunzioni tra le membrane
plasmatiche delle varie cellule o attraverso la
matrice extracellulare (interazioni adesive o
comunicanti tra le cellule)
attraverso mediatori chimici (segnalazione
sinaptica, autocrina, paracrina, endocrina)
Esistono due meccanismi fondamentali di comunicazione
cellulare, in cui la trasmissione del segnale avviene per
interazione tra molecole e recettori.
1) Le cellule nervose comunicano tra loro e con altri tipi di
cellule attraverso modificazioni elettronichimiche delle loro
membrane. L’arrivo di un potenziale a una sinapsi provoca
il rilascio di neurotrasmettitori che, a loro volta, si legano a
recettori sulla membrana della cellula postsinaptica alla
quale è trasmesso il segnale.
2) In un secondo meccanismo di comunicazione intercellulare
la trasmissione del segnale è regolata da messaggeri chimici
i cui recettori si trovano sulle membrane di cellule che
possono essere anche molto distanti dalla cellula che secerne
la molecola di regolazione
In entrambi i sistemi i RECETTORI svolgono un ruolo cruciale
SEGNALAZIONE
SINAPTICA
Impulso elettrico
Segnale chimico
Caratteristiche della
segnalazione sinaptica:
velocità
precisione
rapida eliminazione del
neurotrasmettitore dalla
fessura sinaptica
Esistono diverse molecole che funzionano come
MESSAGGERI CHIMICI, trasmettendo
segnali da cellula a cellula:
1) FATTORI DI CRESCITA
2) ORMONI
FATTORI DI CRESCITA COME MESSAGGERI
I fattori di crescita sono molecole di secrezione,
che hanno un breve raggio di azione e che
agiscono su cellule dotate di recettori specifici,
perciò, in grado di rispondere a fattori di
crescita specifici.
Cellule neuroendocrine
Gh.endocrine
SEGNALAZIONE
ENDOCRINA
La segnalazione endocrina è relativamente
lenta. L’ormone inoltre deve essere capace di
agire a bassissime concentrazioni (10-8-10-9M)
rispetto a quelle che caratterizzano i
neurotrasmettitori
(10-4M).
Quindi
per
l’ormone gioca un ruolo fondamentale
l’affinità del legame col recettore, essendo
questa molto elevata per gli ormoni e molto
bassa per i neurotrasmettitori.
I messaggeri di natura idrofila si legano a
uno o più recettori specifici sulla cellula
bersaglio.
I messaggeri di natura idrofobica agiscono su
recettori nucleari o citosolici la cui funzione è
quella di regolare l’espressione di geni
specifici (Es: ormoni steroidei, tiroidei,
retinoidi)
Le molecole recettoriali appartengono a 2 grosse
categorie:
glicoproteine transmembranarie che
riconoscono mediatori di natura proteica e
peptidica (I messaggeri)
proteine che si trovano all’interno della cellula
e che riconoscono ligandi di natura idrofobica
La capacità delle cellule di
trasformare una interazione
recettore/ligando in una modifica
funzionale o di espressione genica è
detta TRASDUZIONE DEL
SEGNALE
I recettori di membrana appartengono a tre
categorie:
1) Recettori che possiedono intrinsecamente
l’attività chinasica;
2) Recettori che attivano la via dell’AMP ciclico
(cAMP)
3) Recettori che attivano la via dell’inositolo
(InsP3) e del diacil-glicerolo (DAG)
1) Recettori che possiedono intrinsecamente l’attività chinasica
Autofosforilazione
RECETTORI ASSOCIATI A PROTEINE CHINASI (RTK)
Sono proteine che hanno sia funzione di recettore che
attività chinasica enzimatica.
L’interazione con il ligando specifico stimola l’attività della
chinasi e il segnale viene trasmesso all’interno della cellula
attraverso una cascata di eventi di fosforilazione.
Molti recettori con attività tirosina chinasica stimolano
all’interno della cellula una catena di eventi di trasduzione
del segnale che culminano con l’induzione della crescita,
della proliferazione o della specializzazione della cellula,
attraverso il processo che va sotto il nome di:
DIFFERENZIAMENTO.
Tutti questi processi sono strettamente controllati in modo
che, in presenza di un dato fattore di crescita, rispondono
solo cellule specifiche.
2) Recettori che attivano la via dell’AMP ciclico
(cAMP)
5’ AMP
Numerose funzioni cellulari sono regolate da vie di
trasduzione di segnali extracellulari che utilizzano
il cAMP. Il cAMP viene prodotto in seguito al
legame ligando-recettore di membrana e alla
conseguente attivazione dell’adenilato ciclasi. A sua
volta cAMP attiva le PKA. Tutti questi eventi, fino
all’attivazione delle PKA sono comuni a tutte le
cellule che utilizzano cAMP come II messaggero.
Gli eventi successivi all’attivazione della PKA sono
specifici per ogni tipo cellulare.
L’aumento dei livelli di cAMP può avere diversi effetti:
Ad alte concentrazioni di cAMP nel muscolo scheletrico
o nel fegato viene attivato il catabolismo del glicogeno;
nel muscolo cardiaco un innalzamento dei livelli di
cAMP fa aumentare le contrazioni cardiache; nel
muscolo liscio, al contrario, la contrazione muscolare
viene inibita.
L’innalzamento dei livelli di cAMP nelle piastrine ne
impedisce la mobilizzazione durante la coagulazione
del sangue; nelle cellule epiteliali dell’intestino causa la
secrezione di sali e acqua nel lume intestinale.
Ognuna di queste reazioni è un esempio di risposta che
segue un programma preesistente.
Molte proteine G utilizzano come
secondi messageri inositolo trifosfato
e diacilglicerolo.
3) Via
fosfatidilinositolo-calcio
Fosfatidil-inositolo
difosfato (PIP2)
Gli ioni calcio hanno un ruolo essenziale nella
regolazione di un gran numero di funzioni
cellulari. La regolazione è basata su variazioni
della concentrazione del calcio nel citosol in
risposta a segnali esterni.
Nello stato di riposo, la concentrazione citosolica
del calcio è intorno a 1x10-4 mM; nei fluidi
extracellulari e nel sangue è circa 1,2 mM.
DIVERSI MECCANISMI DI REGOLAZIONE DEL Ca++
m.cardiaco,m.schel
etrico,neuroni.
Anche un gas, l’ossido nitrico è un importante
messaggero. NO, attraverso la formazione del
GMP ciclico (cGMP), è in grado di scatenare
una serie di risposte che vanno dal rilassamento
della muscolatura liscia e alla conseguente
dilatazione dei vasi sanguigni, fino alle
contrazioni peristaltiche dello strato muscolare
liscio dell’intestino.
L’ossido nitrico (NO) è una molecola di gas
tossica con emivita breve, prodotta dalla
conversione dell’aa arginina a NO e citrullina
ad opera dell’enzima NO sintetasi. L’NO è una
importante molecola segnale del sistema
cardiovascolare.
NO=messaggero
intercellulare
II messaggero
Furchgott,
Ignarro,
Murat 1998
Il meccanismo per cui la stimolazione delle
cellule endoteliali da parte dell’acetilcolina
induce il rilassamento della muscolatura liscia
spiega anche il meccanismo di azione di una
sostanza chimica, la nitroglicerina. Questa
sostanza viene somministrata a pazienti con
angina per ridurre la costrizione delle arterie
coronariche. La nitroglicerina induce il rilascio
di NO e quindi il rilassamento della muscolatura
liscia delle arterie.
