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

Impulso elettrico

Segnale chimico

SEGNALAZIONE SINAPTICA

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.

Gh.endocrineCellule neuroendocrine

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.

Fosfatidil-inositolo difosfato (PIP2)3) Via

fosfatidil-inositolo-calcio

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.scheletrico,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.

II messaggero

Furchgott,

Ignarro, Murat 1998

NO=messaggero intercellulare

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.