CELL SIGNALLINGCELL SIGNALLING

Comunicazione inter-cellulare

Comunicazione inter-cellulare

• Ogni cellula necessita di una serie di segnali provenienti dall’esterno– SopravvivenzaSopravvivenza

– DivisioneDivisione

– DifferenziamentoDifferenziamento

– ApoptosiApoptosi•Morte cellulare programmata

•Processo attivo che richiede ATP

•Può essere attivata anche da mancanza di segnali

Sequenza di eventiSequenza di eventi

1.1. RiconoscimentoRiconoscimento• Dello stimolo sulla superficie esterna della membrana plasmatica

2.2. TrasferimentoTrasferimento• Dell’informazione attraverso la membrana plasmatica

3.3. TrasmissioneTrasmissione• Del segnale a molecole specifiche che lo interpretano e lo trasducono

4.4. CessazioneCessazione• Della risposta in seguito all’eliminazione delle molecole segnale

Sito di contatto

cellula-cellula

Citoscheletro

Ligando Extra-cellulare

Attivazione Enzimi Specifici

Cambiamento nell’organizzazione del citoscheletro

Cambiamento nella permeabilità agli ioni

Attivazione sintesi del DNA e RNAMatrice

Extracellulare

Ligandi e RecettoriLigandi e Recettori• RecettoriRecettori

– Proteine che ricevono il segnale

– Sia sulla superficie cellulare sia all’interno della cellula

• LigandiLigandi– Molecole segnale che legano il

recettore

• SegnaliSegnali– Secreti all’esterno della cellula

– Esposti sulla superficie cellulare

Trasduzione del segnale

Trasduzione del segnale

• L’informazione recepita dai recettori viene tradotta e trasferita

• Cellule specializzate in grado di produrre molecole che vengono identificate dalle cellule bersaglio per mezzo dei recettori

Cascata di segnali

Cascata di segnali

• Una volta che la cascata di segnali è attivata– Il segnale viene trasferito

all’appropriato comparto cellulare

– Trasdotto in forma riconoscibile

– Amplificato

– Distribuito a più di un bersaglio intra-cellulare

– Modulato, se necessario

Amplificazione

Cascata di segnaliCascata

di segnali

Ligando

Recettore

Regolazione del

metabolismo

Modulazione

Regolazione dell’espressione genica

Riorganizzazione del

citoscheletro

Amplificazione

Divergenza

Tipi di segnaleTipi di

segnale•Segnali AutocriniSegnali Autocrini

–Si legano ai recettori presenti sulla

cellula che li secernecellula che li secerne

•Segnali ParacriniSegnali Paracrini–Si legano e stimolano recettori presenti

su cellule adiacenticellule adiacenti

•Segnali EndocriniSegnali Endocrini–Le cellule producono molecole segnale

che vengono secrete nel sangue

–Stimolano cellule lontanecellule lontane• Le ovaie nelle femmine e i testicoli nei maschi

sono stimolati dagli ormoni prodotti dal

cervello

Tipi di segnaleTipi di

segnale•Segnali sinapticiSegnali sinaptici

–Simili ai paracrini ma vi è una struttura

specializzata•SinapsiSinapsi

– Fra la cellula che origina il segnale e la cellula che lo riceve

–Avvengono solo fra cellule con la sinapsi•Neurone e il muscolo controllato dall'attività neuronale

•Segnali per contatto cellulareSegnali per contatto cellulare–Avvengono fra cellule che devono avere

membrane plasmatiche adiacenti

–Le cellule sono influenzate dal loro ambiente più

prossimo e dalle molecole segnale provenienti da

altre cellule

Segnali AutocriniSegnali Autocrini

• La stessa cellulastessa cellula li produce e ne è bersaglio

• Cellule del sistema immunitarioCellule del sistema immunitario– Anticorpi estranei e fattori di

crescita• Innescano il differenziamento e/o la

proliferazione

• Una sregolata produzione di segnali autocrini può portare allo sviluppo di tumori

Segnali ParacriniSegnali Paracrini• Molecole segnale agiscono localmenteMolecole segnale agiscono localmente• Regolano il comportamento delle cellule Regolano il comportamento delle cellule

vicinevicine• Durante i fenomeni di infiammazione e

cicatrizzazione, ma anche nel pancreas– Glucagone e somatostatina agiscono sulle

cellule secernenti insulina

Mediatore locale

Cellule bersaglio

Cellula Segnalatri

ce

Segnali EndocriniSegnali

Endocrini• È sempre coinvolto un ormoneÈ sempre coinvolto un ormone

– Secreto da una cellula endocrina

– Trasportato dal sistema circolatorio

• Agisce su cellule bersaglio Agisce su cellule bersaglio distantidistanti

Cellula Endocrina Recettore

Ormone

Flusso sanguigno

Cellula bersaglio

Segnali NeuronaliSegnali Neuronali

• NeurotrasmettitorNeurotrasmettitoree– Tipo specifico di

segnale paracrinosegnale paracrino

– Sinapsi nervo-cellula

• NeuroendocrinoNeuroendocrino– Tipo specifico di

segnale endocrinosegnale endocrino

– Ipofisi PosterioreIpofisi Posteriore• Ossitocina

– SurreneSurrene• Norepinefrina

SinapsiNeurone

Soma

AssoneCellula

bersaglio

Neurotrasmettitore

Segnali da contattoSegnali da contatto

• Interazione fisica tra cellule adiacenti

• Svolgono un ruolo fondamentale durante lo sviluppo embrionale

Cellula segnale Cellula bersaglio

Molecola segnale legata alla membrana

Di cosa sono fatti i segnali?

Di cosa sono fatti i segnali?

• Proteine • Peptidi• Amminoaci

di • Nucleotidi

• Steroidi• Derivati degli

Acidi Grassi• Gas disciolti

OrmoniOrmoni

• Ormoni SteroideiOrmoni Steroidei– Derivati dal

colesterolo– Legano recettori Legano recettori

intra-cellulariintra-cellulari– Molecole non-

polari– Non accumulati

nelle cellule endocrine

– Si possono somministrare per via orale

• Ormoni Ormoni PeptidiciPeptidici– Solubili in H2O

– Legano recettori Legano recettori di membranadi membrana

– Accumulati in vescicole con membrane

– Di norma non somministrabili per via orale

Piccoli ormoni steroidei idrofobici

Piccoli ormoni steroidei idrofobici

• Passano liberamente attraverso la membrana plasmatica per interagire con un recettore nel citosol o nel recettore nel citosol o nel nucleonucleo– Cortisolo

– Estradiolo

– Testosterone

– Ormoni tiroidei

Molecole grandi o idrofiliche

Molecole grandi o idrofiliche

• Necessitano di un recettore recettore sulla superficie cellularesulla superficie cellulare

• Legame ligando-recettore causa cambiamento nel recettore

• Il segnale viene trasmesso all’interno della cellula senza che la molecola segnale vi penetri

RecettoriRecettori

• Recettori accoppiati a canali Recettori accoppiati a canali ioniciionici– Convertono i segnali chimici in

elettrici

• Recettori accoppiati a proteine Recettori accoppiati a proteine GG– GTP convertito a GDP per attivare

le sub-unità funzionali•cAMP

• Recettori accoppiati ad enzimiRecettori accoppiati ad enzimi– Il ligando induce l’attivazione di

un enzima all’altra estremità del recettore•Chinasi, lipasi, etc

Canali IoniciCanali Ionici

• Proteine trans-membrana

• Presenti in cellule eccitabili cellule eccitabili elettricamenteelettricamente

• Neuroni, cellule muscolari, Neuroni, cellule muscolari, cellule sensorialicellule sensoriali

• Normalmente coinvolto un Neurotrasmettitore che apre transientemente il canale

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

Recettori accoppiati a canali ionici

Recettori accoppiati a canali ionici

Recettori accoppiati a proteine G

Recettori accoppiati a proteine G

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

Recettori accoppiati ad enzimi

Tirosina chinasi

Recettori accoppiati ad enzimi

Tirosina chinasi

Ossido Nitrico (NO)Ossido Nitrico (NO)

• Gas discioltoGas disciolto

• Prodotto secondario del metabolismo dell’aminoacido arginina

• Passa facilmente attraverso le membrane

• Cellule endoteliali dei vasi lo rilasciano come messaggero per le cellule muscolari lisce– Si rilassano ed aumenta il flusso

sanguigno

Eicosanoidi e Leucotrieni

Eicosanoidi e Leucotrieni

• Molecole segnale contenenti lipidi

• Legano recettori sulla superficie cellulare

• Effetto AutocrinoAutocrino e ParacrinoParacrino

• Prostaglandine, prostacicline, Prostaglandine, prostacicline, trombossani e leucotrienitrombossani e leucotrieni– Stimolano l’aggregazione delle piastrine

– Infiammazione

– Contrazione muscolo liscio

– Aspirina ed anti-infiammatori inibiscono la formazione di queste molecole

Fattori di CrescitaFattori di Crescita

• Polipeptidi che possono agire su diversi tipi cellulari oppure solo su uno specifico tipo

• Promuovono la crescita

• Influenzano la motilità e la contrattilità cellulare

• Stimolano il differenziamento

• Inducono la proliferazione modificando l’espressione genica

Fattori di CrescitaFattori di Crescita

• EGFEGF-epidermal growth factor

• PDGFPDGF-platelet derived growth

factor

• FGFFGF-fibroblast growth factors

• TGF-TGF--transforming growth factor

• VEGFVEGF-vascular endothelial growth

factor

• CitochineCitochine

• CSFCSF-colony stimulating factor

Interazioni cellula-ECMInterazioni cellula-ECM

• L’interazione con la matrice extra-cellulare innesca una serie di segnali

• ProteoglicaniProteoglicani– Grosse molecole a base di

zuccheri che attraggono H2O

• Proteine fibroseProteine fibrose– CollageneCollagene ed ElastinaElastina

• Glicoproteine adesiveGlicoproteine adesive– FibronectinaFibronectina, IntegrineIntegrine

Apoptosi dipende dai segnali

Apoptosi dipende dai segnali

• Periodo di vita determinato

• Manifestazione di una funzionalità alterata– Selezione clonale dei linfociti

autoimmuni

• Sviluppo embrionale– Spazi inter-digitali

• Cellule infettate da virus oppure con mutazioni

• Le cellule morte vengono fagocitate dai macrofagi