1 Citologia 07 – Membrana cellulare (parte 3)

CITOLOGIA 07 – Membrana cellulare (parte 3)

Eso-endocitosi L’esocitosi e l’endocitosi sono processi di trasporto che richiedono un grande dispendio di energia. Con questo processo vengono trasportati (fuori e dentro la cellula) materiali che, a causa delle dimensioni, non possono attraversare la membrana col meccanismo di trasporto passivo ed attivo. Si tratta, in genere, di materiali corpuscolati (anche intere cellule), molecole di grosse dimensioni (macromolecole) e liquidi. Il meccanismo di base è lo stesso, sia per l’eso- che per l’endocitosi, solo che avviene in direzione opposta. Nella esocitosi il materiale da esocitare (trasportare all’esterno) è contenuto in una vescicola rivestita da membrana cellulare. La vescicola si sposta verso la membrana citoplasmatica, aderisce e si fonde con essa e libera all’esterno il contenuto. Alla fine, la vescicola originaria resta inglobata nella membrana citoplasmatica. Nell’endocitosi, invece, il materiale da endocitare (trasportare all’interno) si avvicina e aderisce alla membrana citoplasmatica (versante esterno). Nel punto di contatto, la membrana forma un’invaginazione che aumenta e si approfondisce fino a formare una vescicola (circondata da un frammento della membrana citoplasmatica stessa). La vescicola ingloba fino a circondare completamente il materiale da trasportare. Infine, si stacca del tutto dalla membrana citoplasmatica e, col materiale endocitato, si sposta verso l’interno della cellula. Esocitosi L’esocitosi è un processo mediante il quale la cellula riversa all’esterno della cellula le sostanze che ha accumulato in vescicole. Le vescicole si formano, di solito, nell’apparato di Golgi e contengono proteine, glicoproteine o lipoproteine, sintetizzate nel reticolo endoplasmatico. Altre volte, le vescicole contengono piccole molecole sintetizzate nel citoplasma (come nel caso dei neurotrasmettitori) e, altre volte ancora, non contengono nulla (vescicole vuote). Le vescicole vuote servono per l’allungamento della membrana citoplasmatica o per piazzare sulla membrana elementi strutturali di superficie (proteine o glico-lipo-proteine che devono stare sulla membrana). L’esocitosi può essere di due tipi: costitutiva e regolata. Esocitosi costitutiva L’esocitosi costitutiva è un processo che viene effettuato da tutte le cellule e serve a:

buttare fuori dalla cellula elementi di scarto;

rilasciare nel compartimento extracellulare prodotti cellulari che servono per la matrice (liquido extracellulare) o per altre cellule;

rimaneggiare la membrana (cioè, sostituire pezzi di membrana). Nell’endocitosi costitutiva, le vescicole, man mano che si formano, migrano verso la membrana citoplasmatica ed espellono all’esterno della cellula il materiale contenuto (per cui non c’è accumulo delle vescicole). Esocitosi regolata Nell’esocitosi regolata le vescicole prodotte dalla cellula si accumulano nel citoplasma. Per essere rilasciate, c’è bisogno di un segnale di autorizzazione che permetta alla cellula di espellere le vescicole (perciò, esocitosi “regolata”). Il segnale può essere rappresentato dalla presenza della clatrina sulla membrana della vescicola (vedi dopo) oppure da un aumento degli ioni calcio (Ca++) all’interno della cellula. L’esocitosi regolata è un processo che viene utilizzato solo da alcune cellule (e non da tutte) e solo in determinati momenti (e non di continuo, come nel caso dell’esocitosi costitutiva). Si tratta di cellule secernenti, cioè cellule che devono trasportare fuori dalla cellula particolari sostanze e questa secrezione viene regolata e decisa da stimoli specifici (es.: cellule nervose che rilasciano i neurotrasmettitori, cellule endocrine che producono ormoni, etc).

Endocitosi

2 Citologia 07 – Membrana cellulare (parte 3)

L’endocitosi è un processo mediante il quale la cellula introduce all’interno (internalizza) materiali di vario tipo. Essa comprende 3 forme:

Fagocitosi

Pinocitosi

Endocitosi mediata da recettori Fagocitosi La fagocitosi è un processo mediante il quale la cellula internalizza detriti cellulari, cellule apoptotiche (cellule morte) o micro-organismi. La vescicola contenente il materiale internalizzato viene detta fagosoma. Nell’organismo umano, questo tipo di endocitosi può essere effettuato solo da alcune cellule specializzate (macrofagi, neutrofili e cellule dentritiche). Un particolare tipo di fagocitosi è l’autofagia, un meccanismo che ha la funzione di eliminare gli organuli superflui o danneggiati (ad esempio mitocondri, parte di RER o REL, perossisomi) o proteine danneggiate. In questo caso, la vescicola contenente il materiale da degradare e reciclare viene detta autofagosoma, mentre la vescicola derivante dall’autofagosoma e dai lisosomi si chiama autolisosoma. Sia nella fagocitosi che nella autofagia, le vescicole interessate si fondono con le vescicole lisosomiali e gli enzimi contenuti in queste ultime distruggono e degradano il materiale contenuto nei fagosomi e negli autofagosomi. Pinocitosi La pinocitosi è un processo mediante il quale la cellula ingloba piccole quantità di liquido extracellulare. Le vescicole della pinocitosi hanno un diametro massimo di 150 nm. La pinocitosi rappresenta un processo di approvvigionamento dei liquidi, necessario per il citosol e per il recupero dei liquidi persi con l’esocitosi. Esiste una variante della pinocitosi (macropinocitosi) in cui le vescicole hanno un diametro di 0,5-5 μm. Endocitosi mediata da recettori L’endocitosi mediata da recettori è un processo di endocitosi selettiva che permette di introdurre nella cellula solo sostanze selezionale, cioè sostanze per le quali esiste un recettore sull’esterno della membrana citoplasmatica. L’endocitosi mediata da recettori può essere di due tipi: endocitosi mediata da clatrina ed endocitosi mediata da caveolina.

3 Citologia 07 – Membrana cellulare (parte 3)

Endocitosi mediata da clatrina Si divide in 5 fasi:

1. Le molecole che devono essere endocitate si legano a dei recettori di membrana. Queste molecole sono dette ligandi (dal latino = che si legano a qualcosa … ai recettori).

2. In seguito al legame ligando-recettore, interviene una proteina, l’adaptina, che permette alla clatrina di formare un’invaginazione di membrana. La clatrina è una molecola complessa. Alla base ci sono sei catene proteiche, tre pesanti e tre leggere, che si uniscono a formare i cosiddetti trischelion (dal greco = tre braccia). Cinque o sei trischelion formano il canestro di clatrina. Il canestro di clatrina si lega alla membrana, la stira e permette la formazione dell’invaginazione. Successivamente, interviene la dinamina, una proteina che stacca completamente la vescicola dal resto della membrana. In seguito a ciò, la vescicola si sposta nel citoplasma, avvolta completamente dal canestro di clatrina;

3. Una volta liberata nel citoplasma, la vescicola libera sia l’adaptina che la clatrina, le quali vengono riutilizzate in altri processi di endocitosi.

4. La vescicola non più rivestita da clatrina si fonde con l’endosoma (una vescicola proveniente dall’apparato di Golgi). A causa del pH leggermente acido presente all’interno dell’endosoma, il recettore e la molecola internizzata si staccano.

5. In qualche caso, Il recettore viene incorporato nella membrana dell’endosoma e, attraverso un processo di gemmazione (simile all’esocitosi), si stacca assieme ad una piccola vescicola, raggiunge la membrana citoplasmatica e viene riutilizzato in altri processi di endocitosi.

6. In altri casi, la molecola internizzata ed il recettore restano all’interno dell’endosoma. Questo viene poi raggiunto dai lisosomi e si fonde con essi. Gli enzimi contenuti nei lisosomi, a loro volta, attaccano e degradano sia la molecola che il recettore.

Endocitosi mediata da caveolina Le caveole sono piccole invaginazioni della membrana citoplasmatica, a forma di fiasca. Sono presenti in molte cellule ma sono particolarmente abbondanti nelle cellule endoteliali (cellule che rivestono l’interno dei vasi sanguigni). Solitamente, si formano in corrispondenza dei raft. Le caveole servono per trasportare all’interno della cellula particolari componenti, quali elementi costitutivi della membrana plasmatica, tossine batteriche, etc. Il materiale endocitato viene inviato al reticolo endoplasmatico o al Golgi per essere modificato (e non ai lisosomi per essere degradato, come accadeva nell’endocitosi mediata da clatrina).

4 Citologia 07 – Membrana cellulare (parte 3)

Transcitosi La transcitosi è un trasporto composto, caratterizzato sia da un processo di l’endocitosi che di esocitosi. Questo tipo di trasporto è caratteristico delle cellule che devono trasportare sostanze da un ambiente all’altro (come nel caso del trasporto di macromolecole operato dalle cellule endoteliali dai tessuti al sangue e viceversa). Il processo della transcitosi è simile all’endocitosi clatrina-mediata. Le vescicole endocitate da un versante della cellula (per esempio quello apicale), perso il rivestimento di clatrina, si fondono con gli endosomi e si spostano sull’altro versante della cellula (per esempio, quello baso-laterale). Qui, si fondono con la membrana citoplasmatica e riversano all’esterno (in un altro ambiente) le molecole internizzate dal versante apicale. Funzione di riconoscimento La membrana contiene particolari glicoproteine che rappresentano una sorta di targa. In base a questa combinazione di glicoproteine, la cellula viene riconosciuta come facente parte del sé (self), ossia dello stesso organismo a cui appartiene. L’insieme di queste glicoproteine è chiamato complesso maggiore di istocompatibilità (HLA). Tutte le cellule di uno stesso organismo hanno la stessa targa (cioè, la stessa combinazione di glicoproteine) e questa è diversa da tutte le altre targhe presenti sulle cellule degli altri organismi. Solo in un caso le targhe tra organismi diversi sono uguali, nei gemelli monovulari. In questo particolare caso, tutte le cellule di un gemello hanno la stessa identica targa delle cellule dell’altro gemello. Il meccanismo della targa permette al sistema immunitario di riconoscere ciò che appartiene all’organismo che devono proteggere (self) da ciò che è estraneo (not-self). Quando il sistema immunitario individua un not-self (per esempio, un microbo o una cellula tumorale) lo attacca e lo distrugge. Questo compito è svolto da alcune cellule chiamate Natural Killer (NK), che presentano dei recettori capaci di riconoscere le cellule self da quelle not-self, e distruggere quest’ultime.

5 Citologia 07 – Membrana cellulare (parte 3)

Questo tipo di difesa entra in funzione nelle infezioni da parte di microbi oppure nei confronti di cellule tumorali. In alcuni particolari casi, questo meccanismo può rendersi responsabile di problemi. Per esempio, ci sono malattie, dette autoimmunitarie, in cui il sistema immunitario per errore, attacca strutture proprie dell’organismo (self), portando a distruzione l’organo interessato (esempi sono la tiroidite autoimmunitaria ed il diabete mellito di tipo I). In altri casi, questo meccanismo di riconoscimento può impedire la cura di malattie, come nel caso dei trapianti di organi. Quando un organo è irrimediabilmente ammalato, può essere sostituito con un altro organo, derivante da un donatore vivente o da donatore deceduto. In questi casi, il trapianto degli organi (che salverebbe la vita al paziente ammalato) viene contrastato proprio dal sistema di riconoscimento, il quale fa sì che il nuovo organo non venga accettato e, pertanto, distrutto. La moderna medicina ha a disposizione farmaci (detti anti-rigetto) che bloccano l’attacco e la distruzione dell’organo trapiantato da parte del sistema immunitario, consentendo al paziente di sopravvivere.