Contactos intercelulares

Los contactos intercelulares  son complejos moleculares que proporcionan conexiones entre células adyacentes o entre una célula y la matriz extracelular (MEC). Los contactos intercelulares son críticos para la viabilidad de los organismos multicelulares . Entre los contactos que median la conexión de dos células, se distinguen las uniones estrechas , que regulan el transporte intercelular e impiden la difusión de proteínas de membrana ; uniones adhesivas , que se unen al citoesqueleto de actina de las células adyacentes; desmosomas , que se unen a los filamentos intermedios de las células vecinas; uniones comunicantes , lo que permite la transferencia directa de iones y moléculas pequeñas entre células vecinas. Los invertebrados tienen uniones septadas , que tienen las mismas funciones que las uniones estrechas. En las plantas, muchas células están conectadas por puentes citoplasmáticos : plasmodesmos . Los contactos que conectan las células y la MEC incluyen desmosomas y contactos focales .

Contactos entre dos celdas

Contactos apretados

Las uniones estrechas unen células epiteliales o endoteliales . Regulan el transporte de partículas entre las células y también actúan como una "valla" que evita la difusión de las proteínas de la membrana entre las regiones superior (apical) e inferior (basal) de la membrana. Se encontraron más de 24 proteínas diferentes en la zona de unión estrecha, que se dividen en 4 grupos: proteínas transmembrana , proteínas polares, proteínas del citoesqueleto y proteínas señal. Las proteínas transmembrana están representadas por tres tipos de proteínas: claudinas , ocludinas y moléculas adhesivas de contacto ( es decir, molécula de adhesión de  unión ) que realizan una función de "bloqueo". Algunas proteínas de unión estrecha, como ZO-1 , interactúan con muchas proteínas de señalización , así como con el citoesqueleto de actina [1] .

Contactos septados

En un microscopio electrónico , los contactos septados se ven como una serie (pila) de paredes rectas o curvas (o septos, por lo que obtuvieron su nombre), ubicadas paralelas entre sí. Los tabiques conectan un espacio de 15 a 20 nm de ancho entre las membranas plasmáticas de las células adyacentes. A veces, el contacto tiene un aspecto plegado. Desde el lado del citoplasma, los filamentos de actina se pueden asociar con el contacto septado [2] .

Las uniones septadas y estrechas difieren en la composición de proteínas. Además, las uniones estrechas se ubican en la membrana lateral por encima de las uniones adhesivas de la faja, mientras que las uniones septadas se ubican debajo, cerca de la base de la célula. A veces, una sola célula está conectada a sus vecinas mediante uniones estrechas y septadas [2] .

Al igual que las uniones estrechas, las uniones septadas regulan el transporte de moléculas a través de la capa celular, limitando la posibilidad de difusión, y también limitan el flujo de fosfolípidos y proteínas de membrana entre las mitades superior ( apical ) e inferior ( basal ) de la membrana celular. Sin embargo, los contactos septados también tienen funciones que no son características de los contactos estrechos. Por ejemplo, en Drosophila y el nematodo Caenorhabditis elegans , en ausencia de contactos septados funcionales, comienzan a desarrollarse tumores, lo que indica el papel de estas estructuras en el control del crecimiento tumoral. Además, las uniones septadas juegan un papel importante en el control de la forma celular [2] .

Contactos adhesivos

Muy a menudo, los contactos adhesivos se encuentran en los tejidos epiteliales y en el endotelio, aquí forman un cinturón adhesivo alrededor de cada célula, que también se denomina zona de adhesión ( lat.  zonula adherens ). Tales zonas en el epitelio de los vertebrados se ubican principalmente basales al área de las uniones estrechas ( lat.  zonula occludens ) y apicales a los desmosomas ( lat.  macula adherens ) [3] [4] . En un microscopio electrónico, los contactos adhesivos parecen bandas oscuras y densas ubicadas en las regiones adyacentes de las membranas de las células adyacentes. Los contactos adhesivos contienen receptores de proteínas transmembrana  : cadherinas . Las cadherinas ubicadas en la membrana lateral de una célula interactúan con las mismas proteínas en la membrana lateral de la célula vecina. Los contactos adhesivos son lo suficientemente fuertes y duraderos para remodelar el tejido y resistir las fuerzas de corte . Por ejemplo, en la banda adhesiva, las cadherinas interactúan con los filamentos de actina con la participación de proteínas del grupo catenina . Los filamentos de actina están unidos a las miosinas , que permiten que los filamentos de actina se deslicen. Debido al deslizamiento del hilo, cambia la forma del polo apical de las células epiteliales. Esto es especialmente importante para el correcto desarrollo del tubo neural [5] .

Brecha de contactos

Las uniones gap pueden contener desde varias decenas hasta miles de canales que pasan a través de las membranas plasmáticas de las células adyacentes. Cada canal se compone de dos mitades, que se conocen como conexiones o medios canales. Estas mitades se unen en un estrecho espacio de 2-3 nm de ancho que separa las células vecinas. Cada conexión consta de seis subunidades de proteínas  - conexinas [6] . Se conocen dos familias más de proteínas de unión gap. Las inexinas se encuentran solo en invertebrados, pero no son homólogas de las conexinas. Sin embargo, forman uniones intercelulares que son similares en estructura y función a las uniones gap de los vertebrados . Otra familia está representada por las panexinas , que se encuentran tanto en vertebrados como en invertebrados. Difieren en estructura tanto de las conexinas como de las innexinas. Las panexinas se encuentran casi exclusivamente en las neuronas y probablemente desempeñen un papel importante en su funcionamiento y desarrollo incluso en animales con un sistema nervioso primitivo [7] .

Las uniones gap sirven para mover iones y moléculas pequeñas entre células adyacentes. Las moléculas con una masa de hasta 1,2 kDa pueden pasar a través de la unión comunicante, mientras que las moléculas con una masa de 2 kDa se retienen. Las células pueden intercambiar moléculas como azúcares , nucleótidos , segundos mensajeros (cAMP o cGMP ), péptidos pequeños y ARN . Las uniones comunicantes son especialmente importantes cuando se necesita un gran número de células para producir una respuesta rápida y bien coordinada. Por lo tanto, las uniones comunicantes forman la base de sinapsis eléctricas muy rápidas , que se pueden encontrar, por ejemplo, en las neuronas del cerebro y en las células del miocardio ( cardiomiocitos ) [8] .

Desmosomas

Los desmosomas se unen a células del epitelio, miocardio , hígado , bazo y algunas células del sistema nervioso. En un microscopio electrónico, un desmosoma se ve así. En el área de contacto en el lado citoplasmático de la membrana de cada una de las dos células vecinas, hay una placa densa en electrones, desde cuyo lado citoplasmático se extiende un haz de filamentos intermedios. El ancho del espacio entre dos celdas adyacentes es de aproximadamente 30 nm [9] .

Los desmosomas proporcionan la integridad estructural de las capas celulares al unir sus redes de filamentos intermedios. Además de las proteínas de filamento intermedio, los desmosomas contienen muchas otras proteínas con diversas funciones. Los desmosomas son especialmente comunes en las células estresadas, como la piel y las células del miocardio, donde desempeñan un papel estructural importante al proporcionar "soldadura por puntos" de las células. Los desmosomas también están involucrados en la transducción de señales. Por ejemplo, la placoglobina y las placofilinas , que forman parte de los desmosomas, cuando se activan los receptores de señalización en la superficie celular, se desplazan al núcleo , donde regulan la expresión de muchos genes , y la placoglobina, además, directamente se une a los receptores del factor de crecimiento . Por lo tanto, los desmosomas pueden controlar la expresión de muchos genes [10] .

Plasmodesma

Los plasmodesmos se forman durante la última etapa de la división de las células vegetales , la citocinesis , cuando las células hijas finalmente se separan entre sí. En las paredes celulares recién formadas, quedan poros que conectan los citoplasmas de las células vecinas. Los plasmodesmos se forman cuando los tubos del retículo endoplásmico (RE) entran en la placa celular durante la formación . Al mismo tiempo, las membranas de las células vecinas y los túbulos del ER no se fusionan entre sí. En cambio, el túbulo EPR se divide en dos partes, que están ubicadas en células vecinas y están conectadas por un istmo estrecho. El istmo se encuentra en el canal de las paredes celulares de las células vecinas y está rodeado de citoplasma; también se le llama desmotúbulo [11] . Los plasmodesmos formados durante la citocinesis se denominan primarios . Sin embargo, a veces los plasmodesmos conectan células que no son producto de una sola división; tales plasmodesmos se llaman secundarios . Los plasmodesmos secundarios se forman por adelgazamiento local de la pared entre dos células, y de alguna manera se inserta un tubo EPR en el orificio resultante [12] .

Los plasmodesmos combinan células vegetales en una gran estructura llamada simplasto . Dentro del simplasto, las señales eléctricas, los iones y las pequeñas moléculas solubles en agua pasan a través de los plasmodesmos, incluidos los aminoácidos , los azúcares, los ARNm , los ARN pequeños de interferencia y las proteínas (incluidos los factores de transcripción ). Los iones y las moléculas atraviesan los plasmodesmos por difusión simple [13] . El diámetro de los poros de los plasmodesmos se puede cambiar, lo que permite ajustar la permeabilidad selectiva de los plasmodesmos [14] .

Muchos patógenos de plantas , viroides y virus  , se transfieren entre células por medio de plasmodesmos, a pesar de su gran tamaño. El hecho es que los virus expresan proteínas que expanden los poros de los plasmodesmos, lo que hace posible el transporte de partículas virales incluso bastante grandes. El mecanismo de acción de estas proteínas aún no se conoce [14] .

Contactos entre células y ECM

Hemidesmosomas

Los hemidesmosomas se encuentran en el lado basal de la membrana de la célula epitelial y la unen a la matriz extracelular. Más precisamente, los hemidesmosomas conectan la red de filamentos intermedios de las células epiteliales a la matriz extracelular mediante receptores transmembrana . La microscopía electrónica mostró que las estructuras de los desmosomas y los hemidesmosomas son muy similares (un hemidesmosoma parece la mitad de un desmosoma, por lo que esta estructura recibió su nombre), sin embargo, los desmosomas no se unen a la célula y la matriz extracelular, sino a dos células vecinas. La función principal de los hemidesmosomas es unir capas de epitelio a la membrana basal [15] .

Los hemidesmosomas proporcionan la unión del epitelio estratificado a la membrana basal. Los hemidesmosomas y desmosomas en la célula están orientados en ángulo recto entre sí, por lo que brindan protección contra varios tipos de estrés mecánico. Asociados con los filamentos intermedios, los hemidesmosomas y los desmosomas forman una densa red que brinda soporte estructural a las capas epiteliales [16] .

A pesar de su importante papel arquitectónico, los desmosomas y hemidesmosomas no son estructuras estáticas. Entonces, cuando la piel se lesiona, las células epiteliales se desprenden de la membrana basal y migran al área de la herida. Allí se dividen, repoblando el área lesionada y luego se vuelven a unir a la membrana basal (a través de hemidesmosomas) y entre sí (a través de desmosomas). Por lo tanto, los hemi-desmosomas y los desmosomas son capaces de desarmarse de forma reversible [16] .

Contactos focales

Las uniones focales son una acumulación de receptores de integrina en la membrana celular que unen la célula a la matriz extracelular; desde el lado del citoplasma, interactúan con el citoesqueleto de actina. Además de las integrinas, las proteínas de contacto focal incluyen vinculina , talin , cinasa de contacto focal , paxillin , zyxin , VASP , α-actinina y otras. Los contactos focales se detectan solo en aquellas partes de la membrana celular que se acercan a la matriz extracelular a una distancia de menos de 15 nm [17] [18] .

Los contactos focales proporcionan una fuerte unión de las células a la matriz extracelular y están implicados en la transferencia de la tensión mecánica sobre la membrana celular. Están involucrados en muchas vías de señalización celular , en particular, las que se activan en respuesta al estrés mecánico [18] .

Importancia clínica

Las violaciones en el trabajo de los contactos intercelulares de diferentes tipos conducen a diversas enfermedades, lo que enfatiza su importancia funcional para un organismo multicelular. Por ejemplo, las mutaciones en los genes claudin-16 y claudin-19 que alteran las uniones estrechas provocan hipomagnesemia debido a la pérdida excesiva de magnesio en la orina. Las mutaciones en los genes de claudina-13 y tricelulina causan sordera hereditaria . La desregulación de algunas proteínas de unión estrecha está asociada con el cáncer (p. ej., la expresión de ZO-1 y ZO-2 está regulada a la baja en muchos tipos de cáncer). Los componentes de las uniones estrechas también pueden ser objetivos de los virus oncogénicos [19] .

Las mutaciones puntuales en los genes que codifican las proteínas de unión comunicante, las conexinas, en humanos conducen a defectos muy específicos, de los que se puede concluir que la mayoría de las conexinas se expresan solo en unos pocos tejidos . Las mutaciones recesivas en el gen de la conexina-26 son ​​la causa más común de sordera hereditaria. Connexin-26 participa en el transporte de iones de potasio en las células epiteliales que sostienen las células ciliadas sensibles en el oído . Las personas con mutaciones en el gen que codifica la conexina-32 pueden sufrir destrucción de la vaina de mielina de los axones ( variante ligada al cromosoma X de la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth ). Es posible que la estabilidad de la mielina dependa de las uniones gap entre las células de las diferentes capas de la vaina de mielina, y las alteraciones en el funcionamiento de los contactos conduzcan a su destrucción [20] .

La violación del funcionamiento de los desmosomas también conduce a diversas enfermedades. Así, la queratodermia palmoplantar se desarrolla con mutaciones en las proteínas del desmosoma. Las dermatosis ampollosas autoinmunes  , como el pénfigo vulgar ocurren cuando los pacientes desarrollan anticuerpos contra sus propias proteínas desmosomas. Las violaciones en el funcionamiento de los contactos intercelulares, en particular, los desmosomas, pueden conducir a la muerte [21] . Las enfermedades asociadas con la disfunción de los hemidesmosomas se manifiestan como ampollas en la piel . Estas enfermedades se conocen colectivamente como epidermólisis ampollosa (EB). En BE, la piel se vuelve quebradiza, descamada y ampollada en respuesta a la más mínima tensión mecánica. A veces también se produce el desprendimiento del epitelio de la córnea , la tráquea , el tubo digestivo , el esófago y también se produce distrofia muscular [22] .

Notas

1. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 .
2. ↑ 1 2 3 Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 893.
3. ↑ Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Biología molecular de la célula . — 5to. — Ciencia de la guirnalda, 2007. - ISBN 978-0-8153-4105-5 .
4. ↑ Harvey Lodish et al. 22.1 Adhesión y comunicación célula-célula // Biología celular molecular . — 4to. - WH Freeman, 2000. - ISBN 0-7167-3136-3 .
5. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 895-897.
6. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 901.
7. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 903.
8. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 902-903.
9. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 897-898.
10. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 898.
11. ↑ Robards A W. Plasmodesmata  //  Revisión anual de fisiología vegetal. - 1975. - Junio ​​( vol. 26 , n. 1 ). - P. 13-29 . — ISSN 0066-4294 . -doi : 10.1146 / annurev.pp.26.060175.000305 .
12. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 986-987.
13. ↑ ROBERTS AG , OPARKA KJ Plasmodesmata y el control del transporte simplástico  //  Planta, Célula y Medio Ambiente. - 2003. - enero ( vol. 26 , no. 1 ). - pág. 103-124 . — ISSN 0140-7791 . -doi : 10.1046 / j.1365-3040.2003.00950.x .
14. ↑ 1 2 Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 987.
15. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 899.
16. ↑ 1 2 Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 900.
17. ↑ Zaidel-Bar R. , Cohen M. , Addadi L. , Geiger B. Montaje jerárquico de complejos de adhesión de matriz celular.  (Inglés)  // Transacciones de la Sociedad Bioquímica. - 2004. - Junio ​​( vol. 32 , no. Pt3 ). - P. 416-420 . -doi : 10.1042/ BST0320416 . — PMID 15157150 .
18. ↑ 1 2 Burridge K. Adherencias focales: una perspectiva personal sobre medio siglo de progreso.  (inglés)  // La revista FEBS. - 2017. - Octubre ( vol. 284 , no. 20 ). - Pág. 3355-3361 . -doi : 10.1111/14195 de febrero . — PMID 28796323 .
19. ↑ Balda MS , Matter K. Uniones estrechas de un vistazo.  (Inglés)  // Revista de Ciencias Celulares. - 2008. - 15 de noviembre ( vol. 121 , no. Pt 22 ). - Pág. 3677-3682 . -doi : 10.1242/ jcs.023887 . —PMID 18987354 .
20. ↑ Pollard et al., 2017 , pág. 550.
21. ↑ Cassimeris, Lingappa, Plopper, 2016 , pág. 898-899.
22. ↑ Walko G. , Castañón MJ , Wiche G. Arquitectura molecular y función del hemidesmosoma.  (Inglés)  // Investigación de células y tejidos. - 2015. - mayo ( vol. 360 , n. 2 ). - pág. 363-378 . -doi : 10.1007 / s00441-014-2061-z . — PMID 25487405 .

Literatura

• Cassimeris L., Lingappa W. R., Plopper D. Lewin cell . - M. : Laboratorio del Saber, 2016. - 1056 p. - ISBN 978-5-906828-23-1 .
• Thomas D. Pollard, William C. Earnshaw, Jennifer Lippincott-Shwartz, Graham T. Jonson. Biología Celular. - Elsevier, 2017. - ISBN 978-0-323-34126-4 .

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