Adhesión celular - Cell adhesion

Esquema de adhesión celular

La adhesión celular es el proceso mediante el cual las células interactúan y se adhieren a las células vecinas a través de moléculas especializadas de la superficie celular. Este proceso puede ocurrir a través del contacto directo entre las superficies celulares, como las uniones celulares, o la interacción indirecta, donde las células se adhieren a la matriz extracelular circundante , una estructura similar a un gel que contiene moléculas liberadas por las células en los espacios entre ellas. La adhesión celular se produce a partir de interacciones entre moléculas de adhesión celular (CAM), proteínas transmembrana ubicadas en la superficie celular. La adhesión celular une a las células de diferentes maneras y puede participar en la transducción de señales para que las células detecten y respondan a los cambios en el entorno. Otros procesos celulares regulados por la adhesión celular incluyen la migración celular y el desarrollo de tejidos en organismos multicelulares . Las alteraciones en la adhesión celular pueden alterar importantes procesos celulares y provocar una variedad de enfermedades, como el cáncer y la artritis . La adhesión celular también es esencial para que los organismos infecciosos, como bacterias o virus , causen enfermedades .

Mecanismo general

Diagrama general de los diferentes tipos de uniones celulares presentes en las células epiteliales, incluidas las uniones célula-célula y las uniones célula-matriz.

Las CAM se clasifican en cuatro familias principales: integrinas , superfamilia de inmunoglobulinas (Ig) , cadherinas y selectinas . Las cadherinas y las IgSF son CAM homófilas, ya que se unen directamente al mismo tipo de CAM en otra célula, mientras que las integrinas y las selectinas son CAM heterófilas que se unen a diferentes tipos de CAM. Cada una de estas moléculas de adhesión tiene una función diferente y reconoce diferentes ligandos . Los defectos en la adhesión celular suelen atribuirse a defectos en la expresión de las CAM.

En los organismos multicelulares, las uniones entre las CAM permiten que las células se adhieran entre sí y crean estructuras llamadas uniones celulares . Según sus funciones, las uniones celulares se pueden clasificar en:

  • Uniones de anclaje (uniones adheridas , desmosomas y hemidesmosomas ), que mantienen unidas las células y fortalecen el contacto entre células.
  • Oclusiones (uniones estrechas ), que sellan los espacios entre las células a través del contacto célula-célula, creando una barrera impermeable para la difusión.
  • Uniones formadoras de canales (uniones gap ), que enlazan el citoplasma de las células adyacentes, lo que permite que se produzca el transporte de moléculas entre las células.
  • Uniones de retransmisión de señales, que pueden ser sinapsis en el sistema nervioso.

Alternativamente, las uniones celulares se pueden clasificar en dos tipos principales de acuerdo con lo que interactúa con la célula: las uniones célula-célula, principalmente mediadas por cadherinas, y las uniones célula-matriz, principalmente mediadas por integrinas.

Uniones celda-celda

Las uniones célula-célula pueden ocurrir de diferentes formas. Al anclar las uniones entre células, como las uniones adherentes y los desmosomas, las principales CAM presentes son las cadherinas. Esta familia de CAM son proteínas de membrana que median la adhesión célula-célula a través de sus dominios extracelulares y requieren iones de Ca 2+ extracelulares para funcionar correctamente. Las cadherinas forman una unión homofílica entre sí, lo que da como resultado que las células de un tipo similar se unan y pueden conducir a una adhesión celular selectiva, lo que permite que las células de los vertebrados se reúnan en tejidos organizados. Las cadherinas son esenciales para la adhesión célula-célula y la señalización celular en animales multicelulares y se pueden separar en dos tipos: cadherinas clásicas y cadherinas no clásicas.

Adhiere uniones

Unión adherida que muestra la unión homofílica entre cadherinas y cómo la catenina la une a los filamentos de actina

Las uniones adherentes funcionan principalmente para mantener la forma de los tejidos y mantener unidas las células. En las uniones adherentes, las cadherinas entre las células vecinas interactúan a través de sus dominios extracelulares, que comparten una región sensible al calcio conservada en sus dominios extracelulares. Cuando esta región entra en contacto con los iones Ca 2+ , los dominios extracelulares de las cadherinas experimentan un cambio conformacional de la conformación flexible inactiva a una conformación más rígida para experimentar una unión homofílica. Los dominios intracelulares de cadherinas también están muy conservados, ya que se unen a proteínas llamadas cateninas , formando complejos catenina-cadherina. Estos complejos de proteínas unen cadherinas a filamentos de actina . Esta asociación con los filamentos de actina es esencial para que las uniones adherentes estabilicen la adhesión célula-célula. Las interacciones con los filamentos de actina también pueden promover la agrupación de cadherinas, que están involucradas en el ensamblaje de las uniones adherentes. Esto se debe a que los grupos de cadherina promueven la polimerización del filamento de actina , que a su vez promueve el ensamblaje de uniones adherentes al unirse a los complejos cadherina-catenina que luego se forman en la unión.

Desmosomas

Los desmosomas son estructuralmente similares a las uniones adherentes, pero están compuestos por diferentes componentes. En lugar de las cadherinas clásicas, las cadherinas no clásicas, como las desmogleínas y las desmocolinas, actúan como moléculas de adhesión y están unidas a filamentos intermedios en lugar de a filamentos de actina. No hay catenina presente en los desmosomas ya que los dominios intracelulares de las cadherinas desmosómicas interactúan con las proteínas de la placa desmosómica, que forman las placas citoplasmáticas gruesas en los desmosomas y unen las cadherinas a los filamentos intermedios. Los desmosomas proporcionan fuerza y ​​resistencia a la tensión mecánica al descargar fuerzas sobre los filamentos intermedios flexibles pero resistentes, algo que no puede ocurrir con los filamentos rígidos de actina. Esto hace que los desmosomas sean importantes en los tejidos que enfrentan altos niveles de estrés mecánico, como el músculo cardíaco y el epitelio , y explica por qué aparece con frecuencia en este tipo de tejidos.

Juntas apretadas

Las uniones estrechas normalmente están presentes en los tejidos epiteliales y endoteliales , donde sellan los espacios y regulan el transporte paracelular de solutos y fluidos extracelulares en estos tejidos que funcionan como barreras. La unión estrecha está formada por proteínas transmembrana, incluidas claudinas , ocludinas y tricelulinas, que se unen estrechamente entre sí en membranas adyacentes de manera homofílica. De manera similar a las uniones de anclaje, los dominios intracelulares de estas proteínas de unión estrecha se unen con proteínas de andamio que mantienen estas proteínas en grupos y las unen a los filamentos de actina para mantener la estructura de la unión estrecha. Las claudinas, esenciales para la formación de uniones estrechas, forman poros paracelulares que permiten el paso selectivo de iones específicos a través de uniones estrechas, lo que hace que la barrera sea selectivamente permeable.

Uniones gap

Gap uniones que muestran conexiones y conexinas

Las uniones gap están compuestas por canales llamados conexiones , que consisten en proteínas transmembrana llamadas conexinas agrupadas en grupos de seis. Las conexiones de las células adyacentes forman canales continuos cuando entran en contacto y se alinean entre sí. Estos canales permiten el transporte de iones y moléculas pequeñas entre el citoplasma de dos células adyacentes, además de mantener las células juntas y proporcionar estabilidad estructural como uniones de anclaje o uniones estrechas. Los canales de unión gap son selectivamente permeables a iones específicos dependiendo de qué conexinas forman las conexiones, lo que permite que las uniones gap estén involucradas en la señalización celular regulando la transferencia de moléculas involucradas en las cascadas de señalización . Los canales pueden responder a muchos estímulos diferentes y se regulan dinámicamente ya sea por mecanismos rápidos, como la puerta de voltaje , o por un mecanismo lento, como la alteración del número de canales presentes en las uniones gap.

Adhesión mediada por selectinas

Las selectinas son una familia de CAM especializadas que participan en la adhesión transitoria de célula a célula que se produce en el sistema circulatorio. Principalmente median el movimiento de los glóbulos blancos (leucocitos) en el torrente sanguíneo al permitir que los glóbulos blancos "rueden" sobre las células endoteliales a través de uniones reversibles de selecciones. Las selectinas se someten a enlaces heterofílicos, ya que su dominio extracelular se une a los carbohidratos de las células adyacentes en lugar de a otras selectinas, mientras que también requiere iones Ca 2+ para funcionar, al igual que las cadherinas. La adhesión célula-célula de los leucocitos a las células endoteliales es importante para las respuestas inmunitarias, ya que los leucocitos pueden viajar a los sitios de infección o lesión a través de este mecanismo. En estos sitios, las integrinas de los glóbulos blancos rodantes se activan y se unen firmemente a las células endoteliales locales, lo que permite que los leucocitos dejen de migrar y se muevan a través de la barrera endotelial.

Adhesión mediada por miembros de la superfamilia de inmunoglobulinas

La superfamilia de inmunoglobulinas (IgSF) es una de las superfamilias de proteínas más grandes del cuerpo y contiene muchas CAM diversas involucradas en diferentes funciones. Estas proteínas transmembrana tienen uno o más dominios de tipo inmunoglobulina en sus dominios extracelulares y experimentan unión independiente del calcio con ligandos en células adyacentes. Algunas CAM de IgSF, como las moléculas de adhesión de células neurales (NCAM), pueden realizar una unión homofílica, mientras que otras, como las moléculas de adhesión de células intercelulares (ICAM) o las moléculas de adhesión de células vasculares (VCAM), se someten a una unión heterófila con moléculas como carbohidratos o integrinas. Tanto las ICAM como las VCAM se expresan en las células endoteliales vasculares e interactúan con las integrinas de los leucocitos para ayudar a la unión de los leucocitos y su movimiento a través de la barrera endotelial.

Uniones celda-matriz

Las células crean una matriz extracelular al liberar moléculas en el espacio extracelular circundante. Las células tienen CAM específicas que se unirán a moléculas en la matriz extracelular y unirán la matriz al citoesqueleto intracelular . La matriz extracelular puede actuar como soporte al organizar las células en tejidos y también puede participar en la señalización celular activando las vías intracelulares cuando se une a las CAM. Las uniones célula-matriz están mediadas principalmente por integrinas, que también se agrupan como cadherinas para formar adherencias firmes. Las integrinas son heterodímeros transmembrana formados por diferentes subunidades α y β, ambas subunidades con diferentes estructuras de dominio. Las integrinas pueden enviar señales en ambas direcciones: señalización de adentro hacia afuera, señales intracelulares que modifican los dominios intracelulares, pueden regular la afinidad de las integrinas por sus ligandos, mientras que la señalización de afuera hacia adentro, ligandos extracelulares que se unen a dominios extracelulares, pueden inducir cambios conformacionales en las integrinas e iniciar la señalización. cascadas. Los dominios extracelulares de las integrinas pueden unirse a diferentes ligandos a través de la unión heterofílica, mientras que los dominios intracelulares pueden unirse a filamentos intermedios, formando hemidesmosomas, oa filamentos de actina, formando adherencias focales .

Diagrama de hemidesmosomas que muestra la interacción entre las integrinas y la laminina, incluida la forma en que las integrinas están vinculadas a los filamentos intermedios de queratina

Hemidesmosomas

En los hemidesmosomas, las integrinas se unen a proteínas de la matriz extracelular llamadas lamininas en la lámina basal , que es la matriz extracelular secretada por las células epiteliales. Las integrinas enlazan la matriz extracelular con los filamentos intermedios de queratina , que interactúan con el dominio intracelular de las integrinas a través de proteínas adaptadoras como plectinas y BP230. Los hemidesmosomas son importantes para mantener la estabilidad estructural de las células epiteliales al anclarlas juntas indirectamente a través de la matriz extracelular.

Adherencias focales

En las adherencias focales, las integrinas unen fibronectinas , un componente de la matriz extracelular, a los filamentos de actina dentro de las células. Las proteínas adaptadoras, como las talinas , vinculinas , α-actininas y filaminas , forman un complejo en el dominio intracelular de las integrinas y se unen a los filamentos de actina. Este complejo de múltiples proteínas que une las integrinas con los filamentos de actina es importante para el ensamblaje de complejos de señalización que actúan como señales para el crecimiento celular y la motilidad celular.

Otros organismos

Eucariotas

Las células vegetales se adhieren estrechamente entre sí y están conectadas a través de plasmodesmos , canales que atraviesan las paredes de las células vegetales y conectan los citoplasmas de las células vegetales adyacentes. Las moléculas que son nutrientes o señales necesarias para el crecimiento se transportan, de forma pasiva o selectiva, entre las células vegetales a través de plasmodesmos.

Los protozoos expresan múltiples moléculas de adhesión con diferentes especificidades que se unen a los carbohidratos ubicados en la superficie de sus células huésped. La adhesión célula-célula es clave para que los protozoos patógenos se adhieran y entren en sus células huésped. Un ejemplo de protozoo patógeno es el parásito de la malaria ( Plasmodium falciparum ), que usa una molécula de adhesión llamada proteína circumsporozoíto para unirse a las células hepáticas, y otra molécula de adhesión llamada proteína de superficie del merozoito para unirse a los glóbulos rojos .

Los hongos patógenos usan moléculas de adhesión presentes en su pared celular para unirse, ya sea a través de interacciones proteína-proteína o proteína-carbohidrato, a las células huésped o fibronectinas en la matriz extracelular.

Procariotas

Los procariotas tienen moléculas de adhesión en su superficie celular denominadas adhesinas bacterianas , además de utilizar sus pili ( fimbrias ) y flagelos para la adhesión celular. Las adhesinas pueden reconocer una variedad de ligandos presentes en las superficies de la célula huésped y también componentes en la matriz extracelular. Estas moléculas también controlan la especificidad del huésped y regulan el tropismo (interacciones específicas de tejido o célula) a través de su interacción con sus ligandos.

Virus

Los virus también tienen moléculas de adhesión necesarias para la unión viral a las células huésped. Por ejemplo, el virus de la influenza tiene una hemaglutinina en su superficie que se requiere para el reconocimiento del ácido siálico de azúcar en las moléculas de la superficie de la célula huésped. El VIH tiene una molécula de adhesión denominada gp120 que se une a su ligando CD4 , que se expresa en los linfocitos . Los virus también pueden dirigirse a componentes de las uniones celulares para entrar en las células huésped, que es lo que sucede cuando el virus de la hepatitis C se dirige a ocludinas y claudinas en uniones estrechas para entrar en las células hepáticas.

Implicaciones clínicas

La disfunción de la adhesión celular ocurre durante la metástasis del cáncer . La pérdida de adhesión célula-célula en las células tumorales metastásicas les permite escapar de su sitio de origen y diseminarse por el sistema circulatorio. Un ejemplo de CAM desreguladas en el cáncer son las cadherinas, que se inactivan por mutaciones genéticas o por otras moléculas de señalización oncogénicas, lo que permite que las células cancerosas migren y sean más invasivas. Otras CAM, como las selectinas y las integrinas, pueden facilitar la metástasis al mediar las interacciones célula-célula entre las células tumorales metastásicas que migran en el sistema circulatorio con las células endoteliales de otros tejidos distantes. Debido al vínculo entre las MCA y la metástasis del cáncer, estas moléculas podrían ser posibles dianas terapéuticas para el tratamiento del cáncer.

También existen otras enfermedades genéticas humanas causadas por la incapacidad de expresar moléculas de adhesión específicas. Un ejemplo es la deficiencia de adhesión de leucocitos -I (LAD-I), donde la expresión de la subunidad de integrina β 2 se reduce o se pierde. Esto conduce a una expresión reducida de los heterodímeros de la integrina β 2 , que son necesarios para que los leucocitos se adhieran firmemente a la pared endotelial en los sitios de inflamación para combatir las infecciones. Los leucocitos de los pacientes con LAD-I no pueden adherirse a las células endoteliales y los pacientes presentan episodios graves de infección que pueden poner en peligro la vida.

Una enfermedad autoinmune llamada pénfigo también es causada por la pérdida de adhesión celular, ya que es el resultado de autoanticuerpos que atacan las propias cadherinas desmosómicas de una persona, lo que provoca que las células epidérmicas se desprendan unas de otras y provoquen ampollas en la piel.

Los microorganismos patógenos, incluidas las bacterias, los virus y los protozoos, primero deben adherirse a las células huésped para infectar y causar enfermedades. La terapia anti-adhesión se puede utilizar para prevenir la infección dirigiendo moléculas de adhesión al patógeno o a la célula huésped. Además de alterar la producción de moléculas de adhesión, también se pueden utilizar inhibidores competitivos que se unen a moléculas de adhesión para evitar la unión entre células, actuando como agentes anti-adhesivos.

Ver también

Referencias

enlaces externos