Comunicazione intercellulare

Le cellule del nostro corpo sono in grado di comunicare e scambiare informazioni fra di loro. La comunicazione avviene per mezzo di due forme di segnali: elettrici e chimici. I segnali elettrici sono costituiti da variazioni del segnale di membrana, i segnali chimici sono costituiti da molecole rilasciate nel liquido extracellulare.

L’organismo utilizza quattro mezzi di comunicazione:

  1. giunzioni comunicanti;
  2. segnali dipendenti da contatto;
  3. comunicazione locale;
  4. comunicazione a lunga distanza.

Giunzioni comunicanti

Le giunzioni comunicanti sono canali proteici formate dalle connessine che creano ponti citoplasmatici tra due cellule vicine. L’unione di queste proteine transmembrana crea un canale proteico (connessone) che è in grado di aprirsi e chiudersi. Quando il canale è aperto ioni e piccole molecole diffondono direttamente dal citoplasma di una cellula all’altra.

Segnali dipendenti da contatto

I segnali da contatto richiedono l’interazione tra molecole di membrana di due cellule. Le molecole di adesione cellulare (CAM) fungono da recettori. Le CAM sono legate al citoscheletro e ad enzimi intracellulari e trasferiscono segnali in entrambe l direzioni. Un esempio di segnale da contatto lo abbiamo durante la fase di crescita dell’organismo dove i neuroni emettono prolungamenti che devono accrescersi dalla regione assiale dell’organismo fino alle estremità degli arti.

Comunicazione locale ed a lunga distanza

La comunicazione locale riguarda i segnali paracrini e autocrini. Nel segnale paracrino una cellula secerne una sostanza che agisce sulle cellule che si trovano nelle immediate vicinanze della cellula secernente. Il segnale viene rilasciato nel liquido interstiziale ed è limitato alle cellule adiacenti, un esempio è dato dall’istamina rilasciata da una cellula danneggiata. Nel segnale autocrino il segnale chimico agisce sulla cellula che lo ha secreto.

La comunicazione a lunga distanza riguarda il sistema endocrino e il sistema nervoso. Il sistema endocrino comunica utilizzando gli ormoni, sostanze chimiche rilasciate nel circolo sanguigno. Il sistema nervoso risulta in una combinazione di segnali chimici ed elettrici. Il segnale elettrico viaggia lungo il neurone fino a raggiungere la parte terminale dove viene tradotto in un segnale chimico.

Ricezione e trasduzione del segnale

Come fanno le cellule a sapere quali segnali sono diretti a loro? Questo avviene perché ogni tipo cellulare è geneticamente programmato per ricevere e rispondere a specifici segnali. Solo le cellule che hanno recettori per il segnale chimico producono una risposta.

Le molecole segnale si avvalgono di proteine di membrana per la trasduzione del segnale. Il primo componente di un sistema di trasduzione è il recettore. Il ligando si lega al recettore e lo attiva grazie ad un cambiamento conformazionale, il segnale viene trasmesso ad una serie di proteine in sequenza determinando una cascata di eventi che porta alla risposta cellulare.

Il recettore è rappresentato da una proteina recettoriale presente sulla cellula bersaglio a cui si lega il segnale chimico (ligando). I recettori si possono trovare nel nucleo, nel citosol oppure sulla membrana cellulare. La maggior parte dei ligandi sono molecole idrofiliche che si legano ai recettori presenti sulla membrana cellulare, le molecole idrofobiche attraversano la membrana ed entrano nella cellula.

Le molecole segnale lipofile entrano nella cellula e si legano a recettori citosolici o nucleari ed attivano un gene che induce la sintesi di nuovo mRNA nel nucleo. L’RNA messaggero funge da stampo per la produzione di nuove proteine.

Recettori

Sula superficie cellulare sono presenti tre tipi di recettori:

  1. recettori accoppiati a canali ionici;
  2. recettori accoppiati a proteine G;
  3. recettori accoppiati ad enzimi.

Recettori a canali ionici

Nei recettori a canali ionici il legame con il ligando determina l’apertura del canale. Questi sono i recettori più semplici la maggior parte di essi sono recettori di neurotrasmettitori localizzati nel tessuto muscolare e nervoso. Per esempio nella contrazione muscolare è necessario che gli ioni Na+ entrino nella cellula per depolarizzare la membrana. L’acetilcolina si lega ad un recettore colinergico che controlla il canale ionico per il sodio, quando l’acetilcolina si lega al recettore il canale si apre e il sodio entra nella cellula determinando un cambiamento del potenziale di membrana.

Recettori accoppiati a proteine G

I recettori accoppiati a proteine G sono proteine transmembrana. Il recettore è costituito da sette alfa eliche transmembrana connesse da anse che si estendono nel citosol o all’esterno della cellula. La parte esterna del recettore presenta il sito di legame per la molecola segnale, la parte interna ha un sito di legame per una specifica proteina G. Il ligando che si lega al recettore porta ad un cambiamento di conformazione dello stesso in maniera tale che esso possa associarsi alla proteina G. Quando la proteina G è inattiva è legata al nucleotide guanosina difosfato (GDP), una volta che il ligando si lega al recettore il complesso ligando-recettore si associa alla proteina G. Questo legame attiva lo scambio di GDP a GTP e la proteina G risulta attivata, la sua attivazione determina l’apertura del canale ionico di membrana o la modifica di attività enzimatiche.

comunicazione

Recettori enzimatici

I recettori enzimatici sono proteine transmembrana che hanno il recettore sulla superficie extracellulare e l’enzima sul versante intracellulare. Gli enzimi dei recettori enzimatici sono proteinchinasi, come la tirosina chinasi. Tra i ligandi del recettore troviamo l’insulina, fattori di crescita e citochine.

I recettori tirosin chinasici attivano diverse vie di trasduzione tra cui le vie di Ras. Le proteine Ras sono un gruppo di proteine G che quando attive innescano una cascata di reazioni dove si ha la fosforilazione dell’aminoacido tirosina in specifiche proteine cellulari che portano ad una risposta. La via di Ras attiva anche una serie di molecole chiamate MAP chinasi che fosforilano varie proteine importanti per l’espressione genica.

Una volta che il segnale ha svolto il suo compito deve essere terminato, in questo modo il recettore e tutti i componenti della via di trasduzione tornano nel loro stato inattivo. Questo meccanismo assicura che l’intensità della risposta sia adeguata alla forza del segnale e fa in modo che il sistema sia in grado di rispondere a nuovi segnali.

Regolazione della ricezione

Le cellule sono in grado di regolare la ricezione del segnale incrementando o diminuendo il numero di recettori. Inizialmente l’aumento della concentrazione della molecola segnale determina un incremento della risposta, se questa situazione si protrae per diverso tempo la cellula rimuove i recettori trasportandoli nei lisosomi per cercare di portare la risposta a livelli normali, un fenomeno noto come down-regulation.

Al contrario, se la concentrazione del ligando diminuisce la cellula aumenta il numero di recettori per esocitosi con un processo chiamato up-regulation.

Per fare un esempio, se l’ormone insulina rimane elevato per lungo tempo le cellule rimuovono i recettori. Se questa situazione permane a causa di uno stile di vita scorretto il pancres produce più insulina ma le cellule non sono stimolate ad aumentare il numero di recettori. Il pancreas si trova costretto a rilasciare ancora più insulina senza però ottenere nessun beneficio, si instaura così il fenomeno dell’insulino resistenza che può sfociare nel diabete di tipo 2.

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