¿Cuáles son las conexiones entre las células?
Sección 1 Conexión Celular
1. Unión Cerrada
(A) Unión Estanca (Tight Junction)
Oclusión de las zónulas Se llama oclusión zonular y existe entre las células epiteliales de los vertebrados (Figura 11-1), con una longitud de aproximadamente 50 a 400 nm. Las membranas plasmáticas entre células adyacentes están estrechamente acopladas sin espacios. Bajo un microscopio electrónico, se puede ver una red de líneas de fusión formadas por proteínas en el área de conexión. Las líneas de fusión también se llaman crestas (Figura 65438). La permeabilidad de la capa de células epiteliales a las moléculas pequeñas está relacionada con el número de crestas, y algunas están tan estrechamente conectadas que ni siquiera las moléculas de agua pueden atravesarlas.
La línea de soldadura de las uniones estrechas está compuesta por moléculas de adhesión celular transmembrana. Las principales proteínas transmembrana son las proteínas de las uniones estrechas y las proteínas de las uniones oclusivas, así como la proteína de la membrana periférica ZO.
La función principal de las uniones estrechas es sellar los espacios entre células adyacentes para evitar que las moléculas de la solución penetren en el cuerpo a lo largo de los espacios intercelulares, asegurando así la relativa estabilidad del ambiente interno del cuerpo; Epitelio del tracto digestivo, epitelio de la vejiga y capilares cerebrales. Existe una estrecha conexión entre el endotelio vascular y las células de Sertoli de los testículos. Los dos últimos constituyen la barrera hematoencefálica y la barrera sanguínea testicular respectivamente, que pueden proteger estos importantes órganos y tejidos de cuerpos extraños. En diversos tejidos, las uniones estrechas tienen distintos grados de cierre para algunas moléculas pequeñas. Por ejemplo, la fuga de Na+ de las células epiteliales del intestino delgado es 654,38+100.000 veces mayor que la de las células epiteliales de la vejiga.
Figura 11-1 Las uniones estrechas se encuentran en el extremo superior de las células epiteliales.
Figura 11-2 Unión estrecha de células epiteliales de conejo (grabado por congelación)
Figura 11-3 Diagrama del patrón de unión estrecha
(2) Unión de separación
Es una unión estrecha presente en las células epiteliales de los invertebrados (Figura 11-4). Las conexinas están dispuestas en una escalera y el citoesqueleto que conecta las células son fibras de actina. En Drosophila, una proteína llamada discos grandes participa en la formación de uniones septales, y las cepas mutantes no sólo no logran formar uniones septales, sino que también producen protuberancias tumorales.
Figura 11-4 Las uniones de las paredes se encuentran en los invertebrados.
2. Conexión de anclaje
(1) Cinta y puntos adhesivos
La cinta adhesiva tiene forma de banda rodeando las células, generalmente situadas en la superficie superior. de células epiteliales debajo de la unión estrecha (Figura 11-5). El espacio entre células adyacentes en la zona de adhesión es de aproximadamente 15 a 20 nm.
Figura 11-5 Cinta debajo de la unión estrecha.
La molécula de adhesión en el espacio es E-cadherina (Figura 11-6). Hay varias proteínas de adhesión en el lado interno de la membrana plasmática, incluidas α-, β-, γ-catenina, vinculina y α-actina (α-actina).
Figura 11-6 Modelo estructural de cinta adhesiva
Debajo de la cinta adhesiva, hay haces de actina dispuestos paralelos a la membrana plasmática. La cadherina se une a los haces de actina a través de proteínas adhesivas, por lo que la actina. Los haces de las células vecinas se tejen en una amplia red mediante cadherinas y proteínas adhesivas que unen las células vecinas.
Las placas de adhesión se sitúan entre las células y la matriz extracelular y conectan los haces de actina a la matriz a través de integrinas. La membrana plasmática en la unión tiene forma de disco y se llama parche adherente.
(B) Desmosomas y hemidesmosomas
Los desmosomas existen en tejidos que están sujetos a una fuerte tensión, como entre las células epiteliales escamosas estratificadas de la piel, la cavidad bucal, el esófago, etc. y en el miocardio (Figura 11-7). Se forma una estructura similar a un botón entre las células adyacentes, la brecha entre las membranas celulares es de aproximadamente 30 nm y las proteínas están unidas al citoplasma debajo de la membrana plasmática. Como globina, pontin, etc. , formando manchas densas con un espesor de aproximadamente 15 ~ 20 nm. Las manchas están conectadas por fibras intermedias cuyas propiedades varían según el tipo de célula, como los filamentos de queratina en las células epiteliales. En los cardiomiocitos, los filamentos de desmina y la desmogleína (desmogleína y desmogleína) se encuentran en el medio de la desmogleína. Por tanto, las fibras intermedias de las células adyacentes forman una red citoesquelética a través de placas citoplasmáticas y cadherinas (figura 11-8).
Figura 11-7 Los desmosomas se encuentran debajo de la cinta.
Figura 11-8 Modelo estructural del desmosoma
Los hemidesmosomas son estructuralmente similares a los desmosomas y están ubicados entre la superficie basal de las células epiteliales y la membrana basal (Figura 11-9).
Las diferencias entre sus desmosomas son: ① La estructura del desmosoma solo se forma en el interior de la membrana plasmática, con la membrana basal en el otro lado ② La proteína de unión transmembrana es integrina en lugar de cadherina, y la integrina es un receptor extracelular; Proteína de matriz; ③ La queratina es una proteína de adhesión intracelular.
Figura 11-9 Los hemidesmosomas conectan la superficie basal de las células epiteliales y la membrana basal.
En tercer lugar, conexión de comunicación
(1) Unión interconectada
Las uniones interconectadas existen en la mayoría de los tejidos animales. Hay un espacio de 2 a 4 nm entre las células adyacentes en la unión (Figura 11-10). El área de unión es mucho más grande que la unión estrecha y el diámetro máximo puede alcanzar 0,3 μm. Hay una gran cantidad de partículas de proteína. en la brecha y las dos membranas plasmáticas, que es La unidad básica de las uniones gap se llama conector. Está rodeado por 6 subunidades proteicas transmembrana idénticas o similares con un diámetro de 8 nm, y en el centro se forma un orificio con un diámetro de aproximadamente 1,5 nm (Figura 11-11). Al inyectar tintes de diferentes pesos moleculares en las células, se demostró que los canales de unión gap pueden permitir el paso de moléculas con pesos moleculares inferiores a 1,5 kD.
La permeabilidad de las uniones gap se puede regular. En condiciones experimentales, reducir el pH de las células o aumentar la concentración de iones de calcio puede reducir la permeabilidad de las uniones comunicantes. Cuando las células se dañan, entran grandes cantidades de iones de calcio, lo que hace que las uniones se cierren para evitar daños a las células normales.
Figura 11-10 Micrografía electrónica de la conexión gap
Figura 11-11 Izquierda, micrografía electrónica del conector derecho y modelo de unión gap
Gap Las funciones de Las conexiones incluyen:
1. Participar en la diferenciación celular: en las primeras etapas del desarrollo embrionario, las células se desarrollan y diferencian entre sí de manera coordinada a través de uniones en hendidura. Las sustancias de moléculas pequeñas pueden establecer un gradiente de concentración de difusión gradual centrado en la fuente de secreción dentro de un determinado grupo celular, proporcionando "información de posición" para las células dentro del rango de gradiente de diferentes concentraciones de moléculas, induciendo así a las células a moverse a una ubicación determinada según su ubicación local. Posición en el embrión. Diferenciación direccional.
2. Cometabolismo: por ejemplo, en condiciones de cultivo in vitro, los fibroblastos mutantes que no pueden utilizar la hipoxantina exógena para sintetizar ácidos nucleicos se cultivan conjuntamente con fibroblastos de tipo salvaje, de modo que ambas células puedan absorber la hipoxantina. para sintetizar ácidos nucleicos. Si se interrumpen las uniones entre las células, las células mutantes no pueden absorber hipoxantina para sintetizar ácidos nucleicos.
3. Formación de sinapsis de tensión: Esta conexión de brecha entre el músculo liso, el músculo cardíaco y las terminaciones nerviosas se llama sinapsis de tensión. Las sinapsis electrotónicas pueden transmitir la excitación eléctrica de determinadas células a las células vecinas sin depender de neurotransmisores o sustancias de información.
(2) Plasmodesmos
Los plasmodesmos son conexiones de comunicación únicas en las células vegetales. Es un canal citoplasmático rodeado por una membrana plasmática que atraviesa la pared celular, con un diámetro de aproximadamente 20 a 40 nm. Por tanto, la célula somática vegetal puede considerarse como un sincitio gigante. Dentro del canal hay una estructura tubular rodeada por una membrana llamada túbulo puente. Los plasmodesmos están especializados en el retículo endoplásmico liso. Ambos extremos del conducto están conectados al retículo endoplásmico. El espacio entre los túbulos de plasmodesmos y la capa interna de los plasmodesmos está lleno de un anillo de citosol. Algunas moléculas pequeñas pueden transferirse entre células adyacentes a través de bucles citosólicos (figura 11-12).
Figura 11-12 Modelo estructural de los plasmodesmos
Los plasmodesmos son funcionalmente similares a las uniones entre células animales. Permite el paso de moléculas con un peso molecular inferior a 800 Da y desempeña un papel en la comunicación entre células adyacentes. Sin embargo, también debe regularse el transporte molecular a través de plasmodesmos. Los experimentos han demostrado que algunas moléculas de tinte de bajo peso molecular no pueden atravesar los plasmodesmos en circunstancias normales. Sin embargo, algunos virus vegetales pueden producir proteínas especializadas. Después de que esta proteína se une a los plasmodesmos, el tamaño de poro efectivo de los plasmodesmos se puede expandir, de modo que.
Los plasmodesmos también desempeñan un papel en la diferenciación celular. En las plantas superiores, la diferenciación celular del meristemo apical tiene una relación correspondiente con la distribución de los plasmodesmos. A medida que las células crecen y se extienden, los plasmodesmos disminuyen gradualmente en las paredes laterales pero siguen siendo abundantes en las paredes transversales. Los núcleos de las células adyacentes en las plantas pueden penetrar la pared celular a través de plasmodesmos.
(3) Sinapsis químicas
Las sinapsis químicas son conexiones entre células excitables, y su función es transmitir excitación mediante la liberación de neurotransmisores. Está compuesto por membrana presináptica, membrana postsináptica y hendidura sináptica (Figura 11-13).
Figura 11-13 La estructura de una sinapsis química (membrana presináptica en el lado con vesículas)
Las terminales neuríticas de las neuronas presinápticas se expanden en forma esférica, llamadas sinapsis táctiles. .
Las vesículas sinápticas se adhieren a la superficie del cuerpo celular o a los procesos neuronales postsinápticos para formar sinapsis. La membrana del cuerpo sináptico se llama membrana presináptica y la membrana del cuerpo celular o proceso opuesto a la membrana presináptica se llama membrana postsináptica. La brecha entre las dos membranas se llama hendidura sináptica. El ancho de la brecha es de aproximadamente 20 a 30 nm y contiene mucopolisacáridos y glicoproteínas.
En las vesículas sinápticas hay muchas vesículas pequeñas, llamadas vesículas sinápticas, que contienen neurotransmisores. Cuando los impulsos nerviosos alcanzan la membrana presináptica, las vesículas sinápticas liberan neurotransmisores, que son aceptados por receptores (canales activados por ligando) en la membrana postsináptica, provocando cambios en la permeabilidad iónica de la membrana postsináptica y despolarización o hiperpolarización de las membranas.
Figura 11-14 Modelo estructural de sinapsis química
Tabla 10-1 Comparación de varias conexiones
Conexiones ocluidas
Zona bloqueada
Epitelio
Uniones zonales
Existen sólo en invertebrados.
Nudo de anclaje
Actina conectiva
Tiras adhesivas
Epitelio
Puntos adhesivos
Base de células epiteliales
Fibras intermedias de conexión
Desmosomas
Miocardio, epidermis
Hemidesmosomas
Células epiteliales
Uniones de comunicación
Uniones en hendidura
Uniones químicas en la mayoría de los tejidos animales
Toque
entre las células nerviosas y entre nervios y músculos.
Plasmodesmos
Entre células vegetales
Figura 11-15 Comparación de varias conexiones de baterías
Sección 2 Adhesión celular Molécula de adhesión
La molécula de adhesión celular (CAM) es una molécula involucrada en la interacción entre las células y entre las células y la matriz extracelular. Se puede dividir aproximadamente en cinco categorías: cadherina, proteínas selectinas, superfamilia de inmunoglobulinas, integrinas y mucinas de ácido hialurónico.
Las moléculas de adhesión celular son glicoproteínas transmembrana. La estructura molecular consta de tres partes: ① región extracelular, la parte N-terminal de la cadena peptídica con cadenas de azúcar, encargada de reconocer ligandos; es una región transmembrana; ③ La región citoplasmática, es decir, la parte C-terminal de la cadena peptídica, es generalmente pequeña y está directamente conectada a los componentes citoesqueléticos debajo de la membrana plasmática o a moléculas de señalización química intracelular para activar vías de transducción de señales.
La acción de la mayoría de las moléculas de adhesión celular depende de cationes divalentes, como Ca2+ y Mg2+. Hay tres modos de acción de las moléculas de adhesión celular (Figura 11-16): reconocimiento mutuo y unión entre las mismas moléculas CAM en la superficie de dos células adyacentes (adhesión homófila mutua en la superficie de dos células adyacentes); reconocimiento y unión entre moléculas (adhesión anisotrópica); las mismas moléculas CAM en la superficie de dos células adyacentes se reconocen y se unen entre sí a través de moléculas de enlace extracelulares.
Figura 11-16 El modo de acción de las moléculas de adhesión celular
1. Cadherina
La cadherina es una CAM hidrofílica y su función depende del Ca2++. Hasta el momento se han identificado más de 30 cadherinas (tabla 10-2), que se distribuyen en diferentes tejidos.
Figura 11-17 Modelo estructural de E-cadherina
La estructura molecular de la E-cadherina es altamente homóloga. Su parte extracelular forma cinco dominios estructurales, cuatro de los cuales son homólogos. todos contienen sitios de unión de Ca2+ (Figura 11-17). El sitio que determina la especificidad de unión de la E-cadherina es un dominio cerca del extremo N. Al cambiar dos residuos de aminoácidos, la especificidad de unión se puede cambiar de E-cadherina a P-cadherina.
La E-cadherina está unida a diferentes componentes del citoesqueleto a través de diferentes conexinas. Por ejemplo, la E-cadherina está conectada a las fibras de actina a través de α-, β-, γ-catenina, vinculina, anquirina y α-actina. La desmogleína y la desmogleína en los desmosomas están conectadas a fibras intermedias a través de puntos densos del desmosoma.
Tabla 10-2 Principales moléculas de cadherina en la superficie de las células de mamíferos
Nombre
Tejido de distribución principal
E-cadherina
Embriones preimplantacionales y células epiteliales (especialmente concentradas en adherencias en bandas)
P-cadherina
Células de trofoblasto de placenta, corazón, pulmones e intestino delgado
N-cadherina
Mesodermo embrionario, neuroectodermo, sistema nervioso (cerebro, ganglios), corazón y pulmones.
M-cadherina
Mioblastos, células del músculo esquelético
R-mucina
Células nerviosas de la retina y células de glía
Ksp-cadherina
Riñón
OB-cadherina
Osteoblastos
Vitamina B-cadherina
Vascular células endoteliales
Desmogleína
Desmosomas
Deskolinas
p>Desmosomas
Las funciones de la cadherina incluyen principalmente la siguientes aspectos:
1. Mediar las conexiones celulares. En los vertebrados adultos, la E-cadherina es la principal CAM que mantiene la adhesión de las células epiteliales entre sí y es un componente importante de la zona de adhesión. La cadherina en la desmogleína y la desmogleína es desmogleína.
2. La cadherina participa en la diferenciación celular y juega un papel importante en la diferenciación temprana de las células embrionarias y en la construcción de tejidos adultos (especialmente tejidos epiteliales y neurales). Durante el desarrollo, las interacciones entre las células embrionarias (adhesión, desprendimiento, migración y readhesión) pueden determinarse regulando el tipo y la cantidad de expresión de cadherina, afectando así la diferenciación celular y participando en la formación de órganos a través del microambiente celular.
3. Inhibe la migración celular. La E-cadherina en la superficie celular en varios tejidos cancerosos se reduce o desaparece, lo que facilita que las células cancerosas se desprendan de la masa tumoral, lo que se convierte en un requisito previo para la invasión y metástasis. Por lo tanto, algunos consideran que la E-cadherina es un inhibidor de la metástasis.
En segundo lugar, la selectina
La selectina es una CAM anisotrópica cuya función depende del Ca2++. Principalmente implicado en el reconocimiento y adhesión entre leucocitos y células endoteliales vasculares. Hay tres selectinas conocidas: selectina L, selectina E y selectina P (Figura 11-18).
Figura 11-18 Modelo estructural de selectina
El dominio extracelular de la selectina consta de tres dominios con diferentes números de repetición: dominio de lectina C N-terminal, dominio similar a EGF y complemento- dominio de proteína de unión; el dominio de lectina reconoce glicoproteínas y ligandos de azúcar en moléculas de glicolípidos.
Los ligandos de azúcar reconocidos y unidos por la E-selectina y la P-selectina son estructuras de N-acetillactosamina sialiladas y fucoidán (sLeX y sLeA). La estructura sLeA se encuentra en moléculas de la superficie de los leucocitos mieloides, incluida la L-selectina. Las estructuras sLeX y sLeA también existen en la superficie de varias células tumorales.
La p-selectina se almacena en los gránulos α de las plaquetas y en los cuerpos de Weibel-Palardi de las células endoteliales. Durante la inflamación, la selectina p aparece primero en la superficie de las células endoteliales activadas y luego aparece la selectina E. Desempeñan un papel importante en la convocatoria de glóbulos blancos a los sitios de inflamación.
La E-selectina existe en la superficie de las células endoteliales vasculares activadas. Las citocinas como la interleucina I (IL-1) y el factor de necrosis tumoral (TNF) liberadas por los tejidos inflamatorios pueden activar las células endoteliales vasculares y estimular la síntesis de ellas. E-selectina.
La L-selectina está ampliamente presente en la superficie de varios leucocitos y participa en el proceso de salida de los leucocitos de los vasos sanguíneos en los sitios inflamatorios. El reconocimiento y combinación de sLeA en la molécula de L-selectina en la superficie de los leucocitos y P-selectina y E-selectina en la superficie de las células endoteliales activadas puede hacer que los leucocitos que fluyen rápidamente en la sangre disminuyan la velocidad y giren en el sistema vascular. endotelio en el sitio de la inflamación (es decir, mediante adhesión, desprendimiento, readhesión, etc.), eventualmente pasa a través de los vasos sanguíneos y ingresa al sitio inflamatorio.
Tres. Superfamilia de inmunoglobulinas
La superfamilia de Ig (ig-SF) incluye todas las moléculas con un dominio similar a una inmunoglobulina (ig) en su estructura molecular, que generalmente es independiente del Ca2++. El dominio tipo Ig se refiere a dos conjuntos de estructuras de lámina β antiparalelas mantenidas por enlaces disulfuro (Figura 11-19).
Figura 11-19 Modelo estructural de Ig-SF
Además de inmunoglobulinas, también incluye receptores de células T, receptores de células B, MHC y moléculas de adhesión celular (Ig-CAM), etc. . Algunas de ellas son CAM hidrofílicas, como varias moléculas de adhesión de células neurales (N-CAM) y moléculas de adhesión de células endoteliales plaquetas (PE-CAM). Algunas son CAM heterófilas, como la molécula de adhesión intercelular (I-CAM) y la molécula de adhesión celular vascular (V-CAM). Los ligandos de I-CAM y V-CAM son integrinas.
N-CAM tiene más de 20 tipos de moléculas heteromórficas, que juegan un papel importante en el desarrollo neuronal y la interacción entre las células nerviosas.
I-CAM y V-CAM se expresan en células endoteliales vasculares activadas. Durante la inflamación, la I-CAM en la superficie de las células endoteliales activadas puede unirse a αLβ2 en la superficie de los leucocitos y a αMβ2 en la superficie de los macrófagos. V-CAM puede unirse a la integrina α4β1 de los leucocitos, lo que hace que los leucocitos que ruedan sobre el endotelio se fijen en el endotelio vascular en el sitio inflamatorio después de la adhesión mediada por selectina mencionada anteriormente entre leucocitos y células endoteliales, y luego se extiendan. y luego secretada e hidrolizada. La enzima atraviesa la pared del vaso sanguíneo.
Cuatro. Integrinas
Las integrinas son en su mayoría moléculas de adhesión celular heterófilas y sus funciones dependen del Ca2++. Regula las interacciones entre las células y entre las células y la matriz extracelular (Figura 11-20). Casi todas las células animales y vegetales expresan integrinas.
Figura 11-20 Modelo estructural de integrina
La integrina es un heterodímero compuesto por dos subunidades, α (120~185 kD) y β (90~110 kD). Hasta la fecha se han descubierto 16 subunidades α y 9 subunidades β. Constituyen más de 20 combinaciones diferentes de integrinas.
El extremo N-terminal de la subunidad α tiene un dominio que une cationes divalentes. Hay una secuencia KXGFFKR muy conservada en el citoplasma cerca de la membrana, que está relacionada con la regulación de la actividad de las integrinas.
Las integrinas que contienen subunidades β1 median principalmente en la adhesión de las células a los componentes de la matriz extracelular. Las integrinas que contienen subunidades β2 existen principalmente en la superficie de varios leucocitos y median en las interacciones entre células. Las integrinas que contienen subunidades β3 existen principalmente en la superficie de las plaquetas, median la agregación plaquetaria y participan en la trombosis. Además de β4 que puede unirse a actina y sus proteínas relacionadas, la integrina α6β4 usa laminina como ligando y participa en la formación de hemidesmosomas (Figura 65)
Figura 11-21 Integrina α6β4 en hemidesmosomas Desmosomas.
Verbo (abreviatura del verbo) mucina de ácido hialurónico
La mucina de ácido hialurónico (hialadherina) es una molécula que puede unirse a la cadena de azúcar del ácido hialurónico y tiene una secuencia de aminoácidos y espacial similar conformación. La familia CD44 es una de ellas, con pesos moleculares que oscilan entre 85 KD y 250 KD. Media las interacciones entre las células y entre las células y la matriz extracelular. También es una glicoproteína compuesta de partes extracelulares, transmembrana y citoplasmáticas. Las cadenas de azúcar son sulfato de condroitina y sulfato de heparán. n de la cadena peptídica CD44.
Las funciones de CD44 incluyen: ① Unión al ácido hialurónico, fibronectina y colágeno para mediar la adhesión de las células a la matriz extracelular; ② Participar en la absorción y degradación del ácido hialurónico por las células; Localización de linfocitos; ④ Participar en la activación de las células T; ⑤ Promover la migración celular.
La expresión de CD44 en una variedad de células tumorales es mayor que la de los tejidos normales correspondientes y está relacionada con la tumorigenicidad, la invasividad y la metástasis en los ganglios linfáticos de las células tumorales.