 |
 |
 |
L'adhesió cel·lular
ÍNDEX
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Característiques d’algunes subfamílies de cadherines de vertebrats: |
|
|
|
3.1.1.1 Subfamília de cadherines clàssiques. |
|
|
|
Bandes d’adhesió o unions adherents. |
|
|
|
3.1.1.2 Subfamília de cadherines desmosòmiques. |
|
|
|
3.1.1.3 Subfamília de les protocadherines. |
|
|
|
|
|
|
|
Característiques d’algunes immunoglobulines d’adhesió: ICAM, VCAM, Nectin, JAM. |
|
|
|
3.1.3 Selectines.Característiques generals. Selectina L, selectina P, selectina E. |
|
|
|
3.1.4 Sindecans. Característiques generals. Sindecan 1, sindecan 2, sindecan 3. |
|
|
|
|
|
|
|
3.1.6 Claudines i ocludines. Introducció: les unions hermètiques. |
|
|
|
3.1.7 Integrines. Característiques generals. Ligands i contrareceptors. Subfamília d'integrines. |
1. L’ADHESIÓ CEL·LULAR
L’adhesió cel·lular és el mecanisme que permet que les cèl·lules dels organismes pluricel·lulars estiguin cohesionades, es comuniquin i interactuïn entre elles i amb la matriu extracel·lular. És crucial per a l’organització de les cèl·lules individuals en teixits tridimensionals de manera que l’estructura i la funcionalitat dels organismes es mantinguin estables.
 |
Pell |
En els animals, una gran varietat de mecanismes d’adhesió són els responsables de l’engalzament de les cèl·lules entre elles i, a través de les seves connexions, determinen l’arquitectura general del teixit. És un sistema dinàmic indispensable per al desenvolupament embrionari normal dels organismes, la morfogènesi i la reparació dels teixits, la migració cel·lular, i també per a processos patològics d’invasió tumoral, metàstasi, trombosi i inflamació en general.
Metàstasi
Diferents classes de molècules de la membrana cel·lular anomenades molècules d’adhesió cel·lular (CAM) fan de mediadores en les interaccions de les cèl·lules amb les veïnes i amb la matriu extracel·lular que les envolta. Les CAM no actuen només com una «pega inerta» que provoca l’adhesió cel·lular sinó que intervenen de manera dinàmica en els processos biològics.
Les molècules d’adhesió funcionen establint interaccions transmembranoses de tipus lligand/receptor, que determinen el reconeixement i la cohesió entre les cèl·lules, la reorganització del citoesquelet i l’activació de vies de senyalització que regulen processos cel·lulars com ara la proliferació, la diferenciació i l’apoptosi. Aquestes interaccions no són sempre en el sentit favorable a l’adhesió, sinó que hi ha evidències que indiquen que algunes CAM i components de la matriu extracel·lular actuen en sentit contrari: és a dir que tenen un efecte antiadhesiu sobre les cèl·lules. L’equilibri entre les unes i les altres defineix l’actuació de les CAM en processos com per exemple la diferenciació cel·lular i l’emigració.
Els mecanismes d’adhesió es manifesten contínuament en els teixits, amb diferents graus de complexitat. En alguns casos són transitoris i es desencadenen en un moment determinat de la vida de l’organisme. Sovint es produeixen entre diferents tipusde cèl·lules sense que s’observi cap morfologia definida en l’estudi ultraestructural. Per exemple, en el transvasament dels leucòcits en els processos de resposta a la inflamació, els glòbuls blancs s’adhereixen i rellisquen per damunt de les cèl·lules de l’endoteli dels vasos sense que s’observi cap estructura de morfologia destacada i definida.
 |
Procès de transvassament |
 |
Rodament i transvassament dels leucòcits |
En les cèl·lules d’alguns teixits, els mecanismes adhesió cel·lular poden ser més estables i comporten una densitat alta de molècules d’adhesió en regions determinades de la superfície cel·lular. Això comporta que es manifestin en unions d’adhesió, que són estructures de morfologia determinada, visibles en la microscòpia electrònica: unions hermètiques, bandes d’adhesió i desmosomes(unions cèl·lula-cèl·lula), i hemidesmosomes i contactes focals (unions cèl·lula-matriu extracel·lular).Les unions d’adhesió refermen i estabilitzen la cohesió de les cèl·lules entre elles i amb la matriu. Són abundants en teixits que estan sotmesos a fortes traccions, com ara el teixit epitelial, teixit muscular, etc.
 |
Desmosoma |
Totes les unions d’adhesió depenen de cations divalents extracel·lulars i presenten una estructura general que està integrada per proteïnes transmembranoses d’adhesió CAM i elements del citosquelet que poden ser filaments d’actina o filaments intermedis. Entre els uns i els altres hi ha molècules accessòries que cooperen en la unió. La diversitat de molècules que intervenen en l’adhesió cel·lular, el gran nombre de combinacions que se’n deriven i la complexitat de l’estructura es reflecteixen en les múltiples funcions en què intervenen.
En el cas de les plantes, les cèl·lules dels teixits també interactuen amb la matriu extracel·lular especialitzada que és la paret vegetal. Recentment, a partir d’estudis contrastats s’han establert semblances entre alguns mecanismes i molècules d’adhesió de les cèl·lules vegetals i animals. S’ha identificat una família de proteïna-cinases transmembranoses associades a la paret cel·lular (WAK), que tenen funcions tant d’adhesió com de senyalització i són necessàries per a l’expansió cel·lular. Així mateix, s’ha aïllat i caracteritzat en Arabidopsis una família de receptors transmembran que tenen regions β-integrina com les de les cèl·lules animals.
2. CARACTERÍSTIQUES DE L’ADHESIÓ CEL·LULAR
L’adhesió
cel·lular és un procés selectiu i de reconeixement, de manera que si barregem
artificialment cèl·lules de diferents teixits embrionaris, les cèl·lules
es classificaran espontàniament i restabliran l’organització normal. Les
adhesions solen produir-se per mitjà d’enllaços no covalents entre la proteïna
d’adhesió de la membrana d’una cèl·lula, que actua com a receptor (receptor
d’adhesió), i una molècula de la cèl·lula veïna o bé de la matriu extracel·lular,
que actua de lligand.
Les molècules transmembranoses tenen una regió citoplasmàtica, de regulació, seguida d’una regió intramembranosa, d’inserció, i una regió extracel·lular, d’interacció. Cada regió té diferents dominis que permet que una mateixa molècula estableixi interaccions molt variades.
2.1 CONCEPTES DE RECEPTOR, CONTRARECEPTOR I LLIGAND
S’anomena receptor qualsevol molècula de la superfície o de l’interior de la cèl·lula que s’uneix o respon a alguna molècula més mòbil, el lligand, per la qual té una especificitat alta. La unió d’un senyal químic extracel·lular a un receptor és estereoespecífica i no covalent. Respecte al lligand, pot presentar més o menys afinitat, ocupació i eficàcia quan a la resposta en la cèl·lula.
Generalment el lligand és una molècula soluble, com ara una hormona o un neurotransmissor, que s’uneix a un receptor. Quan s’utilitza el sentit de receptor d’una manera més àmplia, decidir què és el lligand i què és el receptor és sovint una petita arbitrarietat. En aquests casos és probablement una bona regla considerar el lligand la més petita de les dues molècules. Els receptors presenten llocs d’unió al lligand.Moltes proteïnes que compleixen funcions importants en les cèl·lules contenen llocs d’unió dependents els uns dels altres, de manera que interaccionen entre ells.
En les adhesions cèl·lula-cèl·lula i cèl·lula-matriu, la molècula o part de la molècula que s’uneix al receptor i que per tant actua com a lligand és un component integral de la membrana plasmàtica de la cèl·lula veïna o de la matriu extracel·lular. En aquest cas es parla de contrareceptor com un tipus particular de lligand.
 |
Unió lligand / receptor. Via de transducció de senyals |
2.2 AFINITAT I ESPECIFICITAT
L’afinitat és l’expressió de la força de la interacció entre receptor i lligand. L’afinitat està caracteritza per l’equilibri associació-dissociació d’aquestes molècules. La constant de dissociació, KD, del complex receptor-lligand indica el grau d’afinitat entre les molècules. A diferència dels receptors per a senyals químics solubles, que s’uneixen als seus lligands específics amb afinitat alta, els receptors que s’uneixen a molècules de la superfície cel·lular o a components de la matriu extracel·lular ho fan generalment amb afinitat baixa.
Com a conseqüència d’això, aquests receptors aconsegueixen incrementar enormement la força de l’adhesió mitjançant la unió simultània d’un gran nombre de receptors a lligands situats en una altra cèl·lula o a la matriu extracel·lular. Aquesta situació té el sentit que la unió simultània però dèbil a un gran nombre de lligands permet que la cèl·lula explori el seu entorn sense desenganxar-se’n. L’afinitat de les CAM pot variar segons el tipus cel·lular en què s’expressen.
L’especificitat és la propietat per la qual un receptor reconeix un determinat
lligand sense interferències de cap altre. Els receptors d’adhesió no tenen
una especificitat individual intrínseca, de manera que una mateixa molècula
de receptor pot reconèixer lligands diferents segons s’expressi en un tipus
cel·lular o en un altre. L’especificitat de l’adhesió no ve determinada
per un gran nombre de receptors que s’uneixen exclusivament als seus lligands.
Es pot generar un alt grau d’especificitat en l’adhesió intercel·lular o
cèl·lula-matriu utilitzant només un nombre limitat de molècules d’adhesió
no especialment selectives. L’activació d’uns quants receptors de la membrana
plasmàtica és suficient per determinar el reconeixement i l’adhesió a molts
llocs diferents de la superfície de la cèl·lula diana i desencadenar-ne
la resposta. L’especificitat de l’adhesió recau en la regulació de l’expressió
i de l’activació dels receptors.
2.3 REGULACIÓ DE L’ACTIVITAT ADHESIVA
La condició dinàmica dels mecanismes d’adhesió cel·lular fa evident que en l’activació/desactivació d’aquests mecanismes intervenen aspectes diferents de les molècules, que permeten modular l’adhesió cel·lular. Les condicions que tenen les molècules d’adhesió pel que fa a l’avidesa, la localització, la conformació, la relació amb molècules accessòries i els canvis en l’expressió gènica en un punt i moment concrets en determinen l’activitat.
2.3.1 Avidesa
Es considera que l’avidesa és l’afinitat funcional entre molècules. Com ja s’ha dit més amunt, les molècules d’adhesió tenen una afinitat molt baixa amb els seus contrareceptors. Aquest fet està compensat per l’increment de l’avidesa, és a dir, la capacitat de multimerització o reclutament que tenen les CAM quan són activades. S’estableixen interaccions entre molècules adjacents de la mateixa membrana (unions cis). D’aquesta manera es pot ampliar l’àrea de reconeixement entre les cèl·lules.
 |
Avidesa. Afinitat funcional entre molècules d'adhesió |
2.3.2 Localització
La superfície cel·lular té una clara asimetria física i molecular que determina
el comportament social de la cèl·lula. Les molècules d’adhesió tenen una
expressió localitzada a la cèl·lula. Mitjançant tècniques d’immunomarcatge
es pot observa que hi ha una dinàmica de canvis constants, en el temps i
l’espai, de l’activació i la funcionalitat de les molècules d’adhesió d’una
mateixa cèl·lula. La distribució variada provoca que, en ser activades,
les CAM desencadenin un seguit de vies de senyalització i transmetin informació
espacial per a la morfogènesi de teixits i òrgans.
2.3.3 Conformació
Els canvis conformacionals de les molècules d’adhesió cel·lular induïts pels lligands quan es fixen als llocs d’unió del receptor, són considerats com una part molt important dels mecanismes d’adhesió. Es donen en els dominis extracel·lulars i citoplasmàtics. L’afinitat del receptor pel lligand està determinada per un estat conformacional de la molècula del receptor que possibilita la unió. A la vegada provoca canvis conformacionals que activen la molècula i desencadenen el procés d’adhesió. Alguns receptors d’adhesió canvien conformació en unir-se a ions divalents que modifiquen l’afinitat del sistema.
2.3.4 Molècules accessòries
L’activitat de les CAM depèn de l’associació amb proteïnes del citoplasma
i de la membrana plasmàtica. Darrerament s’han identificat un nombre creixent
de proteïnes que s’associen a les CAM i que actuen com a acompanyants indispensables,
els canvis en l’expressió de les quals afecten les funcions d’adhesió i
senyalització cel·lulars. Al citoplasma es poden trobar proteïnes que ancoren
les CAM al citosquelet i que poden servir de llocs d’acoblament de molècules
senyal, com ara la FAK i altres cinases. També hi ha proteïnes d’unió al
Ca2+, que intervenen en l’activació dels receptors d’adhesió.
2.3.5 Isoformes. Maduració alternativa
La majoria de proteïnes CAM estan subjecte a maduració alternativa, cosa que fa que es generin diferents isoformes de la molècula. Aquest fet afegeix una complexitat addicional a les famílies de molècules d’adhesió i alhora dóna una gran versatilitat als mecanismes d’adhesió cel·lular.
L’expressió de les diverses isoformes d’una molècula d’adhesió pot implicar canvis en l’afinitat de la unió amb el lligand, variacions en l’estat d’activació de la molècula o modular la interacció amb el citosquelet i amb els processos de senyalització.
2.4 SENYALITZACIÓ ASSOCIADA: VIES CENTRÍPETA I CENTRÍFUGA
La diversitat dels tipus i combinacions dels receptors cel·lulars i la complexitat de la seva estructura i de la matriu extracel·lular es reflecteixen en el gran nombre de funcions en què estan implicades les CAM.
Juntament amb les interaccions adhesives ja conegudes, es van identificant contínuament vies de senyalització associades a receptors d’adhesió. Les respostes que es desencadenen inclouen processos en què les molècules d’adhesió s’uneixen a estructures o components del citoplasma de manera que en modulen la seva funcionalitat. És el que s’anomena senyalització de fora a dins o centrípeta (outside-in). Per exemple, per mitjà de la unió a elements del citosquelet, la forma i el moviment de les cèl·lules canvia al mateix temps que s’activen tirosina-cinases i es mobilitza el calci intracel·lular, de manera que en resulten altres canvis com ara l’activació de l’expressió d’alguns gens i la síntesi de noves proteïnes.
En la senyalitazció de dins a fora o centrífuga (inside-out), en sentit invers a l’anterior, esdeveniments intracel·lulars poden desencadenar la modificació de l’afinitat i l’activitat del receptor, com és el cas de determinades integrines de les plaquetes les quals només s’uneixen al fibrinogen després de canvis de conformació depenents d’altres CAM com ara el receptor de la trombina.
Els coneixements sobre l’adhesió cel·lular han progressat ràpidament en els darrers anys, tant en el comportament normal de les cèl·lules com en els processos patològics. S’han descobert moltes malalties humanes degudes a alteracions en l’activitat i l’expressió de les molècules d’adhesió, com per exemple la trombastènia de Glanzmann, l’epidermòlisi ampul·lar i la distròfia muscular. Així mateix les CAM tenen un paper important en el desenvolupament dels càncers, ja que l’alteració de les seves funcions pot determinar canvis en l’adhesió i la migració cel·lular i, en conseqüència, afavorir la metàstasi i la neovascularització dels tumors. D’aquí ve l’enorme interès en l’estudi dels mecanismes de l’adhesió cel·lular per poder desenvolupar noves teràpies basades en el control de la funció d’adhesió dels receptors, ja sigui bloquejant-ne l’activitat o bé modulant-ne l’expressió.
3. MOLÈCULES D'ADHESIÓ. CARACTERÍSTIQUES GENERALS
Les molècules d’adhesió cel·lular (CAM), també conegudes
com a receptors d’adhesió, són glicoproteïnes transmembranoses que
gràcies a interaccions amb molècules d’altres cèl·lules o de la matriu,
fan de mediadores en l’adhesió cèl·lula-cèl·lula o cèl·lula-matriu. Les
CAM també interactuen amb proteïnes citoplasmàtiques, proteïnes adaptadores
que generalment estan connectades amb els elements del citosquelet (microfilaments
d’actina, filaments intermedis).
La interacció amb proteïnes citoplasmàtiques fa que els fenòmens d’adhesió també modifiquin l’organització del citosquelet, la mobilitat i la polaritat de les cèl·lules i que també puguin actuar com a transductors de senyals i, així, intervinguin en processos de diferenciació, supervivència i apoptosi cel·lular. D’aquesta manera els receptors d’adhesió són un nexe de doble via entre la cèl·lula i el medi extern.
Els coneixements d’algunes funcions de les molècules d’adhesió s’han obtingut gràcies a estudis realitzats amb ratolins genoanul·lats (knock out), o per mitjà del bloqueig de les molècules d’adhesió amb anticossos monoclonals, i de les investigacions que s’han dut a terme sobre malalties en els humans, motivades per mutacions que provoquen l’absència o la disfunció d’aquestes molècules.
La majoria de les molècules d’adhesió són proteïnes transmembranoses d’un sol pas de tipus I que tenen:
-
un domini transmembranós, inserit a la bicapa lipídica, amb aminoàcids hidròfobs;
-
una regió curta intracel·lular o citoplasmàtica, carboxiterminal que generalment està connectada amb proteïnes lligades al citosquelet.
una regió llarga extracel·lular, aminoterminal, que és la que interactua amb altres proteïnes de membrana o de la matriu extracel·lular per fer de mediadora de l’adhesió.
 |
Proteïna transmembrana |
Recentment s’han anat reconeixen noves molècules d’adhesió, algunes de les quals no s’ajusten a aquestes característiques generals, ja que, per exemple, tenen una regió llarga citoplasmàtica o diversos dominis transmembranosos (per exemple: ocludines, claudines, algunes immunoglobulines d’adhesió i alguna subfamília de les cadherines).
Les CAM poden unir-se i interactuar amb molècules lligand iguals que elles, de les mateixes característiques o amb molècules diferents. En aquest sentit, es diu que les CAM estableixen:
· unions homòfiles, quan interactuen amb molècules iguals presents en un altra cèl·lula. Les cadherines, per exemple, estableixen aquest tipus d’unions.
 |
Unió homòfila |
· unions heteròfiles, quan interactuen molècules diferents; per exemple, les integrines quan interactuen amb molècules de la matriu extracel·lular.
 |
Unió heteròfila |
3.1 Famílies de molècules d’adhesió
Les molècules d’adhesió cel·lular es poden agrupar en diverses superfamílies de proteïnes, de les quals podem veure un resum en el quadre següent.
 |
Molècules d'adhesió |
Les cadherines i la superfamília de les immunoglobulines d’adhesió són els principals grups de receptors d’adhesió cèl·lula-cèl·lula, mentre que les integrines predominen en l’adhesió cèl·lula-matriu.
|
Família |
Lligands coneguts |
Unions cel·lulars |
|
Cadherines |
BANDES |
|
|
Integrines |
__ |
|
|
Carbohidrats |
__ |
|
|
Proteoglicans de la matriu |
__ |
|
|
Integrines |
__ |
|
|
CLAUDINES |
UNIONS |
|
|
OCLUDINES |
HERMÈTIQUES |
|
|
Matriu extracel·lular |
ADHESIONS |
A continuació es veuen les característiques principals de cada una d’aquestes famílies de molècules d’adhesió.
3.1.1 Superfamília de les cadherines
Les cadherines són una superfamília de glicoproteïnes transmembranosa dependents de Ca2+ que fan de mediadores de les adhesions cèl·lula-cèl·lula per mitjà d’ unions homòfiles, és a dir, interactuen amb cadherines semblants de les cèl·lules veïnes.
Només són adhesives en presència de Ca2+. Sense Ca2+ les cadherines varien de conformació, cosa que provoca que no siguin adhesives i esdevinguin més susceptibles a la degradació proteolítica.
Intervenen durant el desenvolupament en el reconeixement cèl·lula-cèl·lula i són les responsables d’establir contactes en teixits com ara els epitelials, l’endoteli i el teixit muscular cardíac, i de mantenir-ne la integritat.
Les cadherines són glicoproteïnes transmembranoses, generalment d’un sol pas, que tenen els anomenats dominis cadherina (CD): uns 110 aa que fan de mediadors en la interacció homòfila dependent de Ca2+ entre molècules de cadherina. El domini CD esta organitzat normalment en tàndems repetits, el nombre dels quals varia de quatre a més de trenta segons la cadherina.
 |
Cadherines |
Actualment es coneixen unes cinc-centes cadherines només en vertebrats, que es classifiquen en set subfamílies segons el nombre i la seqüència dels dominis cadherina i la presència d’altres dominis o motius seqüència
|
Subfamília de cadherina |
Tipus |
Cadherina |
Espècie |
Nombres de dominis cadherina CD |
|
CADHERINA CLÀSSICA Localitzat sovint a les unions adherents |
Cadherines clàssiques dels vertebrats
de tipus I |
Cadherina E (CDH1) |
Homo sapiens |
5 |
|
|
Cadherines clàssiques dels vertebrats de tipus II |
Cadherina
VE (CDH5) |
H. sapiens |
5 |
|
|
Cadherines clàssiques dels ascidies |
Cadherina
Ci |
Ciona
intestinalis |
5 |
|
|
Cadherines
clàssiques dels no -cordats |
Cadherina LvG |
Lytechinus variegatus |
17 |
|
Cadherines
semblants a Fat |
Cadherines
fatoides |
Hfat1 |
Homo sapiens |
34 |
|
|
Altres cadherines semblants a Fat |
Fat |
D. melanogaster |
34 |
|
Cadherines amb 7 regions transmembranoses |
· 7 dominis
transmembranosa similars a receptors lligats a proteïnes G (GPCRs) |
hFlamingo1 |
H. sapiens |
9 |
|
Cadherines semblants a Dcad102F |
Conservació
de seqüències en la majoria de les proteïnes |
KIAA0911 |
H. sapiens |
2 |
|
Cadherines proteïna- Cinasa |
Domini tirosin- cinasa |
RET |
H. sapiens |
9 |
|
Cadherines desmosòmiques |
Desmocolina |
Desmocolina 1 |
H. sapiens |
5 |
|
|
Desmogleïna |
Desmogleïna 1 |
H. sapiens |
5 |
|
Protocadherines |
|
|
|
|
Característiques d’algunes subfamílies de cadherines de vertebrats: cadherines clàssiques, cadherines desmosòmiques, protocadherines
3.1.1.1 Subfamília de les cadherines clàssiques
La subfamília de cadherines clàssiques van ser les primeres que es van descobrir, i se les va anomenar segons el teixit o tipus cel·lular on es localitzaven: cadherines E en cèl·lules epitelials, cadherines N en teixit neural i musculatura, cadherines P en cèl·lules de placenta i cadherines VE en cèl·lules endotelials.
Són proteïnes transmembranoses que tenen:
§ Una regió extracel·lular, N-terminal, que conté cinc dominis cadherina, (CD1-CD5) necessaris per a la unió d’ ions Ca2+ i per a la interacció amb altres cadherines (interaccions trans), per fer de mediadores en l’adhesió.
§ El subdomini més pròximal conté quatre residus de cisteïna molt conservats que formen ponts disulfur intermoleculars, de manera que provoquen la dimerització de molècules adjacents (interaccions cis).
§ Un petit domini citoplasmàtic, C-terminal, que generalment s’uneix a proteïnes que, a la vegada, interaccionen indirectament amb elements del citosquelet. Generalment interaccionen amb catenines; i aquestes, amb filaments d’actina.
La unitat funcional és un dímer (dues cadenes polipeptídiques homòlogues) que interactua amb dues cadenes polipeptídiques semblants (interacció homòfila) d’una altra cèl·lula. El model proposat vigent és el següent:
Els llocs de fixació del Ca2+ situats entre les regions repetitives donen rigidesa a la molècula i permeten que dimeritzi i interactuï a través del domini N-terminal amb els caps de dímers de cadherines de les membranes cel·lulars veïnes. Es creu que els dos conjunts d’interaccions, costat amb costat (interaccions cis) i cap amb cap (trans), provoquen l’agrupació de les cadherines en les unions d’adhesió especialitzades (model zipper).
Cada cadherina té una distribució tissular característica. Durant la diferenciació cel·lular i en algunes patologies es modifica la quantitat o la naturalesa de les cadherines, cosa que afecta aspectes de l’adhesió i la migració cel·lulars. Per exemple, la metàstasi de cèl·lules tumorals esta relacionada amb la pèrdua de cadherines a la superfície cel·lular.
Les cadherines clàssiques com ara, la cadherina E estan distribuïdes de manera difosa per tota la superfície cel·lular, on contribueixen a fenòmens d’adhesió; però també es localitzen en zones especialitzades en l’adhesió que tenen una ultraestructura definida, zones de contacte com les bandes d’adhesió o zònules adherents (zonula adhaerens).
Bandes d’adhesió o zònules adherents
· Les bandes d’adhesió o zònules adherents, són unions intercel·lulars en què les membranes plasmàtiques de les cèl·lules veïnes estan separades per 15-25 nm. Són regions especialitzades en l’adhesió que envolten la cèl·lula com un cinturó. Són habituals en les cèl·lules epitelials i endotelials, i estan situades a prop de la superfície apical de les cèl·lules, sota les unions hermètiques. Les cadherines interactuen fortament amb cadherines de les cèl·lules veïnes.
Les cues citoplasmàtiques de les cadherines estan unides a través de proteïnes accessòries (catenina b principalment, catenina a) a feixos de microfilaments d’actina que s’estenen paral·lelament a la membrana plasmàtica. D’aquesta manera, els feixos d’actina estan interconnectats i formen una xarxa transcel·lular extensa. Es creu que aquestes adhesions permeten a les cèl·lules un cert grau de contracció i una variació en la forma, i que són importants, per exemple, en fenòmens morfogènics d’invaginació d’epitelis.
S’ha caracteritzat un altre complex proteic d’adhesió en les bandes d’adhesió o unions adherents, que es coneix com a sistema NAP (nectin afadin ponsin). Està constituït per:
· Nectina: és una proteïna transmembranosa de la superfamília de les immunoglobulines. Té tres dominis Ig, i pot actuar com a receptor de l’herpes virus.
La nectina forma homodímers cis que tenen interaccions homòfiles i heteròfiles trans i que fan de mediadors en l’adhesió cèl·lula-cèl·lula. S’han descrit les nectines següents:
o nectina 1 (també coneguda com a PRR1, PVRL1, HveC i HigR),
o nectina 2 (PRR2, PVRL2 i HveB),
o nectina 3 (PRR3).
Interactuen amb l’afadina.
· Afadina: (també se l’ha localitzada en les unions hermètiques. És una proteïna adaptadora que té un domini d’unió a Ras i un domini PDZ. Interactua amb la ponsina.
· Ponsina: té un domini SH3. Interactua amb els filaments d’actina a través de la vinculina.
La cooperació de la nectina amb les cadherines en les bandes d’adhesió dóna suport a un model d’interacció homòfila de les cadherines en què els dominis extracel·lulars antiparal·lels de les dues cèl·lules veïnes interaccionarien completament i, per tant, la interacció no dependria exclusivament del domini cadherina N-terminal.
 |
Banda d'adhesió |
3.1.1.2 Subfamília de cadherines desmosòmiques
Les cadherines desmosòmiques només s’han descrit en els vertebrats. Tenen cinc dominis cadherina i una regió citoplasmàtica molt conservada que interactua amb placoglobines i desmoplaquines, proteïnes lligades als filaments intermedis. Es localitzen als desmosomes.
Els desmosomes són contactes d’adhesió morfològicament diferenciables. Es tracta d’unions intercel·lulars puntuals localitzades als epitelis i a la musculatura cardíaca. Estructuralment estan constituïts per un espai intercel·lular de 25-39 nm, on hi ha material filamentós, i dues plaques electrodenses a la cara citoplasmàtica (les plaques desmosòmiques) a les quals s’ancoren filaments intermedis (citoqueratines en cèl·lules epitelials i desmina en cèl·lules musculars cardíaques).
Els receptors d’adhesió dels desmosomes són les desmogleïnes (DG) i desmocolines (DC), de la família de les cadherines, i de les quals hi ha una gran varietat d’isoformes que tenen diferents patrons de expressió i especificitats segons el teixit.
En els desmosomes, les cadherines desmogleïnes i desmocolines estan unides a filaments intermedis a través de proteïnes adaptadores citoplasmàtiques, les desmoplaquines i les placoglobines, que constitueixen la placa desmosòmica.
 |
Desmosoma |
Els desmosomes confereixen als teixits resistència a la tensió i també estan relacionats amb fenòmens de senyalització. Són nombrosos a les cèl·lules epitelials, per exemple a la capa espinosa de l’epidermis, a les cèl·lules epitelials de l’intestí, del ronyó, i també a la musculatura cardíaca.
La importància dels desmosomes en el manteniment de la integritat del teixit queda demostrada en algunes malalties autoimmunitàries o en malalties genètiques, com ara el pèmfig: la formació d’anticossos contra la desmogleïna 3, provoca que la pell esdevingui molt fràgil, sagni de seguida i s’hi formin butllofes.
|
Desmosoma |
3.1.1.3 Subfamília de les protocadherines
S’ha identificat la subfamília de les protocadherines en el sistema nerviós central dels vertebrats. Les protocadherines són cadherines que intervenen en l’adhesió entre les neurones a la sinapsi. Sembla que les neurones poden expressar diferents protocadherines que poden tenir un paper en l’establiment de connexions sinàptiques específiques entre les neurones. Tenen característiques típiques de les cadherines, l’estructura dels dominis és semblant, hi ha conservació d’aminoàcids en posicions rellevants, però tenen algunes diferències: les protocadherines tenen sis o set dominis cadherina repetitius (a diferencia de les cadherines clàssiques que en tenen cinc) i un domini citoplàsmatic divergent.
3.1.2 Superfamília de les immunoglobulines d’adhesió
Les immunoglobulines d’adhesió són glicoproteïnes transmembranoses d’un sol pas que tenen un o més dominis semblants a les immunoglobulines (Ig). També se les coneix com a IgCAM (immunoglobulin cellular adhesion molecules).
o És molt nombrosa: se n’han descrit mes de 500 membres en vertebrats.
o Les Ig d’adhesió fan de mediadores en l’adhesió per mitjà d’interaccions homòfiles (NCAM neural cell adhesion molecule) o heteròfíles, per exemple amb integrines o amb molècules de la matriu.
Tant la dimerització i l’agrupació de les Ig d’adhesió com les connexions
amb el citosquelet es coneixen poc; però hi ha evidencies que aquestes interaccions
també contribueixen a l’adhesió en la superfamília de les Ig.
Característiques d’algunes immunoglobulines d’adhesió: ICAM, JAM, nectina
Algunes Ig d’adhesió participen en fenòmens d’adhesió transitoris. És el cas de les ICAM (CD54) típiques de leucòcits, que interactuen amb integrines, o de les VCAM (CD106) en cèl·lules endotelials. Altres, N CAM (neural cell adhesion molecule), actuen en el desenvolupament del sistema nerviós, en què diferents membres d’aquesta família estan involucrats en la guia de l’axó i en l’establiment de connexions neurals. Les NCAM actuen com a receptors d’adhesió homotípics independents del Ca2+.
Altres participen en unions cel·lulars, com ara les JAM (en unions hermètiques) o la nectina (en bandes d’adhesió)
Les JAM (junctional adhesion molecules) són una subfamília de proteïnes que forma part de la superfamília de les inmunoglobulines:
· Són proteïnes transmembranoses de tipus I, que tenen dos dominis Ig a la regió extracel·lular i una cua citoplasmatica curta C-terminal.
· Es localitzen exclusivament a les unions hermètiques a les cèl·lules endotelials i epitelials. Les JAM són un component important de les unions hermètiques. Sembla que poden organitzar-ne la formació interactuant amb altres proteïnes de les unions hermètiques (ocludines i claudines) i amb el citosquelet.
· Les JAM estan altament conservades. Per exemple, les d’humans, de bovins i de rates tenen un ~70 % d’identitat d’aminoàcids.
· Les JAM efectuen interaccions homòfíles.
· S’uneixen a tres proteïnes adaptadores diferents: AF-6, ZO1 i CASK .
· Les JAM també intervenen en la migració de leucòcits a través de les barreres endotelial i epitelial durant la resposta inflamatòria. Les JAM s’expressen en cèl·lules epitelials (epiteli intestinal, epiteli del conducte biliar, epiteli del pulmó) i cèl·lules endotelials del sistema nerviós central. També són receptors de reovirus, per la qual cosa els tipus cel·lulars que expressen JAM són susceptibles de patir-ne infeccions.
3.1.3 Selectines
Les selectines són proteïnes transmembranoses de tipus I que intervenen en fenòmens d’adhesió en leucòcits, plaquetes i cèl·lules endotelials. Tenen un domini lectina que reconeix carbohidrats.
o Són glicoproteïnes transmembranoses d’un sol pas que tenen:
§ un domini extracel·lular
· a l’extrem amino terminal hi ha un mòdul de tipus lectina, dependent del Ca2+, que reconeix específicament carbohidrats.
· un domini homòleg a EGF (epidermal growth factor).
· un nombre variable de fragments anomenats SCR (short consensus repeat). La selectina L té dos SCR; la selectina E en té sis i la selectina Pnou.
§ un domini hidrofòbic transmembranós
§ una regió curta citoplasmàtica
o Són dependents de Ca2+. Se’n coneixen mutants en el lloc d’unió a cations divalents, que tenen modificada la seva capacitat d’adhesió.
o Interaccionen amb carbohidrats, amb els quals, en tant que molècules diferents, estableixen unions heteròfíles. Probablement els lligands naturals siguin oligosacàrids sulfatats i grups siàlics de glicoproteïnes. Se sap que s’uneixen a glicans que contenen lactosamina unida a ac sialic o fucosa.
o Les selectines s’expressen en tres tipus cel·lulars: leucòcits, cèl·lules endotelials i plaquetes.
o S’han caracteritzat tres membres de la família de les selectines :
§ Selectina L, (CD62L). S’expressa de manera constitutiva en leucòcits. És la més petita de les selectines (74-100 kDa). És important per a la localització de limfòcits (lyimphocyte homing) i adhesió a les cèl·lules endotelials de les vènules postcapil·lars dels nòduls limfàtics perifèrics. Contribueix a capturar leucòcits durant les primeres etapes de l’adhesió.
§ Selectina P, (CD62P). És la selectina més gran (140 kDa) i té nou SCR. És present a les plaquetes, a els grànuls a, i també es localitza a les cèl·lules endotelials, guardada en els cossos Weibel Palade. La selectina P és translocada a la membrana rapidament desprès de l’activació per mediadors inflamatoris com ara la histamina, la trombina, o els èsters de forbol. Té un paper important en la migració de limfòcits i neutròfils als teixits, en l’etapa coneguda com a rodament (rolling).
§ Selectina E, (CD62P). S’expressa en cèl·lules endotelials de vertebrats com a resposta a citocines en processos inflamatoris. Sembla que la seva funció en el procès de rodament de leucòcits (leukocite rolling) és redundant amb la de la selectina P. Consegüentment, en ratolins amb selectina E deficient, només es detecta que el rodolament (“rolling”) de leucòcits és més ràpid. D’altra banda, a més de fer de mediadora en el procés, la selectina E participa en la conversió del rodolament en una adhesió més ferma. Així, els organismes amb selectina E deficient tenen un nombre més baix de leucòcits fermament adherits, en resposta a l’estimulació amb citocines.
L’E selectina s’uneix a una glicoproteïna present en leucòcits anomenada ESL-1 (selectin E lligand 1).
o Les selectines
L són expressades constitutivament pels leucòcits circulants, mentre que
les selectines E i P, per aparèixer a la membrana, han de ser induïdes per
citocines durant els processos inflamatoris .
· Intervenen en el procés d’extravassació de leucòcits en processos inflamatoris, en l’aterosclerosi i en processos de metàstasi d’alguns càncers. Fan de mediadores en interaccions inicials leucòcits-endoteli i plaquetes-endoteli en processos d’extravasació. Estableixen interaccions transitòries, anomenades rodolament de leucòcits (leukocyte rolling) que faciliten la formació posterior d’interaccions entre integrines i ICAMs.
· Sembla que les selectines podrien actuar com a transductors de senyal, de manera que després de la unió de la selectina al lligand carbohidrat es produiria un tipus de senyal que activaria algunes integrines (activació de les integrines via inside-outside).
3.1.4 Sindecans
Els sindecans són proteoglicans transmembranosa d’heparan sulfat. Tenen l’estructura molecular següent:
o Proteïna transmembranosa de 45 kDa (sindecàn 3) a 20 kDa (sindecàn 4). Tenen un domini extracel·lular llarg, una regió transmembranosa i un domini citoplasmàtic curt.
o En el domini extracel·lular hi ha tres unions covalents amb cadenes de glicosaminoglicans heparansulfatsi, de vegades, amb cadenes de condroïtinasulfat.
o Les cadenes de glicosaminoglicans s’uneixen a elements de la matriu. Les cadenes d’heparansulfat s’uneixen a col·lagen I, III, i IV, a la fibronectina i/o a l’heparina.
Els heparansulfats, a més d’actuar com a components estructurals i d’intervenir en l’adhesió de la cèl·lula a la matriu, també fixen factors de creixement proteics. Per exemple, el factor de creixement de fibroblasts (FGF) s’uneix a heparansulfats dels proteoglicans de la matriu. Un cop fixat, és resistent a les proteases i constitueix una reserva d’FGF unit a la matriu. L’FGF també s’uneix a sindecans, que després el «presenten» al receptor de la membrana plasmàtica induint la proliferació.
En els mamífers, s’han identificat quatre sindecans l’expressió dels quals varia segons l’estadi de desenvolupament, el tipus cel·lular i el teixit.
o En adults, el sindecà 1, és majoritari a les cèl·lules epitelials; el sindecà 2 als fibroblasts i el sindecà 3 a les neurones. Habitualment hi ha poca quantitat del sindecà 4 i es col·localitza associat a integrines en adhesions focals. Es creu que modula el procés d’adhesió en què intervenen les integrines. Els anticossos contra els proteoglicans d’heparansulfat (sindecà 4), com també els anticossos contra les integrines, tenyeixen els contactes focals.
3.1.5 ADAM
Les ADAM són una família de glicoproteïnes transmembranosa implicades en l’adhesió i distribuïdes àmpliament que formen part de la superfamília de proteases dependents de zinc conegudes com a metzincins.
Se les coneix amb l’acrònim ADAM per què totes tenen un domini metal·loproteasa i un domini desintegrina ( A Disintegrin and A Metalloprotease). Hi ha autors que les anomenen MDC (metalloprotein diesintegrin cystein- rich).
L’estructura bàsica de les proteïnes ADAM està ben conservada filogenèticament i té:
· Una regió extracel·lular que conté diversos dominis:
o Un prodomini (200 residus d’aminoàcids a l’extrem N-terminal), que manté inactiu el domini metal·loproteasa.
o Un domini metal·loproteasa (200 aa). Algunes ADAMs (ADAM-9, -10, -12, -17) requereixen zinc per a l’activitat catalítica i contenen la seqüència d’unió a zinc HEXXH (His-Glu-Xaa-Xaa-His). De vegades el domini proteasa no és present a les formes madures. És el cas de la fertilina a (ADAM-1) i la fertilina b (ADAM-2).
o Un domini desintegrina de, 60 o 80 residus de aa que conté de 6 a 15 Cys amb una seqüència similar a les desintegrines (pèptids obtinguts del verí de serps) algunes tenen llocs de unió a RGD, s’uneixen a la integrina aIIbb3 de les plaquetes i inhibeixen l’agregació de les plaquetes.
o Una regió rica en cisteïna i un domini EGF-like de funció desconeguda. Segurament són regions importants per a les interaccions de les ADAMs amb altres proteïnes com ara les xaperones involucrades en la seva biosíntesi.
· Un domini transmembranós d’un sol pas.
· Una cua citoplasmàtica petita de longitud variable (de 40 a 250 aa). Aquesta porció de la molècula ADAM pot actuar com a transductor de senyals entre l’interior i l’exterior de la cèl·lula.
 |
ADAM |
Les funcions de les molècules d’adhesió ADAM (o MDC) no estan del tot establertes: algunes són conegudes com a proteases o com a molècules d’adhesió i s’ha postulat que d’altres participen en fenòmens de fusió cel·lular i de senyalització. El que semblar clar és que no totes les ADAMs tenen aquestes quatre funcions.
Algunes intervenen en fenòmens d’adhesió per elles mateixes, el domini desintegrina s’uneix a integrines (p. e.: la fertilina β, ADAM-2, dels espermatozoides humans reconeix la integrina α6β1 de l’oòcit i intervé en la fusió de les cèl·lules durant la fecundació).
Altres ADAM, gràcies a l’acció proteolítica que tenen, poden modificar citocines i dominis extracel·lulars de proteïnes transmembranoses d’adhesió i remodelar components de la matriu extracel·lular. Així doncs, modifiquen les propietats funcionals de les proteïnes per mitjà de l’activitat proteolítica i, d’aquesta manera, en regulen l’activitat. Per exemple, les: ADAM-17 (TACE), ADAM-9 (MDC-9) i ADAM-10 modifiquen o muden (shedding) les proteïnes de la superfície cel·lular, són anomenades mudases (sheddases).
Finalment, l’ADAM -12 (meltrina a) promou la fusió dels mioblasts durant la miogènesi. Sembla que l’ADAM-19 (meltrina b) intervé en la diferenciació dels osteoblasts, però no està implicada en la fusió dels osteoclasts.
Podeu veure una taula amb les trenta-una ADAM que s’han descrit a la Universitat de Virginia.
3.1.6 Ocludines i claudines
· Les ocludines i les claudines són dues famílies de proteïnes de membrana que tenen quatre segments transmembranosos i estan localitzades a les unions estretes o hermètiques (tight junctions).
Les unions estretes o hermètiques estan localitzades, generalment, a la zona més apical de cèl·lules veïnes polaritzades, principalment en cèl·lules epitelials i endotelials dels vertebrats.
Les unions hermètiques:
· Actuen com una barrera i eviten el lliure pas o difusió de molècules i cèl·lules entre les cèl·lules, a través de la ruta paracel·lular.
· Eviten la difusió lateral dels lípids i les proteïnes de membrana. Mantenen les diferents composicions lipídica i proteica a les regions apical i basolateral de la membrana, de manera que hi hagi diferents dominis de membrana.
Els invertebrats presenten unions septades amb una composició i ultraestructura diferent. Les unions septades també restringeixen la permeabilitat transcel·lular per la qual cosa es consideren equivalents a les unions hermètiques dels vertebrats.
 |
Unions hermètiques i transport transepitelial |
Ultraestructura de les unions hermètiques:
Al MET es veuen punts on les dues membranes de les cèl·lules epitelials i endotelials adjacents, les hemimembranes externes sembla que es fusionin (kissing points). La tècnica de la criofractura ens dóna una idea tridimensional de les unions hermètiques, i revela en les zones de contacte partícules d’uns 10 nm organitzades en xarxa o fileres. La filera de partícules d’una cèl·lula es correspon amb una altra filera a la cèl·lula veïna, de manera que constitueixen «parelles» de fileres d’unió hermètica. En aquestes zones, l’espai intermembranós queda completament obstruït. En general la disposició de les fileres és rectilínia o anastomitzada i el nombre de fileres que constitueixen una unió hermètica és proporcional a la permeabilitat i resistència elèctrica de la unió.
 |
Unió hermètica |
A les fileres de unió s’han caracteritzat diverses proteïnes transmembranosa: les ocludines, les claudines i les JAM (junctional adhesion molecules de la superfamília de les immunoglobulines). Alguns estudis recents suggereixen que la base estructural de la funció d’oclusió de l’espai intercel·lular que es dóna en aquestes unions es basa en la capacitat de les proteïnes que constitueixen la unió per formar contactes adhesius amb les cèl·lules adjacents.
Sota les partícules de les unions hermètiques es localitzen proteïnes adaptadores de la família ZO (zonula occludens) i altres que interactuen amb proteïnes cinases, GTPases, factors de transcripció i filaments d’actina. Es creu que l’organització de les ocludines i les claudines en fileres de partícules depèn d’aquestes proteïnes citoplasmàtiques.
Ocludines
El terme ocludina deriva del llati occludere (‘tancar’). És una proteïna integral de membrana de 60-65 kDa que té quatre dominis transmembranosa, tres dominis citoplasmàtics (un domini curt C-terminal i un de llarg N-terminal) i dos llaços (loops) extracelul·lars. La topologia d’aquestes proteïnes és similar a la de les connexines de les unions GAP.
El primer llaç extracel·lular es caracteritzat per un contingut de residus de tiroxina i glicina inusualment alt (60 %). Aquesta característica de les ocludines està ben conservada filogenèticament. En canvi, la seqüència d’aa de les ocludines és molt divergent (50 % en ocludines de pollastre i humanes).
Els anticossos contra les ocludines marquen específicament les unions hermètiques (els “kissing points” dels talls ultrafins equivalents a les fileres de partícules en criofractura). Es creu que aquestes partícules de 10 nm que constitueixen les fileres de les unions hermètiques són oligòmers de monòmers de claudines i ocludines.
Les ocludines estan fosforilades en diferents graus i sembla que és una manera de regular-ne l’activitat. Això fa que tinguin pesos moleculars variats. Les ocludines es localitzen amb les claudines a les fileres (strands) de les unions hermètiques i estan unides a l’ interior de la cèl·lula amb una xarxa de proteïnes adaptadores, senyalitzadores i del citoesquelet ( ZO-1, ZO-2, ZO-3, vinculina, filaments d’actina).
Específicament, les ocludines s’uneixen a proteïnes ZO (zonula occludens). Són membres d’una superfamília de proteïnes de senyalització associades a la membrana anomenades MAGUK (membrane-associated guanylate kinase). S’ha demostrat que algunes proteïnes MAGUK agrupen proteïnes receptores especifíques en dominis de membrana i que les uneixen al citoesquelet. Per analogia, es creu que les proteïnes de la a família de les ZO de les unions hermètiques poden tenir un paper semblant.
També s’han localitzat membres de la família ZO que actuaven com a proteïnes adaptadores en altres unions, com ara les bandes d’adhesió, en què les cadherines són les molècules d’adhesió que fan de mediadores.
Les ocludines estan implicades en la funció oclusiva d’aquestes unions,
per si soles no formen unions hermètiques requereixen la interacció amb
les claudines.
Sembla que són molècules d’adhesió que estableixen interaccions homòfiles.
Malgrat que les ocludines són a les partícules de les fileres de les unions hermètiques, no són essencials per formar-les. Les cèl·lules d’embrions ocludina lock-out formen fileres de partícules que contenen claudina i que constitueixen barreres a la difusió transcel·lular. D’altra banda, hi ha evidències que ens indiquen que les ocludines són uns components de les unions imprescindibles per que hi hagi una funcionalitat adequada i normal. Per exemple, la sobreexpressió de les ocludines en cèl·lules epitelials cultivades en monocapa provoca la formació d’una barrera elèctrica, mentre que la sobreexpressió d’ocludines truncades trenca aquesta barrera. Les cèl·lules endotelials del cervell que formen part de la barrera hematoencefàlica expressen nivells alts d’ocludina, mentre que les cèl·lules endotelials de teixits no nerviosos, les unions de les quals són més permeables, tenen expressions d’ocludines més baixes.
Claudines
Les claudines (format a partir del llatí claudo ‘tancar’) formen una altra família de proteïnes transmembranoses presents en les fileres de les unions hermètiques. Són proteïnes d’uns 23 kDa que tenen quatre regions transmembranoses. Sembla que són les proteïnes responsables de la formació de les fileres característiques de les unions hermètiques. Les ocludines serien importants com a copolimeritzadors. Quan, per transfecció, les claudines són expressades en fibroblasts, es formen fileres de partícules de 10 nm, que constitueixen unions entre les cèl·lules.
El model de disposició de les claudines i les ocludines en les partícules que formen les fileres de les unions estretes no està ben establert.
Es tracta de una família multigènica. Es coneixen almenys vint gens de claudina que codifiquen proteïnes de 20 a 27 kDa i una seqüència primària idèntica almenys del 12 %. Les claudines tenen una distribució variable segons el teixit:
· La claudina 3 s’expressa en gran quantitat al pulmó i al fetge, i menys al testicle i al ronyó.
La claudina 4 només s’expressa al pulmó i al ronyó.
· La claudina 5 s’expressa les cèl·lules endotelials.
· La claudina 6 s’expressa als embrions, però no als teixits adults.
· La claudina 11 s’expressa al testicle i al cervell (p. e., a les cèl·lules de Sertoli i als oligodendròcits), i les unions hermètiques que forma tenen les fileres disposades linealment, no en xarxa. En ratolins genoanul·lats (knock-out) per a la claudina 11, les cèl·lules de Sertoli i els oligodendròcits no tenen unions hermètiques. Funcionalment, aquesta mancança provoca esterilitat i retard en la conducció nerviosa.
· La claudina 16 es localitza exclusivament en els adults a les unions hermètiques de la branca gruixuda de la nansa de Henle del ronyó.
Recentment, s’ha immunolocalitzat la claudina-1 a tota la superfície lateral i basal de les del cèl·lules de l’ epidídim i no només a les unions hermètiques, cosa que suggereix que té un paper de molècula adhesiva.
Anàlisis in vitro i in vivo han revelat que la majoria de les claudines tenen una valina a l’extrem C-terminal i que s’uneixen directament als dominis PDZ de les proteïnes citoplasmàtiques ZO-1, ZO-2, ZO-3.
En les unions hermètiques, també s’hi localitza una altra proteïna transmembranosa que té característiques de molècula d’adhesió: s’anomena JAM (junctional adhesion molecules) i és una proteïna de la superfamília de les immunoglobulines. (link a jam)
3.1.7. CARACTERÍSTIQUES GENERALS
Les integrines són una gran família de receptors de la superfície cel·lular, dependents de cations bivalents, com ara el Ca2+, que faciliten principalment la interacció i unió cèl·lula - matriu extracel·lular. En vertebrats també poden intervenir en la interacció i l'adhesió cèl·lula-cèl·lula.
Les integrines constitueixen un mecanisme de senyalització bidireccional. Actuen sobre la matriu extracel·lular i, alhora, modifiquen la forma i la polaritat de la cèl·lula organitzant el citosquelet. Regulen el funcionament de la cèl·lula actuant com a transductors de senyals, ja que interactuen amb el citosquelet i activen diverses rutes de senyalització intracel·lular.
• Les integrines són glicoproteïnes heterodimèriques, constituïdes per dues subunitats transmembranoses de tipus I, N-glicosilades, anomenades α i β
• Ambdues subunitats, unides de manera no covalent, contribueixen a la unió amb el lligand.
• La unió al lligand és dependent de cations divalents com el Ca2+ o Mg2+, Mg2+. En condicions fisilògiques les integrines estaran unides a ions Ca2+(catió divalent més abundant en el medi extracel·lular). El segrest d'aquest cations indueix a les integrines a adoptar una conformació no funcional.
La majoria de subunitats o cadenes α i β presenten:
| o una regió llarga extracel·lular
que interactua amb els lligands, |
• Actualment es coneixen, en els mamífers, 22 heterodímers d'integrina, formats per 18 subunitats α i 8 subunitats β diferents. Això vol dir que no totes les combinacions possibles de les subunitats α i β es donen.
En efecte, la subunitat β4 només forma un heterodímer amb la subunitat α6. Al contrari, la subunitat β1 pot formar heterodímers amb 10 subunitats diferents. En aquest cas, no tots els heterodímers formats tenen la mateixa especificitat de lligand, per la qual cosa es creu que la subunitat és la implicada principalment en l'especificitat de lligand.
• La majoria de les cèl·lules expressen diverses integrines,
algunes de les quals s'uneixen al mateix component de la matriu extracel·lular.
Malgrat aquesta redundància aparent, cada integrina és única
i té una determinada funció. Aquest fet és evident
en conèixer el detall de l'especificitat amb el lligand, però
encara és més clar amb l'estudi del fenotip de ratolins genoanul·lats
(knock-out). Aquests fenotips, per exemple, poden afectar la preimplantació
(ß1); i provocar defectes en el desenvolupament (α4,
α5, i αv), en la inflamació (ß6)
i en la remodelació òssia (ß3). Per tant,
és clar que les integrines intervenen en processos biològics
importants.
• Les integrines interactuen també amb el citosquelet, principalment amb filaments d'actina. Només la integrina α6ß4, present en els hemidesmosomes, interactua amb filaments intermedis.
La subunitat ß4 té un domini citoplasmàtic molt més gran que les altres subunitats (aproximadament, 1000 aa versus 50 aa) i interactua amb filaments intermedis. La α6ß4 també es pot localitzar en cèl·lules epitelials migratòries i també pot associar-se amb filaments d'actina en filopodis i lamel·lipodis durant els processos de migració.
• Les integrines intervenen restringint o promovent el moviment cel·lular. Per exemple: les cèl·lules epitelials de la capa basal de la pell estan fortament adherides a la làmina basal via integrines, però la diferenciació d'aquestes cèl·lules i la pèrdua d'adhesió a la làmina basal estan lligades a la pèrdua de l'habilitat de la integrina ß1 d'unir-se al seu lligand i a una reducció del transport de subunitats novament sintetitzades cap a la membrana. També són les integrines les que intervenen per facilitar el pas dels leucòcits entre les cèl·lules endotelials.
• La distribució i l'activitat de les integrines es poden regular de manera dinàmica i bidireccional gràcies a una combinació de canvis conformacionals i al fet d'agrupar-se entre si.
• A més dels efectes que tenen en l'adhesió i la morfologia cel·lulars, les integrines afecten la progressió del cicle cel·lular, la supervivència i l'expressió gènica. Les integrines tenen una gran diversitat de capacitats senyalitzadores, no només per elles mateixes, sinó també per la diversitat de molècules amb què es poden associar.
• Les integrines difereixen d'altres molècules o receptors d'adhesió en el fet que s'uneixen als lligands amb poca afinitat i que, habitualment, estan presents en la superfície cel·lular a alta concentració.
• La interacció de múltiples molècules d'integrina pot provocar la unió forta de la cèl·lula a la matriu, i pot fer, doncs, un paper important en determinades unions cel·lulars.
Clàssicament s'han tipificat dos tipus d'unions cel·lulars mediades per integrines: els contactes focals i els hemidesmosomes.
• Els contactes focals, actualment també coneguts com a adhesions focals:
En les adhesions focals les integrines estan agrupades i activades provocant una adhesió forta al substrat. Una idea que els investigadors han anat perfilant és que els complexos d'adhesió no són entitats estàtiques, sinó que són dinàmiques, amb capacitat de capturar i integrar els senyals del medi extracel·lular.
Les integrines, en les adhesions focals, interactuen amb nombroses proteïnes citosòliques adaptadores ( α-actinina, talina, etc.), la qual cosa fa possible la unió entre les integrines i els filaments d'actina. En les adhesions focals també hi ha altres proteïnes que interaccionen amb les integrines i que tenen un paper important en les vies de transducció de senyal (per exemple, la FAK, vegeu més endavant).fer link
Les adhesions focals han estat descrites en fibroblasts en cultiu i també in vivo en cèl·lules endotelials de l'aorta i en fibres musculars llises. Hi intervé la integrina αvβ3.
Les integrines α5ß1 es localitzen en les adhesions focals i interactuen amb la matriu i amb proteïnes citosòliques adaptadores, com ara la talina, la -actinina, la tensina i la vinculina, que a la vegada interactuen amb filaments d'actina. Els filaments d'actina formen feixos anomenats fibres d'estrès i mantenen la forma cel·lular.
• Els hemidesmosomes. S'han descrit a nivell ultraestructural en les cèl·lules epitelials de la capa basal, per exemple de l'epidermis, la còrnia, l'epiteli gastrointestinal, o en l'epiteli del aparell respiratori.
Al MET es veuen unes plaques electrodenses d'adhesió localitzades a la part basal que recorden la meitat d'un desmosoma. Per aquest motiu se les va anomenar hemidesmosomes, encara que hi intervenen molècules d'adhesió diferents.
|
Electromicrografia d'una unió dermis-epidermis que mostra quatre hemidesmosomes en un queratinòcit basal |
Els hemidesmosomes no només estan implicats en el manteniment de l'adhesió a la membrana basal, sinó que intervenen en fenòmens de senyalització de dins cap a fora i de fora cap a dins i que poden afectar a diverses activitats cel·lulars, com ara l'expressió gènica, la proliferació cel·lular i la diferenciació.
A nivell molecular, en els hemidesmosomes s'han identificat les proteïnes transmembranoses: la integrina α6ß4 i les BP180 i BPAG2 (bullous pemphigoid antigen 2).
En contrast amb la majoria de les integrines que s'associen a filaments d'actina, la α6ß4 s'associa a filaments intermedis.
SUBFAMÍLIES D'INTEGRINES
• Les integrines s'agrupen en subfamílies segons la subunitat β . En el quadre següent veiem les principals amb els seus lligands.
| SUBUNITATS |
LLIGANDS |
|
| β1 |
α1 |
Col·lagen, laminina |
|
|
α2 |
Col·lagen, laminina, tenascina |
|
|
α3 |
Fibronectina, laminina, col·lagen, epiligrina, entactina, reelina, α2β1, α3β1 |
|
|
α4 |
Fibronectina, VCAM, invasina |
|
|
α5 |
Fibronectina, col·lagen desnaturalitzat, ADAM-15 |
|
|
α6 |
Laminina, ADAM-2, ADAM-9 |
|
|
α7 |
Laminina |
|
|
α8 |
Fibronectina, tenascina |
| α9 |
Tenascina, col·lagen, laminina, VCAM-1, ADAM-12 |
|
| α10 |
Col·lagen |
|
| α11 |
Col·lagen |
|
| αv |
Fibronectina, vitronectina |
|
| β2 |
αL |
ICAM-1; ICAM-2 |
|
|
αm |
C3b, fibrinogen, factor X, ICAM-1 |
|
|
αx |
Fibrinogen, C3b |
| β3 |
αllb |
Fibrinogen, fibronectina, vitronectina, factor de Von Willebrand, trombospondina |
|
|
αv |
Igual que αIIbα3, també col·lagen, osteopontina |
| β4 |
α6 |
Laminina |
| β5 |
αv |
Vitronectina, fibronectina |
| β6 |
αv |
Fibronectina, tenascina |
| β7 |
α4 |
Fibronectina, VCAM-1 |
Contrareceptors que són proteïnes
de la matriu extracel·lular
Contrareceptors vasculars
La majoria de les integrines s'expressen en diferents cèl·lules i la majoria de cèl·lules expressen diferents integrines, cosa que permet que s'adhereixin a diferents molècules de la matriu. Hi ha tres integrines que contenen ß2 i que només s'expressen en els leucòcits. La α1ß2 fa de mediadora de les interaccions cèl·lula-cèl·lula.
L'adhesió de la cèl·lula a la matriu està modulada pel control de l'activitat de les integrines. D'aquesta manera, les cèl·lules, modulant l'afinitat de les integrines, poden migrar. L'activació i la inactivació de les integrines per mecanismes de dins a fora (inside-outside), mecanismes on intervenen els dominis citosòlics de les subunitats de les integrines, ha estat demostrada. Per exemple, durant la coagulació, la unió de les plaquetes a fibrinogen es dóna per activació de la integrina αIIbß3 que està present a la membrana plasmàtica de manera inactiva. La migració cel·lular és important en molts processos normals i patològics, com ara l'embriogènesi, la resposta inflamatòria, la reparació tissular, el càncer, l'artritis i l'osteoporosi.
LLIGANDS I CONTRACEPTORS D'INTEGRINES
Els dominis extracel·lulars de les integrines, units al seus lligands de la matriu o de la superfície d'una altra cèl·lula, permeten l'adhesió cèl·lula-substrat o cèl·lula-cèl·lula, i aquesta interacció indueix canvis en l'organització del citosquelet, fosforilació de proteïnes i expressió gènica.
Les integrines, com a grup, reconeixen una gran varietat de lligands i tenen una especificitat variable: hi ha integrines que reconeixen tan sols un lligand (α5ß1 s'uneix exclusivament a la fibronectina) i n'hi ha que en reconeixen set o més de diferents (α5ß3).
| La majoria dels lligands de les integrines són proteïnes de la matriu extracel·lular. Aquests receptors reconeixen com a lligands components anomenats adhesius de la matriu extracel·lular com ara el col·lagen, la fibronectina i la laminina. Molts d'aquests lligands són reconeguts per múltiples integrines. Les integrines també reconeixen proteïnes del plasma sanguini, com ara el fibrinogen, el factor de Von Willebrand, la vitronectina i la trombospondina, que habitualment s'han incorporat a la matriu extracel·lular propera als vasos sanguinis. |
En general, les integrines reconeixen, com ja hem dit, elements de la matriu
extracel·lular:
| Per exemple, les integrines amb cadenes α4, α5, α8, αIIb o αv s'uneixen a components de la matriu que tenen la seqüència RGD, com ara la fibronectina i la vitronectina. Les laminines i els col·làgens també contenen RGD, però normalment en un lloc inaccessible i són reconeguts per integrines amb la subunitat α3, α6, o α7 (receptors de laminina) o per les que tenen subunitats α1, α2, α10 o, α11 (receptors de col·lagen). Les integrines de les cèl·lules hematopoètiques tenen contrareceptors en altres cèl·lules (ICAM, intercellular adhesion molecules; VCAM-1, vascular cell adhesion molecule) o en proteïnes plasmàtiques dipositades en llocs amb lesions (fibrinogen, factor de Von Willebrand). També cal remarcar la interacció de la integrina α6ß1 de l'oòcit i l'ADAM-2 de l'espermatozoide, important en el procés de la fecundació. |
Altres lligands de les integrines són: els inhibidors de la coagulació secretats per les sangoneres i les desintegrines de verins de serps. I per acabar, s'ha d'assenyalar que alguns bacteris patògens i virus utilitzen integrines com a receptors; per exemple, Bordetella pertussis (bacteri de la tos ferina) i papil·lomavirus.
| En el quadre següent hi ha un resum de les principals integrines de vertebrats i dels seus lligands i contrareceptors.
Les integrines s'uneixen a seqüències curtes d'aminoàcids. La majoria dels lligands de les integrines tenen un pèptid curt amb un aminoàcid àcid (àcid aspàrtic o àcid glutàmic com a clau determinant de la unió. Actualment s'accepta que aquestes seqüències formen dos motius d'unió diferents: RGD i LDV.
|
||||
| • La primera seqüència de reconeixement identificada en els lligands de les integrines va ser la seqüència arginina - glicina - àcid aspàrtic (seqüència RGD), present en la fibronectina. Primer es va rebre amb cert escepticisme el fet que només tres aminoàcids fossin la seqüència essencial de reconeixement per a les integrines. Posteriorment s'ha comprovat que aquesta seqüència és reconeguda per diversos membres de la família de les integrines: almenys la meitat de les integrines conegudes reconeixen la seqüència RGD en la proteïna lligand. Una gran varietat de molècules de la matriu extracel·lular, sang i proteïnes de superfície cel·lular presenten aquesta seqüència RGD, que és el lloc d'ancoratge per a les integrines. Entre les proteïnes anomenades d'adhesió de la matriu que presenten llocs RGD hi ha: la fibronectina, la laminina, l'entactina, la tenascina, el fibrinogen, l'osteopontina i, en algunes condicions, el col·lagen. Cal indicar, però, que no totes les proteïnes conegudes que tenen la seqüència RGD (unes 2500) intervenen en l'adhesió cel·lular; la majoria de les vegades perquè aquesta seqüència no està a la superfície de la proteïna, o perquè al costat d'aquesta seqüència hi ha aminoàcids que inhibeixen la unió a la integrina. Concretament, si al costat de la seqüència RGD hi ha una prolina, aquest residu silencia la seqüència RGD. Alguns treballs que s'han dut a terme amb fragments de fibronectina indiquen que la presentació de la seqüència RGD en les proteïnes que la contenen té importància perquè diferents integrines la reconeguin, i en alguns casos s'han localitzat llocs d'unió auxiliars o sinèrgics. Així, fragments grans de fibronectina que contenen el lloc RGD s'uneixen preferentment amb α5ß1, mentre que fragments més petits, semblants al que essencialment constitueix el desè domini de tipus III, s'uneixen millor al receptor de la vitronectina (αVß3). Sembla, doncs, que la fragmentació de la fibronectina provoca una alteració en la conformació del lloc RGD, que té el resultat d'una alteració en l'especificitat per la integrina: apareix una reactivitat més gran cap a la integrina αvß3 mentre declina la reactivitat cap a la α5ß1. Una altra hipòtesi explicaria aquesta diferència en el reconeixement de les dues integrines: s'ha descobert en la fibronectina la presència de llocs d'unió auxiliars o sinèrgics per a la integrina α5ß1. La possible afinitat de fragments petits que contenen RGD és provocada per la pèrdua dels llocs d'unió sinèrgics. Amb estudis mutagènics s'ha comprovat l'existència d'almenys un d'aquests llocs sinèrgics en el domini III10 de la fibronectina. Experiments amb peptidoteques han donat informació de quines seqüències al costat d'RGD són les més favorables per la unió a determinades integrines. Els residus de l'extrem carboxiterminal tenen més rellevància en la unió que l'aminoterminal. Per exemple, s'ha determinat que la integrina α5ß1 s'uneix exclusivament a pèptids amb glicina i triptòfan (o fenilalanina), seguint l'RGD; mentre que les integrines α5ß3 i α5ß1 tenen preferència per la serina o l'alanina en aquesta posició. Hi ha altres seqüències d'unió a integrina. Algunes són variacions de l'RGD, com ara pèptids amb la seqüència KGD, que poden unir-se a la integrina αIIbß3. La seqüència NGR és un altra variació d'RGD amb capacitat d'unir-se a integrines que reconeixen RGD. • També s'ha reconegut un segon motiu, el pèptid LDV. Sembla que és el lloc actiu del lligand d'immunoglobulines per a la integrina. Aquestes dues seqüències peptídiques són utilitzades per al desenvolupament de fàrmacs antiadhesius. |
||||
Malgrat que diverses integrines s'uneixen a un mateix contrareceptor (per exemple, la fibronectina és reconeguda per 8 integrines diferents), cada integrina té una única funció biològica, especifica i no redundant. Aquest fet s'ha evidenciat, en part, gràcies als detalls de l'especificitat amb els lligands i, sobretot, a causa dels estudis efectuats amb ratolins genoanul·lats (knock-out) per a cada una de les integrines o per als seus lligands.
BIBLIOGRAFIA
Articles:
Anderson JM. Molecular structure of Tight Junctions and their Role in Epithelial transport. News in Phisiological Sciences 2001 June; 16 (3): 126-130 link.
Beckerle M.C. Cell adhesion. Beckerle Oxford University Press, 2001.
Horton MA. Molecular Biology of Cell Adhesion Molecules I. Cell adhesion molecules. Molecular medical science series. Wiley England, 1996.
Humphries, M.J. & Newham, P. 1998. The structure of cell-adhesion molecules. Trends in Cell Biology, 8: 78-83<