Interacción célula-célula - Cell–cell interaction
La interacción célula-célula se refiere a las interacciones directas entre las superficies celulares que juegan un papel crucial en el desarrollo y la función de los organismos multicelulares . Estas interacciones permiten que las células se comuniquen entre sí en respuesta a cambios en su microambiente. Esta capacidad de enviar y recibir señales es esencial para la supervivencia de la célula. Las interacciones entre células pueden ser estables, como las que se producen a través de las uniones celulares . Estas uniones están involucradas en la comunicación y organización de las células dentro de un tejido en particular. Otros son transitorios o temporales, como los que se producen entre las células del sistema inmunológico o las interacciones implicadas en la inflamación de los tejidos . Estos tipos de interacciones intercelulares se distinguen de otros tipos, como los que se producen entre las células y la matriz extracelular . La pérdida de comunicación entre las células puede provocar un crecimiento celular incontrolable y un cáncer.
Interacciones estables
Se requieren interacciones estables célula-célula para la adhesión celular dentro de un tejido y para controlar la forma y función de las células. Estas interacciones estables involucran uniones celulares que son complejos multiproteicos que proporcionan contacto entre células vecinas. Las uniones celulares permiten la conservación y el correcto funcionamiento de las láminas de células epiteliales . Estas uniones también son importantes en la organización de tejidos donde las células de un tipo solo pueden adherirse a células del mismo tejido en lugar de a un tejido diferente.
Juntas apretadas
Las uniones estrechas son complejos de múltiples proteínas que mantienen unidas las células de un mismo tejido y evitan el movimiento de agua y moléculas solubles en agua entre las células. En las células epiteliales, también funcionan para separar el líquido extracelular que rodea sus membranas apical y basolateral. Estas uniones existen como una banda continua ubicada justo debajo de la superficie apical entre las membranas de las células epiteliales vecinas. Las uniones estrechas en las células adyacentes se alinean para producir un sello entre diferentes tejidos y cavidades corporales. Por ejemplo, la superficie apical de las células epiteliales gastrointestinales actúa como una barrera permeable selectiva que separa el entorno externo del cuerpo. La permeabilidad de estas uniones depende de una variedad de factores que incluyen la composición de proteínas de esa unión, el tipo de tejido y la señalización de las células.
Las uniones estrechas están formadas por muchas proteínas diferentes. Las cuatro proteínas transmembrana principales son ocludina , claudina , moléculas de adhesión de unión (JAM) y tricelulinas . Los dominios extracelulares de estas proteínas forman la barrera de unión estrecha al hacer interacciones homófilas (entre proteínas del mismo tipo) y heterófilas (entre diferentes tipos de proteínas) con los dominios proteicos de las células adyacentes. Sus dominios citoplasmáticos interactúan con el citoesqueleto celular para anclarlos.
Anclaje de uniones
De los tres tipos de uniones de anclaje , solo dos están involucrados en las interacciones célula-célula: uniones adherentes y desmosomas . Ambos se encuentran en muchos tipos de células. Las células epiteliales adyacentes están conectadas por uniones adherentes en sus membranas laterales. Están ubicados justo debajo de cruces estrechos. Su función es dar forma y tensión a las células y tejidos y también son el lugar de la señalización célula-célula. Las uniones adherentes están formadas por moléculas de adhesión celular de la familia de las cadherinas . Hay más de 100 tipos de cadherinas, correspondientes a los diferentes tipos de células y tejidos con diferentes necesidades de anclaje. Las más comunes son las cadherinas E, N y P. En las uniones adherentes de las células epiteliales, la E-cadherina es la más abundante.
Los desmosomas también brindan fuerza y durabilidad a las células y tejidos y están ubicados justo debajo de las uniones adherentes. Son sitios de adhesión y no rodean la célula. Están hechos de dos cadherinas especializadas, desmogleína y desmocolina . Estas proteínas tienen dominios extracelulares que interactúan entre sí en las células adyacentes. En el lado citoplásmico, plaquinas forman placas que ancla los desmosomas a los filamentos intermedios compuestas de proteínas de queratina. Los desmosomas también juegan un papel en la señalización célula-célula.
Uniones gap
Las uniones gap son el sitio principal de señalización o comunicación célula-célula que permite que pequeñas moléculas se difundan entre células adyacentes. En los vertebrados , las uniones gap están compuestas de proteínas transmembrana llamadas conexinas . Forman poros o canales hexagonales a través de los cuales pueden pasar los iones, azúcares y otras moléculas pequeñas. Cada poro está formado por 12 moléculas de conexina; 6 forman un hemicanal en una membrana celular e interactúan con un hemicanal en una membrana celular adyacente. La permeabilidad de estas uniones está regulada por muchos factores, incluido el pH y la concentración de Ca 2+ .
Proteínas receptoras en la señalización de contacto directo
Las proteínas receptoras en la superficie celular tienen la capacidad de unirse a moléculas de señalización específicas secretadas por otras células. La señalización celular permite que las células se comuniquen con células adyacentes, células cercanas ( paracrinas ) e incluso células distantes ( endocrinas ). Esta unión induce un cambio conformacional en el receptor que, a su vez, provoca una respuesta en la célula correspondiente. Estas respuestas incluyen cambios en la expresión génica y alteraciones en la estructura del citoesqueleto . La cara extracelular de la membrana plasmática tiene una variedad de proteínas , carbohidratos y lípidos que se proyectan hacia afuera y actúan como señales. El contacto directo entre las células permite que los receptores de una célula se unan a las pequeñas moléculas adheridas a la membrana plasmática de diferentes células. En eucariotas, muchas de las células durante el desarrollo temprano se comunican a través del contacto directo.
La señalización sináptica , una parte integral de la actividad del sistema nervioso , se produce entre las neuronas y las células diana. Estas células diana también pueden ser neuronas u otros tipos de células (es decir , células musculares o de glándulas ). Las protocadherinas , un miembro de la familia de las cadherinas , median en la adhesión de neuronas a sus células diana en sinapsis también conocidas como uniones sinápticas. Para que se produzca la comunicación entre una neurona y su célula diana, una onda de despolarización viaja a lo largo de la neurona y hace que se liberen neurotransmisores en la unión sináptica. Estos neurotransmisores se unen y activan receptores en la neurona postsináptica transmitiendo así la señal a la célula diana. Por lo tanto, una membrana postsináptica pertenece a la membrana que recibe la señal, mientras que una membrana presináptica es la fuente del neurotransmisor. En una unión neuromuscular , se forma una sinapsis entre una neurona motora y fibras musculares . En los vertebrados , la acetilcolina liberada por la motoneurona actúa como un neurotransmisor que despolariza la fibra muscular y provoca la contracción muscular . La capacidad de una neurona para recibir e integrar señales simultáneas del entorno y otras neuronas permite un comportamiento animal complejo .
Interacciones célula vegetal-célula
Las células vegetales están rodeadas por paredes celulares que son barreras para la comunicación célula-célula. Esta barrera es superada por uniones especializadas llamadas plasmodesmos . Son similares a las uniones gap, que conectan el citosol de las células adyacentes. Las moléculas pequeñas (<1000 Da), como iones, aminoácidos y azúcares, pueden difundirse libremente a través de plasmodesmos. Estas pequeñas moléculas incluyen moléculas de señalización y factores de transcripción . El tamaño del canal también está regulado para permitir moléculas de hasta 10.000 Da de tamaño. La permeabilidad de estos canales depende de muchos factores, incluida la concentración de Ca2 +. Un aumento en la concentración de Ca2 + citosólico limitará reversiblemente el paso a través de los plasmodesmos. A diferencia de las uniones gap, las membranas celulares de las células adyacentes se fusionan para formar un canal continuo llamado anillo. Además, dentro del canal, hay una extensión del retículo endoplásmico , llamado desmotúbulo , que se extiende entre las células. Las interacciones célula-célula facilitadas por los plasmodesmos juegan un papel importante en el desarrollo de células y tejidos vegetales y en la defensa contra la infección viral.
Interacciones transitorias
Sistema inmune
Los leucocitos o glóbulos blancos destruyen las células anormales y también brindan protección contra bacterias y otras materias extrañas. Estas interacciones son de naturaleza transitoria, pero son cruciales como respuesta inmune inmediata. Para combatir las infecciones, los leucocitos deben pasar de la sangre a los tejidos afectados. Este movimiento hacia los tejidos se llama extravasación . Requiere la formación y ruptura sucesivas de interacciones célula-célula entre los leucocitos y las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos. Estas interacciones célula-célula están mediadas principalmente por un grupo de moléculas de adhesión celular (CAM) llamadas selectinas.
Las células T auxiliares , fundamentales para el sistema inmunológico, interactúan con otros leucocitos liberando señales conocidas como citocinas que activan y estimulan la proliferación de células B y células T asesinas . Las células T colaboradoras también interactúan directamente con los macrófagos , células que engullen materias extrañas y muestran antígenos en su superficie. Las células T colaboradoras que poseen los receptores apropiados pueden unirse a estos antígenos y proliferar dando como resultado células T colaboradoras que tienen la capacidad de identificar los mismos antígenos.
Coagulación
La coagulación o la coagulación de la sangre se basa, además de la producción de fibrina , en las interacciones entre las plaquetas . Cuando se daña el endotelio o el revestimiento de un vaso sanguíneo, el tejido conectivo, incluidas las fibras de colágeno, queda expuesto localmente. Inicialmente, las plaquetas se adhieren al tejido conectivo expuesto a través de receptores específicos de la superficie celular. A esto le sigue la activación y agregación plaquetaria en la que las plaquetas se adhieren firmemente y liberan sustancias químicas que reclutan plaquetas vecinas al sitio de la lesión vascular. Luego, se forma una red de fibrina alrededor de esta agregación de plaquetas para aumentar la fuerza del coágulo.
Interacciones celulares entre bacterias
Las poblaciones bacterianas interactúan de manera similar a las células del tejido. Se comunican a través de interacciones físicas y moléculas de señalización como lactonas y péptidos de homoserina como un medio para controlar el metabolismo y regular el crecimiento. Un ejemplo común y una de las formas más estudiadas de interacciones entre células bacterianas es la biopelícula. El biofilm es un agregado celular que puede adherirse a superficies biológicas o abióticas. Las bacterias forman biopelículas para adaptarse a diversos entornos, como los cambios en la disponibilidad de sustrato. Por ejemplo, la formación de biopelículas aumenta la resistencia de una célula bacteriana a los antibióticos en comparación con las células que no forman parte del agregado.
Implicaciones patológicas
Cáncer
El cáncer puede resultar de la pérdida de la interacción célula-célula. En las células normales, el crecimiento se controla mediante la inhibición por contacto en la que el contacto con las células vecinas provoca un retraso en el crecimiento celular. Se cree que la inhibición por contacto está mediada por cadherinas , proteínas que desempeñan un papel importante en la adhesión celular . Esta inhibición evita que las células se apilen unas sobre otras y formen montículos. Sin embargo, en las células cancerosas donde se pierde la expresión de E-cadherina, se pierde la inhibición por contacto y da como resultado un crecimiento o proliferación incontrolados, formación de tumores y metástasis .
Patógenos bacterianos
Para que las bacterias patógenas invadan una célula, se requiere comunicación con la célula huésped. El primer paso para la invasión de bacterias suele ser la adhesión a las células huésped. El anclaje fuerte, una característica que determina la virulencia , evita que las bacterias se eliminen antes de que se produzca la infección . Las células bacterianas pueden unirse a muchas estructuras de la superficie de la célula huésped, como los glicolípidos y las glicoproteínas, que sirven como receptores de unión. Una vez adheridas, las bacterias comienzan a interactuar con el huésped para interrumpir su funcionamiento normal y alterar o reorganizar su citoesqueleto. Las proteínas de la superficie de las bacterias pueden interactuar con los receptores de proteínas del huésped, lo que afecta la transducción de señales dentro de la célula. Las alteraciones de la señalización son favorables para las bacterias porque estas alteraciones proporcionan condiciones bajo las cuales el patógeno puede invadir. Muchos patógenos tienen sistemas de secreción de tipo III que pueden inyectar directamente toxinas proteicas en las células huésped. En última instancia, estas toxinas conducen a la reorganización del citoesqueleto y la entrada de las bacterias.
Enfermedad
Las interacciones célula-célula son muy específicas y están estrechamente reguladas. Los defectos genéticos y la desregulación de estas interacciones pueden causar muchas enfermedades diferentes. La desregulación que conduce a la migración de leucocitos a tejidos sanos puede causar afecciones como el síndrome de dificultad respiratoria aguda y algunos tipos de artritis . La enfermedad autoinmune pénfigo vulgar es el resultado de autoanticuerpos contra la desmogleína y otras proteínas corporales normales. Los autoanticuerpos interrumpen la adhesión entre las células epiteliales. Esto provoca ampollas en la piel y las membranas mucosas. Las mutaciones en los genes de conexina causan 8 enfermedades humanas, incluidas malformaciones cardíacas y sordera neurosensorial.