Junções celulares, adesão celular e matriz extracelular

Transcrição

1 Maio 2016 Junções celulares, adesão celular e matriz extracelular Prof. Dr. Luis Lamberti P. da Silva

2 Tecido Epitelial Células fortemente unidas Células suportam o estresse mecânico Matriz escassa: lâmina basal Tecido Conjuntivo Células esparsamente distribuídas Matriz suporta o estresse mecânico Matriz abundante Figure 19-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

3 Classificação Funcional das Junções Celulares Junções Ocludentes Selam o espaço entre células em um epitélio evitando a difusão indiscriminada de moléculas Junções de Ancoramento Conectam mecanicamente as células (e seu citoesqueleto) às células vizinhas ou à matriz extracelular Junções formadoras de canais Criam estruturas (canais) que permitem a passagem de material entre o citoplasma de células adjacentes (ex. Gap junctions) Junções transmissoras de sinal Permitem a transmissão de sinal em regiões de contato célula-célula (sinapses neurais, sinapses imunológicas)

4 Junções ocludentes Junções compactas (Tight Junctions) em vertebrados Junções Septadas em invertebrados

5 Epitélios são estruturas polarizadas Epitélio intestinal Jejuno

6 Junções ocludentes permitem a formação de uma barreira com permeabilidade sele9va através das camadas de células epiteliais Junção ocludente Transporte Transcelular - Espaços entre as células devem ser selados para evitar que moléculas transportadas não retornem ao lúmen do intestino. - Selagem não é absoluta - Barreira contra a difusão (migração) de proteínas de membrana entre domínios apical e basolateral da MP - Manutenção da polaridade da célula - Transporte Paracelular (passagem de nutrientes entre as células)

7 Junções compactas: barreiras à difusão de soluto Molécula traçadora aplicada na região apical Molécula traçadora aplicada na região basolateral Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

8 Modelo de uma Junções compacta Microvilosidades Junção Compacta Espaço intercelular Os domínios extracelulares destas proteínas interagem para bloquear o espaço intercelular Interação entre proteínas de células adjacentes Fitas de proteínas da junção compacta - Claudinas principal componente da junção - Ocludinas - Proteínas ZO (zona ocludente) são intracelulares e ancoram as fita ao citoesqueleto de actina

9 Junções de Ancoramento Adesão célula-célula Mediada por filamentos de actina: junção aderente Mediada por filamentos intermediários: desmossomos Adesão célula-matriz extracelular Mediada por filamentos de actina: ex. adesão focal Mediada por filamentos intermediários: hemidesmossomos

10 Junções de ancoramento no epitélio A bicamada lipídica é tênue e imprópria para transmitir força mecânica entre células. acorrentam membrana plasmática ao citoesqueleto acorrentam o citoesqueleto de uma célula ao de outra célula acorrentam a célula à matriz extracelular Amplamente distribuídas nos tecidos animais suporta estresse mecânico Presentes em grande quantidade tecido cardíaco, músculo e epiderme

11 Proteínas transmembrana de adesão ligam o citoesqueleto a estruturas extracelulares Caderinas (Célula- célula) Junções aderentes filamentos de actina Desmossomos filamentos intermediários Integrinas (Célula-matriz extracelular): Junção célula-matriz ligada por actina ex. Adesões focais filamentos de actina Hemidesmossomos filamentos intermediários

12 Caderinas e adesão célula-célula Alguns membros da superfamilia das caderinas Mais de 180 proteínas em humanos NOME LOCALIZAÇÃO PRINCIPAL JUNÇÕES ASSOCIADAS Caderinas clássicas FENÓTIPO QUANDO INATIVADO EM CAMUNDONGOS Caderina-E epitélio junções aderentes morre no estágio de blastocito, o embrião não sofre compactação Caderina-N Caderina-P neurônios, músculo cardíaco e esqueléticos, cristalino e fibroblastos placenta, epiderme, epitélio da mama junções aderente e sinapses químicas junções aderentes embriões morrem por defeitos cardíacos desenvolvimento anormal de glândula mamária Caderina-VE células endoteliais junções aderentes desenvolvimento vascular anormal (apoptose das células endoteliais) Caderinas não-clássicas Desmocolina pele desmossomos desconhecido Desmogleína pele desmossomos doença bolhosa de pele por perda de adesão célula-célula dos queratinóc. Caderina-T neurônio e músculo nenhuma desconhecido Fat (em Drosophila) epitélio e SNC nenhuma aumento dos discos marginais e tumores Protocaderinas neurônios sinapses químicas desconhecido

13 Caderinas medeiam adesão homo>lica

14 Separação celular em grupos dependente de caderinas Células em cultura organizam-se de acordo com: - O tipo de caderina - O nível de expressão da mesma caderina Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

15 Mudança no padrão de expressão de caderinas durante a construção do sistema nervoso Caderina E Caderina N ectoderma tubo neural Células da crista neural Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

16 Estrutura e função das caderinas Domínio extracelular de uma caderina clássica interação entre duas caderinas de células vizinhas A ligação de Ca++ fornece rigidez a molécula de caderina

17 Estrutura e função das caderinas Em uma junção típica várias moléculas de caderina estão dispostas em paralelo Princípio de Velcro Fornece forca mas pode ser facilmente desmontada por separação seqüencial das moléculas (estrutura dinâmica!!!)

18 Proteínas transmembrana de adesão ligam o citoesqueleto a estruturas extracelulares Caderinas (Célula- célula) Junções aderentes filamentos de actina Desmossomos filamentos intermediários Integrinas (Célula-matriz extracelular): Adesões focais filamentos de actina Hemidesmossomos filamentos intermediários

19 Junções Aderentes Repetição de caderina Ligação de caderinas aos filamentos de actina A ligação é Indireta, pelas proteínas de ancoragem intracelulares: Catenina β Catenina α Vinculina entre outras...

20 Junções Aderentes Junções aderentes formam cinto de adesão contínuo, abaixo das junções compactas Unidas por caderinas ligadas a filamentos de actina por proteínas de ancoramento Proteínas de ancoramento: cateninas e vinculina Cinto de adesão ou zonula aderente Bloqueio de junções aderentes impedem formação de junções compactas.

21 Desmossomos conectam filamentos intermediários entre as células Sítios de ancoramento para filamentos intermediarios - Filamentos de queratina (c. epiteliais) - Filamentos de desmina (c. musculo cardíaco) Proteinas intracelulares de ancoramento (placoglobina e desmoplaquina) Caderinas (desmogleina e desmocolina) Pênfigo anticorpos contra caderinas desmossomicas bolhas na pele Figure 19-17a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

22 Alguns dos componentes moleculares dos Desmossomos intracelulares transmembrana Figure 19-17b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

23 Figure 19-17c, d Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Células da epiderme da pele de camunodongo

24 Filamentos de queratina (verde) em um folheto de celulas epiteliais em cultura

25 Complexo Juncional

26 Proteínas transmembrana de adesão ligam o citoesqueleto a estruturas extracelulares Caderinas (Célula- célula) Junções aderentes filamentos de actina Desmossomos filamentos intermediários Integrinas (Célula-matriz extracelular): Adesões focais filamentos de actina Hemidesmossomos filamentos intermediários

27 Junções de ancoramento formadas por Integrinas Junções célula-matriz extracelular São comumente mediadas por Integrinas Junção célula-matriz mediada por actina Ex. Adesão focal (tipo de adesão formada por células a uma placa de cultivo celular)

28 Integrinas - Heterodímeros transmembrana (alfa e beta) - Receptores para proteínas da matriz extracelular (colágenos, lamininas, fibronectina) - Liga-se a seus ligantes de forma reversível - Sinaliza para células as características da matriz (integradores) Ligação ao ligante (sinalização de fora para dentro) Ativação de talina (sinalização de dentro para fora)

29 Regulação da atividade de ligação extracelular de integrinas Sinal extracelular Cascata de sinalização intracelular Mudança conformacional na integrina Ligação à matriz extracelular Ativação de talina

30 Junções de ancoramento formadas por Integrinas Hemidesmossomos Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

31 Junções de Ancoramento Sítio de ligação de filamentos de actina célula-célula: junção aderente célula-matriz: adesão focal Sítio de ligação de filamentos intermediários célula-célula: desmossomos célula-matriz: hemidesmossomos

32 Mecanismos de interação célula-célula - Selectinas

33 Estrutura e função das selectinas Estabelecem ligações heterotípicas Selectinas - lectinas transmembrana medeiam adesão celula-celula temporária na corrente sanguinea Interação dependente de Ca++

34 Migração de Leucócitos

35 Junções formadoras de canais - Junções 9po fenda (Gap Junc*ons) - Plasmodesmata (somente em plantas)

36 Junções 9po fenda (Gap Junc9ons) - Presente na maioria dos tecidos animais (exceções: células musculares esqueléfcas e células sanguíneas) - Conecta células eletricamente e metabolicamente através de passagens (Canais) Permite troca de moléculas pequenas - Açúcares, - Aminoácidos, - NucleoKdeos, - Vitaminas, - Mediadores intracelulares (AMPc, IP3) - etc... (Da) Poros (max. 1,5 nm) formados por proteínas

37 O hemi-canal ou Conexon: formado por seis unidades da proteína transmembrana Conexina Alinhamento de conexons de células vizinhas formam o canal aquoso

38 Junções Fpo fenda vistas ao microscópio eletrônico Membrana é manfda a uma distancia fixa (vista como fenda ao m.e.) Cada junção pode ser formada por grupamentos de pouco ou centenas de Conexons Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

39 Funções de Junções do 9po fenda Tecidos contendo células excitáveis eletricamente - Difusão rápida de correntes elétricas (velocidade de resposta) - Sincronização de contração: músculo cardíaco e músculo liso (peristalfsmo) Células em tecidos não excitáveis eletricamente - ComparFlhando pequenos metabólitos e íons - Coordenação da afvidade de células em tecidos

40 Resumo dos mecanismos de adesão juncionais e não-juncionais Complexo Juncional

41 Matriz Extracelular

42 Matriz Extracelular - Matriz extracelular preenche espaço extracelular - Proteínas e polissacarídeos secretados localmente - ConsFtuição, rigidez variável - A matriz forma a lamina basal na interface entre o epitélio e o tecido conjunfvo Cinco classes de moléculas: - fibras de colágeno - fibras de elastina - GAG (hialuronana - Proteoglicanos - glicoproteínas adesivas } } insolúveis solúveis

43 O Tecido Conjun9vo subjacente à camada de células epiteliais Matriz secretada por Fibroblastos Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

44 Colágenos - Colágeno: proteína mais abundante em mamíferos - Constituídas por 3 cadeias polipeptídicas - fita tripla helicoidal cadeias α enroladas - força tensora ~40 tipos de moléculas de colágeno Principais são: tipo I, II, III, V e IX 80 90% são dos tipos: I, II, III Estes são colágenos fibrilares formam fibrilas Cadeia α Os arranjo das fitas estruturas diferentes - córnea e ossos camadas ordenadas Molécula de - tendões feixes paralelos eixo principal de tensão colágeno

45 Fibroblastos do tecido conjuntivo (córnea de rato) Fibrilas de colágeno (glicoproteínas, GAGs e proteoglicanas eliminados por tratamento ácido e enzimático)

46 Síntese de Colágeno tipo I

47 Fibroblasto e fibrilas de colágeno (em tecido conjuntivo embrionário da pele de ave) Note a disposição dos feixes de colágeno

48 Elastina Segmento da aorta de um cachorro Fibras Elásticas (mesmo tecido) Abundante em tecidos que requerem força elástica (pele, vasos sg., pulmões) Elastina - Altamente hidrofóbica aminoácidos Também é rica em prolina e em glicina mas não é glicosilada Após secreção fazem ligações cruzadas entre lisinas As fibras eláticas são 5 vezes mais extensíveis que a borracha

49 Fibronectina: auxilia a adesão de células à matriz C-terminal Dímero Cada cadeia 2500 aa dobrada em 5 domínios Promove interação com diversas estruturas Seqüência RGD: responsável por interação com célula (integrinas)

50 Tensão aplicada por células regula a montagem de fibronectinas em fibrilas Vermelho: filamentos actina (citoplasma) Verde: fibronectina (superfície celular) Fibroblasto de camundongo em migração Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

51 Glucosaminoglicanos (GAGs) Cadeias de polissacarídeos nãoramificadas composta de unidades dissacarídicas repetidas Geralemente um ácido urônico Sempre um amino-açucar N-acetilglucosamina ou N-acetilgalactosamina Dermatana 70 a 200 moléculas de açúcar (carboxilas e sulfatos) 1) Hialuronana, 2) Sulfato de condroitina e Sulfato de dermatana, 3) Sulfato de heparana e 4) Sulfato de queratana

52 Glucosaminoglicanos (GAGs) hialuronana unidades de dissacarideo diferente das outras GAG não está ligado a uma proteína central Importante no preenchimento de espaço intercelular (cicatrização), fluido de articulações

53 Proteoglicanas compostos por cadeias de GAGs covalentemente ligadas a um núcleo protéico Açúcares são adicionados por transferases Glicosil-específicas no Ap. de Golgi

54 Proteoglicanas

55 Proteoglicanas Propriedades: Alta densidade de cargas negativas hidratação Ocupa grande volume em relação à massa Formam géis em concentrações muito baixas Diversas Funções: Resistência às forças de compressão dos tecidos e articulações Influencia a forma, a sobrevivência e a proliferação celular Facilita a migração celular Regulam a atividade de proteínas secretadas (ex. proteases) Potencializam a ação de certos mediadores (ex. quimiocinas)

56 Lâmina Basal - Camadas flexíveis de matriz extracelular (de 40 nm a 120 nm de espessura) - Forra camadas de células epitéliais, endoteliais, as fibras musculares esqueléticas - Separando-as do tecido conjuntivo adjacente - Suporte (ex. epitélio) - Filtração (ex. Rim) - Polaridade celular - Vias de migração celular - Guia para regeneração de tecidos

57 Lâmina Basal Composição varia - Laminina -Colágeno tipo IV -Nidogenio - Perlecana (proteoglicana) Eletromicrografia de varredura lâmina basal da córnea ave

58 Laminina organizador primário da Lâmina Basal Receptores de Laminina Glicoproteína grande (forma de cruz) 3 cadeias longas (α, β e γ) com 1500 aa Camundongos deficientes morte na embriogênese (não formam lamina basal) Ligam-se a proteoglicana, lipídios sulfatos, integrinas, entactinas

59 Modelo da Lâmina Basal (folha bidimensional)