Junções celulares 1: Junções ocludentes A U L A 5 objetivos Ao final desta aula, você deverá ser capaz de: Reconhecer a importância e a necessidade da formação de junções entre as células. Entender o papel das junções oclusivas (tight) para separação de compartimentos e formação de domínios de membrana. Transporte paracelular e transcelular. Pré-requisitos Aulas 7, 8, 9 e 12 (Biologia Celular I).
Biologia Celular II Junções celulares 1: Junções ocludentes INTRODUÇÃO Os organismos pluricelulares não são simples aglomerados de células coladas umas às outras. Neles, as células se organizam em tecidos e estes em órgãos. Duas soluções foram desenvolvidas para manter as células de um tecido coladas (Figura 5.1): a primeira está bem representada nos tecidos epiteliais, em que as células se encontram justapostas e quase não há espaço entre elas; essas células permanecem unidas graças a junções existentes entre elas ou entre uma célula e a lâmina basal. No outro extremo está o tecido conjuntivo, no qual as células estão esparsamente distribuídas, havendo entre elas uma matriz rica em polímeros fibrosos que sustenta o tecido, a matriz extracelular, que será abordada em outra aula. Luz do tubo digestivo Epitélio Tecido conjuntivo Figura 5.1: Ao formar um epitélio, como o do tubo digestivo, as células permanecem justapostas com pouco ou nenhum espaço entre elas, formando uma superfície contínua. Nos tecidos conjuntivos, localizados abaixo do epitélio, as células se apresentam dispersas em uma matriz extracelular, secretada por elas mesmas. O QUE SÃO JUNÇÕES Num epitélio, o espaço entre as células vizinhas precisa estar bem selado, impedindo que o fluido extracelular extravase. Também é importante que a união entre essas células suporte tensões sem se romper. Por último, já que as células de um tecido atuam de modo integrado, é importante que haja comunicação e cooperação metabólica entre elas. As junções celulares são áreas especializadas da membrana plasmática que são classificadas em três grupos, de acordo com a função que desempenham: junções ocludentes, junções aderentes ou de ancoragem e junções comunicantes. 78 C E D E R J
! Junções, como e por quê? Os epitélios, que revestem os diversos órgãos, e os endotélios, que revestem a parede dos vasos sanguíneos, são os melhores modelos para estudo dessas junções. Por quê? Porque as células que constituem esses tecidos dependem das junções aderentes para se manterem unidas umas às outras. Da mesma forma, cabe aos epitélios formar um revestimento contínuo, impedindo o vazamento de substâncias e fluidos do meio extracelular para o intracelular e vice-versa. Essa função é desempenhada pelas junções ocludentes ou oclusivas. Finalmente, o bom funcionamento de um tecido depende da cooperação e sincronia entre as células que o constituem, sendo, portanto, necessária a comunicação entre elas. Essa comunicação se dá pelas junções comunicantes. AULA 5 MÓDULO 2 JUNÇÕES OCLUDENTES Nesta aula, vamos nos deter no estudo das junções ocludentes, também chamadas tight (apertadas, em inglês). Quando determinadas substâncias eletrondensas (que barram a passagem do feixe de elétrons do microscópio eletrônico) eram injetadas na superfície basal de um epitélio, observava-se que o corante penetrava por entre as células até determinado ponto. Nessa região, a distância entre as membranas das duas células era menor, o que poderia explicar a barreira à passagem do corante (Figura 5.2). Quando o corante era injetado na superfície apical do epitélio, ele descia até o mesmo ponto e também ficava retido, ou seja, as junções tight formavam em torno das células um cinturão que impedia o vazamento de fluidos e solutos entre elas. É muito importante que a passagem de substâncias por entre as células seja barrada, pois isso, a princípio, obriga praticamente todas as substâncias presentes no tubo digestivo a passar pelo processo seletivo de permeabilidade da bicamada lipídica, ou pelas proteínas transportadoras (Aulas 7 a 12 de Biologia Celular I). Essa passagem de substâncias através das células é chamada transporte transcelular, enquanto a passagem por entre as células tem o nome de transporte paracelular. C E D E R J 79
Biologia Celular II Junções celulares 1: Junções ocludentes Lúmen (a) (b) 0,5 µm 0,5 µm Figura 5.2: (a) As junções ocludentes formam um cinturão que impede a passagem de substâncias por entre as células. Em (b) vemos duas micrografias eletrônicas mostrando que não importa se a substância é injetada na parte apical ou na basal do epitélio, a junção ocludente forma um cinturão que impede o seu extravasamento para o outro lado do epitélio. (Fotos: Daniel Friend) Quando as células puderam ser observadas pela técnica da criofratura (Aula 3 de Biologia Celular I), ficou mais fácil entender como as junções ocludentes se organizavam e funcionavam. Na região onde as membranas de duas células vizinhas se aproximavam, existem proteínas transmembrana que formam verdadeiros labirintos em ambas, entrecruzando-se e formando uma espécie de costura entre as duas membranas, o que impede a passagem de substâncias nesses pontos (Figura 5.3). (a) (b) Figura 5.3: Em (a), uma imagem da membrana de uma célula epitelial onde se vêem as microvilosidades da porção apical e as linhas formadas pelas partículas intramembranosas que selam o espaço entre duas células, conforme esquematizado em (b). 80 C E D E R J
AS JUNÇÕES OCLUDENTES CONSTITUEM UMA BARREIRA À FLUIDEZ DE PROTEÍNAS DA MEMBRANA As proteínas que formam as junções de oclusão, por estarem ligadas umas às outras, formando fileiras, e a proteínas correspondentes na membrana da célula adjacente (Figura 5.4), não apenas não se movem livremente no plano da bicamada lipídica em que se inserem como também não permitem que proteínas inseridas na porção apical da membrana plasmática passem para a porção basolateral da célula, e vice-versa. AULA 5 MÓDULO 2 Membranas das duas células adjacentes Espaço intercelular 0.6 µm Cadeias de proteínas formando a junção Citoplasma da célula 1 Citoplasma da célula 2 Figura 5.4: As proteínas que formam a junção de oclusão formam cadeias que se ligam a cadeias semelhantes na membrana adjacente. Isso limita a mobilidade dessas proteínas no plano da membrana e também impede que outras proteínas ultrapassem essa barreira. Assim, as junções ocludentes formam uma barreira na membrana plasmática. As porções de membrana (apical e basolateral) que ficam separadas por essa barreira constituem diferentes domínios da membrana (Figura 5.5). C E D E R J 81
Biologia Celular II Junções celulares 1: Junções ocludentes Superfície apical Glicose Simporte de Na + e glicose Junção ocludente Uniporte de glicose Porção basolateral Glicose Figura 5.5: As junções de oclusão impedem o livre movimento de proteínas entre a porção apical e a basolateral da membrana plasmática. Com isso, os transportadores de Na + -glicose ficam restritos à porção apical e o uniporte de glicose à porção basolateral, criando dois domínios distintos na membrana desse tipo celular. Glicose Sangue Você deve estar achando a Figura 5.5 familiar, e tem razão! Quando estudamos transporte através da membrana (Aulas 8 a 12 de Biologia Celular I), vimos que o transporte de glicose na porção basolateral do epitélio intestinal era feito por uniporte e na porção apical por simporte com o sódio. Sugerimos que você volte a consultar essas aulas para reforçar como é fundamental para o correto funcionamento do organismo que esses dois domínios de membrana sejam mantidos. Não são apenas os transportadores de glicose que tornam diferentes os dois domínios de membrana do epitélio intestinal, outras proteínas também se distribuem de maneira diferente e, como você pode observar nos esquemas e micrografias, apenas a superfície apical possui microvilosidades. O fenômeno de uma célula como a epitelial apresentar diferenças entre uma região e outra é chamado polarização tecidual, e essas células são ditas polarizadas. 82 C E D E R J
QUE PROTEÍNAS EXISTEM NAS JUNÇÕES DE OCLUSÃO? Até o presente momento, já foram caracterizados três tipos de proteínas formando as junções de oclusão: as claudinas, as ocludinas e as moléculas de adesão juncional JAM. Pouco se conhece sobre as funções das moléculas JAM. As claudinas são suficientes e altamente necessárias para a formação das junções tight e constituem uma família de mais de 20 proteínas. A claudina-5, por exemplo, é predominantemente expressa em junções tight de células endoteliais. Contudo, a maioria dos órgãos e tecidos possuem junções tight apresentando mais de um tipo de claudinas que podem interagir com claudinas da célula vizinha de forma homofílica (interação entre claudinas do mesmo tipo) e algumas claudinas podem realizar adesões heterofílicas (interação entre claudinas de tipos diferentes). Essa heterogeneidade de claudinas expressas em diferentes tecidos é responsável pela diferença de permeabilidade e seletividade paracelular dos diferentes órgãos e tecidos (Figura 5.6). Já as ocludinas não possuem um papel tão fundamental para a formação das junções tight como as claudinas. Estudos realizados até o momento classificam as ocludinas como componentes facultativos das junções tight, uma vez que a sua deleção ou ausência em algumas junções tight não interferiram nem com a formação, nem com a função da barreira. As ocludinas são capazes de realizar somente a interação homofílica com ocludinas da célula vizinha (Figura 5.6). AULA 5 MÓDULO 2 Claudinas em interação heterofílica Ocludinas Célula 1 Célula 2 Claudinas em interação homofílica Figura 5.6: As claudinas e as ocludinas são as principais proteínas formadoras de junções de oclusão. Enquanto duas claudinas de tipos diferentes podem se reconhecer e se ligar, apenas duas ocludinas idênticas se reconhecem. C E D E R J 83
Biologia Celular II Junções celulares 1: Junções ocludentes QUANDO A BARREIRA É ROMPIDA As junções tight têm como principal papel fazer com que as células epiteliais constituam um revestimento contínuo que limite dois ambientes. É fácil entender isso quando pensamos no conteúdo do intestino e da bexiga e quais as conseqüências para o resto do organismo se houver vazamento (transporte paracelular) por entre as células para o interior do organismo. Entretanto, as células do epitélio intestinal são capazes de abrir transitoriamente as suas junções oclusivas. Isso permite a rápida absorção (via transporte paracelular) de uma grande quantidade de aminoácidos e monossacarídeos recém-digeridos. Nesse momento, o gradiente de concentração favorece a entrada dessas substâncias (Figura 5.7). Isso demonstra que: 1. essa barreira é variável e fisiologicamente regulada; 2. é importante que existam proteínas de oclusão diferentes em diferentes tipos de epitélio, pois num tecido como o epitélio da bexiga a passagem paracelular de conteúdo seria um enorme desastre. Transcelular Paracelular Junção tight Figura 5.7: Esquema das vias de transporte transcelular e paracelular. Este último, quando acontece, sempre obedece ao gradiente de concentração das moléculas envolvidas. 84 C E D E R J
DOMÍNIOS E BARREIRAS EM OUTROS EPITÉLIOS Outro exemplo que demonstra a importância da existência de diferentes domínios (apical e basolateral) nas células epiteliais são as células pancreáticas (Figura 5.8). Essas células sintetizam e estocam em vesículas secretórias enzimas digestivas (relembre a aula de retículo endoplasmático e complexo de Golgi, da Biologia Celular I), que serão posteriormente liberadas através da região apical da célula para dentro do lúmen pancreático (interior do pâncreas). Em contrapartida, a região basolateral é responsável pela captação de nutrientes dos vasos sanguíneos para o interior das células pancreáticas, bem como pela interação com os vários hormônios que vão estimular a secreção dessas glândulas. AULA 5 MÓDULO 2 Superfície apical Vesículas de secreção Secreção (a) (b) Superfície basolateral Figura 5.8: Células que formam o epitélio de glândulas secretoras como o pâncreas e as glândulas mamárias (a) também dependem da barreira formada pelas junções para garantir que a secreção se dê sempre na superfície apical. Na porção basolateral, são realizadas outras funções, como a absorção de nutrientes e moléculas necessárias à síntese. Em (b), vemos uma dessas células em destaque. C E D E R J 85
Biologia Celular II Junções celulares 1: Junções ocludentes OCLUSÃO SIM, FORÇA NÃO Embora sejam muito eficientes no sentido de não permitir a passagem de moléculas por entre as células, o cinturão de oclusão não confere ao tecido resistência para suportar tensões. Assim, à medida que um órgão como a bexiga fosse acumulando um volume maior (no caso de urina) a tensão desse líquido sobre as paredes do epitélio poderia acabar causando o rompimento das junções oclusivas. Isso não acontece porque, entre outras razões, além das junções de oclusão, as células possuem junções de adesão ou ancoragem, que conferem grande resistência à tensão e deformação. Na próxima aula, elas e as junções comunicantes serão nosso assunto. RESUMO Em tecidos organizados, as células são conectadas através de junções celulares, as quais são estruturas especializadas constituídas primariamente por proteínas. Junções oclusivas ou tight selam a passagem de fluidos entre os dois lados da camada celular e definem dois domínios na membrana plasmática: as regiões apical e basolateral. A composição das junções tight ainda não está totalmente esclarecida. Entretanto, duas proteínas descritas (claudinas e ocludinas) têm sido bastante estudadas. Existem diferentes tipos de claudinas e ocludinas. Cada epitélio apresenta um conjunto próprio dessas proteínas. As claudinas parecem ter papel fundamental para formação das junções oclusivas, podem realizar ligações heterofílicas ou homofílicas, enquanto as ocludinas só podem ligar-se com ocludinas do mesmo tipo (ligação homofílica) entre células vizinhas. Cada domínio contém lipídios e proteínas únicas que são responsáveis pelas funções especializadas de cada superfície celular, como as interações com hormônios ou fusão com vesículas intracelulares que contêm proteínas secretórias. 86 C E D E R J
EXERCÍCIOS 1. Quais são as duas formas básicas de associação entre células? AULA 5 MÓDULO 2 2. Quais os três tipos de junções celulares e qual a função básica de cada um? 3. Por que as junções de oclusão receberam os seguintes nomes: Junção tight - Cinturão de oclusão - 4. Por que o cinturão de adesão forma uma barreira? 5. O que é um domínio de membrana? 6. Quais são as proteínas que formam a junção de oclusão? 7. O que é transporte transcelular? Exemplifique. 8. O que é transporte paracelular? Exemplifique uma situação em que ele ocorra. C E D E R J 87