La adhesión es un fenómeno esencial durante la … · monoclonal desesambla las adhesiones...
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Wassarman et al, Nature Cell Biol 2001; Prymakoff & Myles, Science 2002; Vjujina & Evans Front Biosci 2008 La adhesión es un fenómeno esencial durante la fertilización células del cúmulo zona pelúcida adhesión fusión
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Wassarman et al, Nature Cell Biol 2001; Prymakoff & Myles, Science 2002; Vjujina & Evans Front Biosci 2008
La adhesión es un fenómenoesencial durante la fertilización
células
del cúmulo
zona pelúcida
adhesión
fusión
La adhesión es esencial para mantener la cohesión del embrión en desarrollo
BMoC 2008; Damsky et al Cell 1983
mórula
mórula
+ anti-E-caderinaEl bloqueo de E-caderinas (uvomorulina) con un anticuerpo
monoclonal desesambla las adhesiones intercelulares,
inhibe la compactación y desorganiza la mórula.
compactación
La adhesiones proporcionan cohesión a los tejidos y son fundamentalespara la organización y arquitectura multicelular
Alberts et al BMoC 2008
Las adhesión es mediada por proteínas de transmembrana, que acoplan físicamente ligandos extracelulares con el citoesqueleto
Alberts et al MBC 2002
citoplasma
ligando
extracelular
citoesqueleto
Los receptores de adhesión median la transmisión de fuerzas entre la célula y su entorno.
El reconocimiento de ligandos extracelulares involucra diversos mecanismos moleculares
uniones homofílicas
Ej. caderina-caderina,
NCAM-NCAM
uniones a través de una molécula
extracelular puente. Ej.
integrinas-proteoglicanos-integrinasuniones heterofílicas
Ej. integrinas-ICAMs,
selectinas-glicanos
Alberts et al MBC 2002
Los dominios extracelulares de las moléculas de adhesión han evolucionado para reconocer
moléculas del mismo tipo (unión homofílica) o moléculas diferentes (unión heterofílica).
Lodish et al MBC 2004
Los procesos de reconocimiento y adhesión están mediados por cuatro familias de proteínas
(~115) (~700) (~26)
KNOCK OUT INTEGRINS & CADHERINS
La depleción de moléculas de adhesión provoca letalidad o severos defectos en el desarrollo, estructura y funcionamiento de los tejidos
N-cadE10, neurulation/somito
genesis defects, heart
does not form
E-cad
die at time of
implantation
N-CAM
Nervous system
defectsL1
claudin
die at birth
Lodish et al MBC 2004; Alberts et al MBC 2015
Los receptores de adhesión cumplen funciones mecánicas
Los receptores de adhesión interaccionan con el citoesqueleto mediante diversas proteínas
adaptadoras y de “scaffold”. Estas interacciones son no covalentes y dinámicas.
Fuerzas transmitidas a través de las adhesiones promueven cambios conformacionales en proteínas del citoplasma
El proceso de conversión de fuerzas en señales bioquímicas y
respuestas biológicas se denomina mecanotransducción.
stretching!
Las fuerzas intracelulares
dependen de actina y miosina
La elongación de
-catenin
promueve su
interacción con
vinculina.
Lodish et al MBC 2004; Alberts et al MBC 2015
Roca-Cusachs et al JCS 2012; Wang et al Cell Molec Bioing 2016
closed
conformation
open
conformation
stretching!
Fuerzas generadas por las células alteran la conformación de proteínas de la matriz extracelular y del citoplasma
compact
FN modules
extended
La elongación de talina
promueve su interacción
con vinculina.
Chiquet et al, BBA 2009
Optical trapping of a fibronectin-coated bead bound to a cell
laser beam
bead
actin filaments
Cells grown on deformable substrates
Métodos que revelan las respuestas mecánicas de las células
Provenzano et al CPCB 2010; Schwarz & Gardel, JCS 2012; Paluch et al BMC Biol 2015; Alberts et al BMC2008
Métodos que revelan las respuestas mecánicas de las células
Contracción de geles de colágeno
1 mm
Alineamiento de fibras de colágeno
Respuesta a la rigidez del substrato
Hynes Cell 2002
Los receptores de adhesión también activan vías de señalización intracelulares
Diversos procesos celulares fundamentales son regulados por la adhesión a la matriz extracelular. Los
receptores de adhesión contribuyen a la activación de diversas enzimas y proteínas reguladoras de la
célula. Esta función la realiza de manera sinérgica con otros tipos de receptores.
Diferentes estructuras y funciones de los complejos de adhesión
dendritic cell
T-cell
sinapsis inmunológica
Uniones de comunicación y señalización
neuronasepitelialesepiteliales
Uniones de anclaje
matriz
extracelular
(fibroblasto)
epiteliales
Uniones de barrera
Uniones de anclaje
Agregación de plaquetas
y coagulación
malla de fibrina
colágeno
plaquetas
Antigen presentation
Los epitelios exhiben diferentes tipos de uniones intercelulares
Uniones estrechas: Constituyen una
barrera al pasaje de moléculas entre la
cara apical y basolateral.
Uniones adherentes: Anclan los
citoesqueletos contráctiles y son
esenciales durante la morfogénesis.
Desmosomas: Anclan los citoesqueletos
no contráctiles y son esenciales para
mantener la estructura del epitelio.
Uniones en hendidura: Permiten el pasaje
de iones, segundos mensajeros, y otras
moléculas pequeñas. Contribuyen a la
coordinación funcional del epitelio.
Hemidesmosomas: Anclan las células,
mediante un citoesqueleto no contráctil
(fil. intermedios), a la membrana basal
que limita con el tejido subyacente.
Adhesiones focales: Anclan las células,
mediante un citoesqueleto contráctil
(actin), a la membrana basal.
Las células epiteliales maduras se polarizan formando un dominio apical (= luminal) y uno basolateral.
(estrechas)
(adherentes y
desmosomas)
(hendidura)
(focales)
Las uniones estrechas restringen la libre difusión de moléculas a través del epitelio (transporte paracelular)
y actúan como barrera a la difusión de proteínas de membrana entre los dominios apical y basolateral.
Microscopía electrónica que ilustra la barrera formada
por las uniones estrechas. En este experimento se
incubó un epitelio con hidróxido de lantanio (opaco a los
electrones). El lantanio no pasa las uniones estrechas.
lantanio
lantanio
UNIONES OCLUYENTES O ESTRECHAS(TIGHT/OCCLUDING JUNCTIONS)
transporte
vectorial
(transcelular)
de glucosa
En el intestino la polarización de
las células permite un flujo
vectorial de nutrientes.
Visualización de uniones estrechas por microscopía
electrónica. Técnica de congelación y fractura
Al microscopio electrónico las uniones estrechas se visualizancomo una costura en la porción apical de las células epiteliales
Alberts et al MBC 2002
cara apical
cara basolateral
célula 1 célula 2
Claudinas son las principales proteínas de transmembranade las uniones estrechas
Los dominios extracelulares de claudinas y
ocludinas median interacciones homofílicas
independientes de calcio. Los dominios
intracelulares se anclan al citoesqueleto de
actina por medio de proteínas adaptadoras
denominadas ZO ("Zonula Occludens").
Claudinas, ocludinas, JAMs y tricelulinas son componentes de las uniones estrechas, cuya función es restringir
la difusión entre los dominios apical y basolateral, condición necesaria para mantener la polaridad de las
células, y controlar el flujo paracelular en epitelios.
Las proteínas de scaffold ZO poseen varios
dominios de interacción con proteínas de
transmembrana, actina y otros adaptadores.
JAMs
UNIONES EN HENDIDURA (GAP JUNCTIONS)
La mayoría de las células poseen uniones en hendidura. Las membranas conectadas por uniones en
hendidura se separan unos 2-4 nm (panel de la izquierda). En una vista frontal las uniones en hendidura
forman agregados de estructuras cilíndricas (panel de la derecha).
Lodish et al MBC 2004
Proteínas de transmembrana denominadas conexinasforman canales intercelulares denominados conexones
Los conexones permiten el pasaje de iones y
otras moléculas pequeñas (ej. segundos
mensajeros, aminoácidos, Ca++), facilitando
el acoplamiento metabólico y eléctrico entre
las células.
connexin
conexón
Conectividad funcional
entre neuronas de la retina.
liberación del neuro-
transmisor dopamina.
Las uniones en hendidura permiten el acople metabólico y eléctrico entre células
MBC, 2008
Inhibición de la
permeabilidad de
las uniones en
hendidura.
Inyección de un trazador
fluorescente que pasa por
las uniones en hendidura
folículo
ovárico
La permeabilidad de los conexones es regulada por varios factores como calcio, voltaje, pH.
Moléculas de cGMP sintetizado en las células granulosas
pasan a través de uniones en hendidura al ovocito y
regulan su maduración.
Uniones de anclaje
Las uniones de anclaje incluyen a las
uniones adherentes, desmosomas ,
hemidesmosomas y complejos focales.
Se componen de proteínas de
transmembrana que anclan los
ligandos extracelulares con el
citoesqueleto.
Alberts et al MBC 2002
Uniones adherentes (ADHERENS JUNCTIONS)
En epitelios, las uniones adherentes forman bandas
adhesivas (“adhesion belt”) cerca del dominio apical.
Alberts et al MBC 2002
~ 20 nm
Las proteínas de transmembrana de las uniones
adherentes son las caderinas. Los dominios
extracelulares de las caderinas de células
adyacentes interaccionan entre sí en presencia
de calcio. Los dominios intracelulares de las
caderinas se anclan a los filamentos de actina
contráctiles.
La contractilidad asociada a las uniones adherentes media eventos morfogenéticos
Alberts et al MBC 2002
Microscopía electrónica de barrido. Formación del tubo neuraly de la vesícula óptica
Alberts et al MBC 2002
Gilbert Developmental Biology 2000
DESMOSOMAS Y HEMIDESMOSOMAS
Los desmosomas y hemidesmosomas son uniones de
anclaje que contribuyen a la estructura de los epitelios.
Intracelularmente se acoplan a los filamentos
intermedios los cuales no son contráctiles. Los
desmosomas anclan células epiteliales adyacentes,
mientras que los hemidesmosomas anclan la cara
basal de las células epiteliales a la lámina basal.
Alberts et al MBC 2002
integrin
receptors
Organización y componentes moleculares de los desmosomas
Las proteínas de transmembrana de los desmosomas son las desmogleínas y desmocolinas, integrantes de
la superfamilia de las caderinas. Los dominios extracelulares de desmogleínas y desmocolinas de células
adyacentes interaccionan entre sí en una manera dependiente de calcio. Sus dominios intracelulares se unen
a placoglobinas y placofilinas que mediante la unión a desmoplaquinas, anclan el complejo a los
filamentos intermedios.
Alberts et al, MBC 2015
Organización y componentes moleculares de los hemidesmosomas
Las principales proteínas de transmembrana de los hemidesmosomas son las integrinas 6β4 y el
colágeno de transmembrana tipo XVII. Estas proteínas interaccionan entre sí y se unen a la laminina de la
membrana basal. Sus dominios intracelulares interaccionan con las proteínas adaptadoras plectina y
BP230 que a su vez se unen a los filamentos intermedios.
Alberts et al, MBC 2015
Lodish et al MBC 2004
Cohen et al., JCB 2004
La formación de las uniones de anclaje y estrechas son esenciales para lapolarización de las células epiteliales
Las células epiteliales MDCK se polarizan cuando se cultivan confluentes sobre soportes porosos cubiertos
con una lámina basal sintética. Microscopía de fluorescencia y electrónica revelan que las células adquieren
una forma columnar, y diferencian un dominio apical con microvellosidades, y un dominio basolateral.
MDCK: Madin-Darby Canine Kidney cells
Las Caderinas tienen un rol preponderante en las uniones intercelulares
Las caderinas son proteínas de transmembrana cuyo
dominio extracelular contiene repeticiones de ~110
aminoácidos, denominadas “cadherin repeats” (CR). Las
caderinas clásicas son una familia de proteínas de
transmembrana de tipo I a la cual pertenecen las
caderinas tipo E, P y N. Se caracterizan por tener cinco
CR en su dominio extracelular y un dominio citoplasmático
conservado que interacciona con proteínas citosólicas
denominadas cateninas. La unión de Ca2+ entre los CR
favorece la forma rígida y extendida del ectodominio.
Molecule Predominant Cellular Distribution
E-cadherin Preimplantation embryos, non-neural epithelial tissue
P-cadherin Trophoblast
N-cadherin Nervous system, lens, cardiac and skeletal muscle
SOURCE: M. Takeichi, 1988, Development 102:639; M. Takeichi, 1991, Science
251:1451; H. Inuzuka et al., 1991, Neuron 7:69; and M. Donalies et al., 1991, Proc. Nat'l.
Acad. Sci. USA 88:8024.
caderinas clásicas
Molecule Predominant Cellular Distribution
E-cadherin Preimplantation embryos, non-neural epithelial tissue
P-cadherin Trophoblast
N-cadherin Nervous system, lens, cardiac and skeletal muscle
SOURCE: M. Takeichi, 1988, Development 102:639; M. Takeichi, 1991, Science
251:1451; H. Inuzuka et al., 1991, Neuron 7:69; and M. Donalies et al., 1991, Proc. Nat'l.
Acad. Sci. USA 88:8024.
Alberts et al, MBC2008; Pokutta & Weiss, ARCDB 2007
Estructura
tridimensional del
dominio extracelular
(ectodominio).
CR1
CR2
CR3
CR4
CR5
Ca2+
carbohydratos
catenins
Los dímeros en trans intercambian hojas beta
entre los CR1. La unión es de baja afinidad (~
0,7mM) y la fuerza para romper la interacción de
un dímero es de ~60pN. Sin embargo las
uniones adherentes involucran la interacción
entre miles de moléculas de caderinas.
Interacción de los ectodominios de las caderinas y agregación en la membrana
MP
MP
interacción de
múltiples
ectodominios
en trans
CR1
CR1
Trp
Trp
El triptofano (Trp) conservado
de un CR1 interacciona con un
bolsillo hidrofóbico del CR1 de
la molécula en trans.
El reconocimiento homofílico de las caderinas es un mecanismoque facilita la segregación de grupos o poblaciones celulares
células sin caderinas
incubadas con y sin Ca2+
células transfectadas con
caderinas e incubadas en
presencia y en ausencia de Ca2+
conclusión: la adhesión
requiere de caderinas
y calcio.
resultado: las células
que expresan las mismas
caderinas se segregan.
conclusión: la adhesión
es homotípica.
resultado: células que
expresan diferentes
niveles del mismo tipo
de caderina se segregan.
conclusión: diferencias
cuantitativas en la
expresión de caderinas
juegan un rol en la
organización de los
tejidos
estado
inicial
estado
final
incubación
con agitación +Ca2+
células transfectadas
con E-caderinas (azul)
y N-caderinas (naranja)
resultado:
adhesión
resultado:
no adhesión
mezcla de células que
expresan diferentes niveles
del mismo tipo de caderina
resultado:
no adhesión
+Ca2+ +Ca2+
Hibridización in situ revela la expresión de diferentes
caderinas en áreas específicas del cerebro de un
embrión de ratón.
El neuroectodermo expresa E-caderinas. Durante
la formación del tubo neural el neuroepitelio cambia
la expresión de E-caderinas por N-caderinas.
E-cad
N-cad
tubo
neural
ectodermo
La interacción homofílica mediada por caderinas facilita la segregación celular durante el desarrollo
Hirano & Takeichi, Physiol Rev 2012
Las caderinas se anclan al citoesqueleto mediante proteínas adaptadoras denominadas cateninas
La b-catenina interacciona directamente con
las caderinas y con -catenina. Alfa catenina
interacciona con otras proteínas (vinculina, -
actinina) que unen actina. Las interacciones
son dinámicas y reguladas por fosforilación.
Alberts et al, MBC2008; Hirano & Takeichi, Physiol Rev 2012
adhesión débil adhesión fuerte
(-catenin,
vinculin,
-actinin)
~~extracelular
domain
En desmosomas la β-catenina es reemplazada por placoglobina
y el anclaje de las uniones es a filamentos intermedios.
La unión de la catenina p120 bloquea las señales de endocitosis (en amarillo) presentes en el dominio
citoplasmático de las caderinas e impide su internalización mediada por clatrina. La fosforilación de la
caderina inhibe la unión de p120 y facilita la endocitosis de las caderinas.
La estabilidad de las caderinas clásicas en la superficie celular requiere de la catenina p120
Reynolds, Cell 2010
endocytic
signal
Las caderinas inhiben la actividad co-transcripcional de β-catenina
cyclin D, MMPs,
fibronectin, myc.
Las caderinas reclutan β-catenina a las adhesiones intercelulares. La β-catenina citosólica puede seguir dos
destinos: a) degradación en proteasomas; b) estabilización y translocación al núcleo donde junto con los
factores de transcripción TCF y LEF promueven la transcripción de genes pro-invasivos y mitogénicos.
La regulación transcripcional de la expresión de E-caderina es clave en la transición epitelio-mesénquima (TEM)
TEM refiere al cambio del fenotipo celular epitelial a uno mesenquimático en el cual las células epiteliales
pierden la polaridad y se convierten en células migratorias. Este proceso involucra la inhibición de la
expresión de las caderinas-E, y la expresión de integrinas y otras proteínas que promueven migración a
través de la matriz extracelular del estroma, donde prevalecen fibronectina y colágeno.
transición epitelio-mesénquima en células de carcinoma
estroma
TEM es inducido por diversos estímulos extracelulares
Kang & Masagué, Cell 2004
cytokines
Factores de crecimiento y y citoquinas,
estimulan receptores celulares que a su vez
activan y promueven la expresión de
factores de transcripción como Twist, Snail,
SIP1 y Slug que reprimen la expresión de
E-caderina y cateninas y estimulan la
expresión de proteínas involucradas en
motilidad.
Wnt
epitelio
tejido
conectivo
membrana
basal
normal carcinoma
La flecha en (F) indica células invasivas que han atravesado la membrana basal y se diseminan por el tejido subyacente
En cáncer, durante el proceso de TEM las células tumorales degradan la membrana basal e invaden el estroma
Durante el desarrollo embrionario, TEM permite la formaciónde estructuras nuevas a partir de los epitelios
↓ N-caderina
↑ integrinas
↑ N-caderina
↑ N-caderina
Las células de la cresta neural se originan
por una transición epitelio-mesénquima.
Después de migrar a lo largo del embrión se
agregan y diferencian para formar distinas
estructuras corporales.
La función adhesiva de las caderinas es regulada post-traducción por factores extracelulares e intracelulares
Balzac et al., JCS 2005
A B
Las uniones entre caderinas requiere de calcio. La
incubación de una monocapa de células confluentes
con un quelante de calcio (EGTA) inhibe
reversiblemente la adhesión.
células unidas separadas unidas unidas separadas
El anclaje de los dominios citosólicos de las caderinas
al citoesqueleto es inhibido por tirosina kinasas como
Src y VEGFR. La incubación de células con un inhibidor
de fosfatasas (PAO) provoca la pérdida de la adhesión.
Procesos fisiológicos rápidos requieren de una inactivación temporaria y rápida de la función adhesiva de las caderinas
Shaw et al, J. Immunol. 2001
Visualización de la migración trans-epitelial de leucocitos. Células endoteliales fueron transfectadas con VE
caderina-GFP y activadas con TNF. Leucocitos polimorfonucleares marcados con Cell Tracker orange (rojo) se
sembraron sobre la monocapa y se registró el pasaje entre dos células endoteliales adyacentes (flecha en 3:00).
0 0:45 3:00 3:15 3:30
3:45 4:00 4:15 4:30 9:15
video disponible
Factores de crecimiento como el VEGF estimulan receptores (VEGFR) de la membrana endotelial. El dominio
citoplasmático del VEGFR tiene actividad quinasa y fosforila proteínas de adhesiones, provocando el desacople
de las caderinas del citoesqueleto y la pérdida de la adhesión.
Las caderinas funcionan de manera coordinada con CAMs y otras moléculasdurante el establecimiento de las sinapsis neuronales
sinapsis
madura
sinaptogénesiscadherin
Hynes. Cell 2002
Las integrinas juegan un rol preponderante en la interacción de las células con la matriz extracelular
El receptor es un heterodímero formado por la unión no covalente entre una subunidad y una b de
una familia de subunidades y b. Ambas subunidades son proteínas de transmembrana tipo I.
12
10
11
collagen receptors
Fibronectin,
Vitronectin,
Fibrinogen
La conformación de las integrinas es modulada por ligandos extra- e intra- celulares
Las integrinas existen en dos conformaciones alostéricas que difieren en la afinidad por el ligando:
inactiva (= baja afinidad por el ligando) y activa (= alta afinidad por el ligando). La conformación
inactiva es estabilizada por interacciones citoplasmáticas entre las cadenas y b. Tanto la unión
del ligando al sitio extracelular como de proteínas activadoras al dominio citoplasmático, propaga
cambios conformacionales que generan la conformación activa de alta afinidad.
low affinity (mM) high affinity (nM)
Giancotti, DevCell 2003
interacciones
entre α y β
microscopía electrónica
de los ectodominios en
la conformación inactiva
(A) y activa (B).
El tripéptido RGD está presente en
proteínas de la matriz extracelular,
como fibronectina, y es reconocido
por ciertas integrinas celulares
La unión de las integrinas al ligando extracelular induce la agregación de los receptores y la formación de complejos de adhesión
Las agregación de integrinas incrementa la avidez (múltiples pares de interacción receptor/ligando). La
agregación es facilitada por la naturaleza polimérica de las proteínas de la matriz extracelular y por el
efecto de fuerzas ejercidas por el citoesqueleto de actina y miosina. Varias proteínas “scaffold” tales
como talina, vinculina y -actinina participan en el anclaje de las integrinas a los filamentos de actina.
Marcación fluorescente de b1-integrina
y actina: complejos de adhesiónRepresentación de un complejo de adhesión basado en
observaciones de microscopía de super-resolución.
Kanchanawong et al, Nature 2010
Los complejos de adhesión ejercen fuerzas de tracción sobre el substrato
contracción mediada por miosina II contracción inhibida
(A y C) muestran la deformación de un substrato de silicona. La
inhibición de la actividad de miosina elimina las fuerzas de tracción (B).
A B
CLa estimulación de integrinas activa GTPasas de la
familia de Rho, como RhoA, que a su vez activa a
miosina y promueve ls contractilidad actina-miosina.
Las fuerzas generadas por el citoesqueleto y los complejos de adhesión organizan la matriz extracelular
Las fuerzas ejercidas por fibroblastos
sobre moléculas de fibronectina
extracelular contribuye a exponer
sitios de oligomerización, y el
ensamblado de fibras extracelulares.
Colonias de fibroblastos inmersos
en un gel de colágeno traccionan
y alínean las fibras de colágeno
entre las colonias.
1 mm
coloniacolonia
gel de colágeno
fibras alineadas
sitios de oligomerización
tensionada
relajada
Modelo de ensamble de las fibras de fibronectina
Singh et al Annu Rev Cell Dev Biol 2010
Dímero de FN unido
a la integrina.
Fuerzas intracelulares sobre las
adhesiones son transmitidas a
las moléculas de FN.
La agregación de integrinas expone
nuevos sitios de unión entre
moléculas de FN y cambios
adicionales en la conformación.
Se forma una matriz de
fibras de FN insoluble.
Durante la agregación de las integrinas en los complejos de adhesiónse activan tirosina kinasas
Fibroblastos adheridos sobre fibronectina activan la fosforilación de numerosas proteínas en los
complejos de adhesión. Esto puede apreciarse por inmunofluorescencia con un anticuerpo
anti-fosfotirosina. Las flechas señalan los focos de adhesión marcados con el anticuerpo.
FAK y Src son las principales quinasas activadas en los complejos de integrinas
integrinas FAK Cas Crk JNK
integrinas FAK Grb2 Sos Ras Erk
(MAP kinasa)
(MAP kinasa)
expresión de ciclinas D;
proliferación
PTK adaptor adaptor MAP
PTK adaptor GEF GTPase MAP
Ciertas integrinas se localizan en rafts lipídicos y activan una vía de señalización dependiente de caveolina y Fyn
integrina caveolina Fyn Shc Grb2 Sos Ras ErkPTK adaptor adaptor GEF GTPase MAP
Las kinasas Src y FAK son requeridas para el ensamble y dinamismo de las adhesiones
Las células normales producen
focos de adhesión alargados
(flechas en (A). Las células
deficientes en FAK (B) producen
múltiples focos pequeños.
Src-FAK
E-cadherin
Rac
polimerización de
actina y extensión
de lamelas y
filopodios
crecimiento y
recambio de
los contactos
adhesivos
+
+
-
+
A
B
(Schlaepfer, PBMB 1999)
Rho
+
++
generación de
fuerza,
contractilidad
Células normales se polarizan formando una lamela de avance en la dirección de la migración (flechas
en A). Las células deficientes en FAK no se polarizan eficientemente (cabezas de flecha en B) y
cambian de dirección frecuentemente.
(Tilghman et al JCS2005)
FAK es requerido para la migración direccional
A.
La expresión desregulada de la tirosina kinasa Src provoca la desorganización del citoesqueleto de actina y altera la adhesión
Frame et al., Nature MCB 2002
Fibroblastos que expresan Src normal (A) y Src constitutivamente activa
(B). Note que la hiperactividad de Src afecta la forma de la célula.
adhesiones normales
adhesiones aberrantes
A
B
forma y citoesqueleto alterado
Las integrinas son requeridas para la migración celularsobre la matriz extracelular
Durante la migración, nuevas adhesiones se ensamblan en el margen de avance (a) y se desensamblan
cerca del centro celular y en el polo posterior (d).
0 min 5 min 10 min 15 min
a a
d
a
Existe un nivel óptimo de adhesión para la migración
Holly et al., Exp. Cell Res. 2000
La fuerza de la adhesión de las células al substrato depende del tipo celular y del tipo
de substrato. Un nivel intermedio de adhesión es compatible con mayores velocidades
de migración. Niveles de adhesión bajos o muy altos inhiben la velocidad de migración.
La interacción de las integrinas con la matriz exracelular es requerida para la diferenciación y polarización de los epitelios
Estructura de un acino de glándula mamaria
lamina
basal
lumen
polarización normal
O’Brien et al, NCB 2001; Bissell et al, COCB 2003
La inhibición del ensamble de
la lamina basal produce una
polarización invertida
En rojo se muestra un marcador del dominio apical
La estimulación de las integrinas promueve la supervivencia celular inhibiendo apoptosis
integrina
ECM
FAK
Ausencia de estimulación apoptosis estimulación apoptosis
APAF 1: Apoptotic Protease Activating Factor 1
La mayoría de las células dependen del anclaje a la matriz extracelular para su crecimiento, proliferación y supervivencia
El incremento del área celular generado
por contactos entre la célula y el substrato
es un factor crítico que promueve el
crecimiento, supervivencia y la proliferación.
= área total
de fibronectina
Growth
fibronectina
Chen et al., Science 1997
integrinas
caderinas
sobrevivencia,
crecimiento y
proliferación
diferenciación apoptosis
. ..... . ..... . ..... . .....
La estimulación y agregación de integrinas y caderinas
activan vías de señalización que regulan el crecimiento,
la proliferación y la supervivencia de las células.
extendidaextendida
sobrevivencia
y crecimiento
Las células epiteliales requieren del contacto con la
matriz para su diferenciación. Durante la involución
de la glándula mamaria y de la próstata, la lámina
basal se degrada y las células mueren por apoptosis.
CAMs (Cell Adhesion Molecules)
Alberts et al MBC 2002
Se caracterizan por poseer repeticiones de motivos homólogos a los encontrados en inmunoglobulinas
(Ig-like) en la porción extracelular. Otros módulos frecuentes en los dominios extracelulares son los FN-
III, homólogos a los encontrados en fibronectina. Algunos miembros como las ICAM y VCAM median
interacciones heterofílicas, otras como las NCAM median interacciones homofílicas.
Ig-like domain
N-terminus
C-terminus
N-terminus
C-terminus
FN-III domain
A diferencia de las caderinas
la mayoría de las CAMs no
median anclaje entre células,
y no requieren calcio para
su función adhesiva.
La N-CAM y otras CAMs relacionadas cumplen funciones importantes en reconocimiento intercelular durante el desarrollo
Durante la formación del sistema nervioso los axones neuronales se fasciculan y recorren
distancias considerables juntos. NCAM y L1 contribuyen en este proceso. El agregado de
ácido polisiálico (PSA) en NCAM inhibe su función adhesiva y produce defasciculación.
Las N-CAMs fueron las
primeras CAMs caracterizadas.
Existen ~ 20 isoformas de N-
CAM generadas por corte y
empalme de un mRNA comun.
Fascículos de axones de neuronas
ganglionares de la retina. Los fascículos
axonales convergen en el sitio de salida
del nervio óptico (asterisco rojo).
*
Villegas-Perez et al., J. Neurosci 1988
N-cam sialilada
CAMs sialiladas
(A) Las ICAMs y VCAMs se expresan en el endotelio e interaccionan de modo heterofílico con integrinas. Contribuyen al
arresto de linfocitos T activados durante procesos inflamatorios. La interacción entre integrinas/CAMs acercan las membranas
adheridas favoreciendo la transmisión de señales intercelulares (ej. quimioquinas). (B) Las ICAMs expresadas en células
dendríticas se unen a integrinas en las membranas de linfocitos T y promueven la sinapsis inmunológica.
A
ICAM y VCAM cumplen funciones importantes en la interacción de células del sistema inmune y el endotelio
B
LFA-1: Leukocyte Function Antigen = integrin L/β2
Sinapsis inmunológica
Mecanismos dependientes e independientes de citoquinas secretadas
por las células endoteliales, activan integrinas de los linfocitos y
establecen una unión fuerte entre las células y el endotelio.
Constanin et al Nature Immunol 2012
signaling &
activation
of talin
signaling &
activation
of talin
Las selectinas poseen un dominio de lectina en el extremo distal de la región extracelular, que une de
manera específica y dependiente de calcio a oligo/polisacáridos en glicolípidos y glicoproteínas. El dominio
intracelular se asocia al citoesqueleto de actina. Las selectinas median adhesiones de baja afinidad entre
leucocitos y las células endoteliales en etapas tempranas de la extravasación de leucocitos.
Las Selectinas median interacciones transitorias durante la diapédesis
extravasación de leucocitos
Función coordinada de selectinas, integrinas y caderinas durante la extravasación de leucocitos
Estímulos inflamatorios (ej. TNFα) inducen la expresión de selectinas en la superficie endotelial que unen con baja afinidad a
glicoproteínas en la membrana de leucocitos. La detención (Arrest) y unión leucocito-endotelio requiere de la activación de
integrinas en los leucocitos. Este proceso depende de vías de señalización activadas por quimioquinas liberadas por las
células endoteliales y que estimulan receptores en los leucocitos. Interacciones de las integrinas activas con ICAM, VCAM y la
inactivación de VE-caderinas y PECAM (Platelet Endothelial Cell Adhesion Molecule) facilitan el pasaje trans-endotelial de los
leucocitos.
Ley et al Nature Rev Immunol2007
VE-cadherin, JAMs
ICAM, PECAM
outside-in integrin
signalingselectins
integrins
integrinas
matriz extracelular
FAK/Src/
p130Cas Fyn/Shc
Erk
Ras
caveolina
ciclo celular
Rho
cki
Raf/MEK
ciclina D
PI-3k
Akt
caspasa 9
Bad
apoptosis
Rac
JNK
p53
Red de vías de señalización activadas por adhesión
E-caderina
b-catenina
cki
CDK
motility
La señalización de diferentes moléculas de adhesión es integrada en el citoplasma
integrinasRTKs
factores de
crecimientomatriz
extracelular
E-caderinas
b-catenina
Frizzled
Wnt
Erk
ciclo celular
cki
ciclina D
núcleo
uniones estrechas
Zona B
ZO-1
ZO-1 en uniones estrechas
secuestra los factores de
transcripción Zona B y la
kinasa Cdk4, inhibiendo la
proliferación.
b-catenina es reclutada
a los complejos de
caderinas inhibiendo la
proliferación.
Cdk4estabilización
en citoplasma
retención
en
adhesiones
retención en adhesiones
activación
síntesis
síntesis
fosforilación,
inactivación
La estimulación de integrinas activa
quinasas que promueven la síntesis
de ciclina D e inhiben la función y
expresión de inhibidores de Cdks.
FAK
CDKs
