CELL SIGNALLING
Comunicazione inter-cellulare
• Ogni cellula necessita di una serie di
segnali provenienti dall’esterno
– Sopravvivenza
– Divisione
– Differenziamento
– Apoptosi
• Morte cellulare programmata
• Processo attivo che richiede ATP
• Può essere attivata anche da mancanza di
segnali
Sequenza di eventi
1. Riconoscimento
• Dello stimolo sulla superficie esterna della
membrana plasmatica
2. Trasferimento
• Dell’informazione attraverso la membrana
plasmatica
3. Trasmissione
• Del segnale a molecole specifiche che lo
interpretano e lo trasducono
4. Cessazione
• Della risposta in seguito all’eliminazione delle
molecole segnale
Sito di contatto
cellula-cellula
Citoscheletro
Ligando Extra-cellulare
Attivazione Enzimi
Specifici
Cambiamento
nell’organizzazione
del citoscheletro
Cambiamento nella
permeabilità agli
ioni
Attivazione sintesi
del DNA e RNA
Matrice Extracellulare
Ligandi e Recettori
• Recettori
– Proteine che ricevono il segnale
– Sia sulla superficie cellulare sia
all’interno della cellula
• Ligandi
– Molecole segnale che legano il
recettore
• Segnali
– Secreti all’esterno della cellula
– Esposti sulla superficie cellulare
Trasduzione del segnale
• L’informazione recepita dai
recettori viene tradotta e
trasferita
• Cellule specializzate in grado di
produrre molecole che vengono
identificate dalle cellule bersaglio
per mezzo dei recettori
Cascata di
segnali
• Una volta che la cascata di segnali
è attivata
– Il segnale viene trasferito
all’appropriato comparto cellulare
– Trasdotto in forma riconoscibile
– Amplificato
– Distribuito a più di un bersaglio intracellulare
– Modulato, se necessario
Amplificazione
Ligando
Recettore
Cascata di
segnali
Modulazione
Amplificazione
Divergenza
Regolazione del
metabolismo
Regolazione
dell’espressione
genica
Riorganizzazione
del citoscheletro
Tipi di
segnale
• Segnali Autocrini
– Si legano ai recettori presenti sulla cellula che
li secerne
• Segnali Paracrini
– Si legano e stimolano recettori presenti su
cellule adiacenti
• Segnali Endocrini
– Le cellule producono molecole segnale che
vengono secrete nel sangue
– Stimolano cellule lontane
• Le ovaie nelle femmine e i testicoli nei maschi sono
stimolati dagli ormoni prodotti dal cervello
• Segnali sinaptici
Tipi di
segnale
– Simili ai paracrini ma vi è una struttura specializzata
• Sinapsi
– Fra la cellula che origina il segnale e la cellula che lo riceve
– Avvengono solo fra cellule con la sinapsi
• Neurone e il muscolo controllato dall'attività neuronale
• Segnali per contatto cellulare
– Avvengono fra cellule che devono avere membrane
plasmatiche adiacenti
– Le cellule sono influenzate dal loro ambiente più
prossimo e dalle molecole segnale provenienti da altre
cellule
Segnali Autocrini
• La stessa cellula li produce e ne è
bersaglio
• Cellule del sistema immunitario
– Anticorpi estranei e fattori di crescita
• Innescano il differenziamento e/o la
proliferazione
• Una sregolata produzione di segnali
autocrini può portare allo sviluppo di
tumori
Segnali Paracrini
• Molecole segnale agiscono localmente
• Regolano il comportamento delle cellule vicine
• Durante i fenomeni di infiammazione e
cicatrizzazione, ma anche nel pancreas
– Glucagone e somatostatina agiscono sulle cellule
secernenti insulina
Cellula
Segnalatrice
Cellule
bersaglio
Mediatore
locale
Segnali Endocrini
• È sempre coinvolto un ormone
– Secreto da una cellula endocrina
– Trasportato dal sistema circolatorio
• Agisce su cellule bersaglio distanti
Cellula Endocrina
Recettore
Ormone
Flusso sanguigno
Cellula bersaglio
Segnali Neuronali
• Neurotrasmettitore
– Tipo specifico di
segnale paracrino
– Sinapsi nervo-cellula
Sinapsi
Neurone
• Neuroendocrino
– Tipo specifico di
segnale endocrino
– Ipofisi Posteriore
• Ossitocina
– Surrene
• Norepinefrina
Assone
Soma
Neurotrasmettitore
Cellula
bersaglio
Segnali da contatto
• Interazione fisica tra cellule
adiacenti
• Svolgono un ruolo fondamentale
durante lo sviluppo embrionale
Cellula segnale
Cellula bersaglio
Molecola segnale legata
alla membrana
Di cosa sono fatti i segnali?
•
•
•
•
Proteine
Peptidi
Amminoacidi
Nucleotidi
• Steroidi
• Derivati degli
Acidi Grassi
• Gas disciolti
Ormoni
• Ormoni Steroidei
– Derivati dal
colesterolo
– Legano recettori
intra-cellulari
– Molecole non-polari
– Non accumulati
nelle cellule
endocrine
– Si possono
somministrare per
via orale
• Ormoni Peptidici
– Solubili in H2O
– Legano recettori
di membrana
– Accumulati in
vescicole con
membrane
– Di norma non
somministrabili
per via orale
Piccoli ormoni steroidei
idrofobici
• Passano liberamente attraverso la
membrana plasmatica per interagire
con un recettore nel citosol o nel
nucleo
– Cortisolo
– Estradiolo
– Testosterone
– Ormoni tiroidei
Molecole grandi o
idrofiliche
• Necessitano di un recettore sulla
superficie cellulare
• Legame ligando-recettore causa
cambiamento nel recettore
• Il segnale viene trasmesso
all’interno della cellula senza che la
molecola segnale vi penetri
Recettori
• Recettori accoppiati a canali ionici
– Convertono i segnali chimici in elettrici
• Recettori accoppiati a proteine G
– GTP convertito a GDP per attivare le
sub-unità funzionali
• cAMP
• Recettori accoppiati ad enzimi
– Il ligando induce l’attivazione di un
enzima all’altra estremità del recettore
• Chinasi, lipasi, etc
Canali Ionici
• Proteine trans-membrana
• Presenti in cellule eccitabili
elettricamente
• Neuroni, cellule muscolari, cellule
sensoriali
• Normalmente coinvolto un
Neurotrasmettitore che apre
transientemente il canale
Recettori accoppiati a canali
ionici
QuickTime™ and a
decompressor
are needed to see this picture.
Recettori accoppiati a
proteine G
QuickTime™ and a
decompressor
are needed to see this picture.
Recettori accoppiati ad enzimi
Tirosina chinasi
Ossido Nitrico (NO)
• Gas disciolto
• Prodotto secondario del metabolismo
dell’aminoacido arginina
• Passa facilmente attraverso le
membrane
• Cellule endoteliali dei vasi lo rilasciano
come messaggero per le cellule muscolari
lisce
– Si rilassano ed aumenta il flusso sanguigno
Eicosanoidi e Leucotrieni
• Molecole segnale contenenti lipidi
• Legano recettori sulla superficie cellulare
• Effetto Autocrino e Paracrino
• Prostaglandine, prostacicline, trombossani
e leucotrieni
– Stimolano l’aggregazione delle piastrine
– Infiammazione
– Contrazione muscolo liscio
– Aspirina ed anti-infiammatori inibiscono la
formazione di queste molecole
Fattori di Crescita
• Polipeptidi che possono agire su diversi
tipi cellulari oppure solo su uno
specifico tipo
• Promuovono la crescita
• Influenzano la motilità e la
contrattilità cellulare
• Stimolano il differenziamento
• Inducono la proliferazione modificando
l’espressione genica
Fattori di Crescita
• EGF-epidermal growth factor
• PDGF-platelet derived growth factor
• FGF-fibroblast growth factors
• TGF--transforming growth factor
• VEGF-vascular endothelial growth factor
• Citochine
• CSF-colony stimulating factor
Interazioni cellula-ECM
• L’interazione con la matrice extracellulare innesca una serie di segnali
• Proteoglicani
– Grosse molecole a base di zuccheri che
attraggono H2O
• Proteine fibrose
– Collagene ed Elastina
• Glicoproteine adesive
– Fibronectina, Integrine
Apoptosi dipende dai segnali
• Periodo di vita determinato
• Manifestazione di una
funzionalità alterata
– Selezione clonale dei linfociti
autoimmuni
• Sviluppo embrionale
– Spazi inter-digitali
• Cellule infettate da virus oppure
con mutazioni
• Le cellule morte vengono
fagocitate dai macrofagi