Interacciones entre las células y su ambiente

Presentación del tema: "Interacciones entre las células y su ambiente"— Transcripción de la presentación:

1 Interacciones entre las células y su ambiente
CAPÍTULO 7 Interacciones entre las células y su ambiente

2 Imagen de inicio de capítulo.
Micrografía con fluorescencia de una célula endotelial (un tipo de célula que recubre la superficie interna de los vasos sanguíneos). La célula tiene forma cuadrada porque se extiende sobre una placa cuadrada diminuta de una proteína adhesiva llamada fibronectina que se aplicó a la placa de cultivo. La célula parece montada en un marco verde porque se trató con un anticuerpo verde fluorescente que se une con la proteína citoplásmica actina, un componente del citoesqueleto. (Reimpresa de Christopher S. Chen, Clifford Brangwynne y Donald E. Ingber, Trends Cell Biol. 9:283, 1999; © 1999, con autorización de Elsevier Science.) Imagen de inicio de capítulo.

3 FIGURA 7-1 Revisión de la forma en que se organizan las células en tejidos e interactúan entre sí y con su ambiente extracelular. En este esquema de un corte de la piel humana se advierte que las células de la epidermis se adhieren entre sí mediante uniones especializadas. La capa basal de las células epidérmicas también se adhiere a una capa subyacente no celular (la membrana basal). La dermis consiste sobre todo en elementos extracelulares que interactúan unos con otros y con las superficies de las células dispersas (sobre todo fibroblastos). Las células contienen receptores que interactúan con materiales extracelulares y transmiten señales al interior de la célula.

4 (a) (b) FIGURA 7-2 El glucocáliz.
(a) Superficie basal de una célula ectodérmica de un embrión joven de pollo. Pueden distinguirse dos estructuras aplicadas a la superficie celular externa: un glucocáliz interno (GC) y una membrana basal externa (BM). (b) Esta micrografía electrónica de la superficie apical de una célula epitelial del recubrimiento del intestino muestra el glucocáliz extenso, que se tiñó con la proteína ferritina, que contiene hierro. (a: tomada de A. Martinez-Palomo, Int. Rev. Cytol. 29:64, 1979; b: tomada de S. Ito y D. W. Fawcett/Photo Researchers.)

5 FIGURA 7-3 Matriz extracelular (ECM) de células de cartílago.
(b) FIGURA 7-3 Matriz extracelular (ECM) de células de cartílago. (a) Micrografía electrónica de barrido de parte de una colonia de células de cartílago (condrocitos) que muestra los materiales extracelulares secretados por las células. (b) La ECM de un condrocito individual se ha hecho visible agregando una suspensión de eritrocitos (RBC). El espesor de la ECM es evidente por el espacio claro (punta de flecha) que no es penetrado por los RBC. La barra representa 10 μm. (a: Michael Solursh y Gerald Karp; b: cortesía de Greta M. Lee, Brian Johnston, Ken Jacobson y Bruce Caterson.)

6 FIGURA 7-4 La membrana basal (lámina basal).
(a) Micrografía electrónica de barrido de la piel humana. La epidermis se separó de una parte de la membrana basal, que se ve por debajo de las células epidérmicas. (b) Se forma una membrana basal más gruesa de lo usual entre los vasos sanguíneos del glomérulo y el extremo proximal de los túbulos renales. Esta capa extracelular tiene una función importante en la filtración de líquido que se ve forzado a salir de los capilares hacia los túbulos renales durante la formación de orina. Los puntos negros dentro de la membrana basal del glomérulo (MBG) son partículas de oro unidas con anticuerpos que se unen con las moléculas de colágena tipo IV en la membrana basal (LC, luz capilar; P, podocito del túbulo). La barra representa 0.5 μm. (a: cortesía de Karen Holbrook; b: tomada de Michael Desjardins y M. Bendayan, J. Cell Biol. 113:695, Con autorización de los derechos reservados del Rockefeller University Press.)

7 FIGURA 7-5 Revisión de la organización macromolecular de la matriz extracelular.
Las proteínas y polisacáridos mostrados en esta ilustración se describen en las secciones siguientes. Las proteínas presentadas (fibronectina, colágena y laminina) contienen sitios de unión para unas y otras, además de sitios de unión para receptores (integrinas) que se localizan en la superficie celular. Los proteoglucanos son enormes complejos de proteína y polisacáridos que ocupan gran parte del volumen del espacio extracelular.

8 FIGURA 7-6 La estructura de la colágena I.
(b) (c) (d) FIGURA 7-6 La estructura de la colágena I. Esta figura muestra varios niveles de organización de una colágena fibrilar. (a) La molécula de colágena (o monómero) es una triple hélice compuesta por tres cadenas helicoidales alfa. Algunos tipos de colágena contienen tres cadenas alfa idénticas, por lo que son homotrímeros, en tanto que otras son heterotrímeros que tienen dos o tres cadenas distintas. Cada molécula de colágena I mide 295 nm de largo. (b) Las moléculas de colágena I se alinean en hileras en las que las moléculas de una fila están escalonadas respecto de la hilera contigua. Un haz de moléculas de colágena I, como el que se muestra, forma una fibrilla de colágena. La disposición escalonada de moléculas produce bandas (líneas negras horizontales en la ilustración) a través de la fibrilla que se repiten cada 67 nm (iguales a la longitud de la hendidura entre moléculas más la superposición). (c) Micrografía electrónica de las fibras de colágena humana después de sombreado metálico (fig ). Es evidente el patrón en bandas de las fibrillas. (d) Una micrografía de fuerza atómica muestra la superficie de una fibrilla de colágena, sugiere que sus componentes están torcidos en una espiral alrededor del eje de la fibrilla como una cuerda. El patrón en bandas resulta evidente. Las flechas señalan los sitios con una ligera depresión en la fibrilla, como ocurriría si se tuerce una cuerda en el sentido contrario al que está tejida. (c: por cortesía de Jerome Gross y Francis O. Schmitt; d: tomada de Laurent Bozec et al., Biophys. J. 92:71, 2007.)

9 FIGURA 7-7 El estroma corneal
FIGURA 7-7 El estroma corneal posee sobre todo capas de fibrillas de colágena con diámetro y espacios uniformes. Las moléculas de las capas alternadas se disponen en ángulos rectos entre sí, por lo que simulan la estructura de la madera contrachapada. (Reimpresa de Nigel J. Fullwood, Structure 12:169, 2004; Copyright 2004, con autorización de Elsevier Science.)

10 FIGURA 7-8 Red de colágena tipo IV de la membrana basal.
Micrografía electrónica de una membrana basal de tejido amniótico humano que se extrajo con una serie de soluciones salinas para retirar los materiales distintos de la colágena. El tratamiento deja una red extensa, ramificada y poligonal de hebras que forman una celosía irregular. La evidencia indica que esta celosía consiste en moléculas de colágena IV unidas en forma covalente entre sí en una disposición tridimensional compleja. La figura 7-12 muestra un modelo del andamiaje de la membrana basal. (Tomada de Peter D. Yurchenco y George C. Ruben, J. Cell Biol. 105:2561, Con autorización de los derechos reservados de Rockefeller University Press.)

11 (a) (b) (c) (d) FIGURA 7-9 La estructura de un complejo de proteoglucano del tipo de cartílago. (a) Representación esquemática de un solo proteoglucano consistente en una proteína central a la cual se unen una gran cantidad de cadenas de glucosaminoglucanos (GAG, mostrados en rojo). Un proteoglucano de la matriz del cartílago (p. ej., agrecano) puede contener cerca de 30 cadenas de sulfato de queratano y 100 de sulfato de condro itina. Los proteoglucanos que se encuentran en las membranas basales (p. ej., perlecano y agrina) tienen sólo unas cuantas cadenas de GAG unidas a la proteína central. (b) En esta figura se muestran las estructuras de los disacáridos repetitivos que forman cada GAG. Todos los GAG poseen grandes cantidades de cargas negativas (indicadas por el sombreado azul). (c) En la matriz del cartílago, los proteoglucanos individuales están unidos con una GAG no sulfatada llamada ácido hialurónico (o hialuronano) y forman un complejo gigante con una masa molecular cercana a Da. En el recuadro se halla uno de los proteoglucanos del tipo mostrado en la parte a. (d) Micrografía electrónica de un complejo de proteoglucano, comparable con el que se ilustra en la parte c que se aisló de la matriz del cartílago. (d: cortesía de Lawrence C. Rosenberg.)

12 FIGURA 7-10 Estructura de la fibronectina y su importancia durante el desarrollo embrionario.
(a) Una molécula de fibronectina humana consiste en dos polipéptidos similares, pero no idénticos, unidos por un par de enlaces disulfuro localizados cerca del extremo C. Cada polipéptido se compone de una serie lineal de módulos distintos que se organizan en varias unidades funcionales más grandes, ilustradas por los cilindros de color en esta figura. Cada una de estas unidades funcionales contiene uno o más sitios de unión para cada componente específico de la ECM o la superficie de las células. Algunas de estas actividades de unión se indican con las leyendas. Se indica el sitio de unión celular del polipéptido que contiene la secuencia arg-gli-asp, o RGD. Como se explica más adelante en este capítulo, esta secuencia se une en forma específica con una clase particular de proteínas integrales de la membrana plasmática (integrinas) que participan en la unión celular y la transducción de señales. El recuadro muestra dos de los casi 30 módulos Fn que se repiten y forman el polipéptido; la secuencia RGD forma un asa del polipéptido que sobresale de un módulo. (b) Corte a través de un embrión joven de pollo que se trató con anticuerpos fluorescentes contra la fibronectina. Esta última está presente en la forma de fibrillas en las membranas basales (sitios de color rojo oscuro) que están debajo de los epitelios embrionarios y proporcionan un sustrato sobre el cual migran las células. (continúa…) (a) (b)

13 FIGURA Estructura de la fibronectina y su importancia durante el desarrollo embrionario. (Continuación) … (c) En esta micrografía las células de la cresta neural emigran de una porción del sistema nervioso en desarrollo del pollo (fuera del límite de la fotografía) hacia una caja de cultivo de vidrio que contiene franjas de superficie cubiertas con fibronectina alternadas con franjas de vidrio desnudo. El límite de la región cubierta con fibronectina está indicado por las líneas blancas. Resulta evidente que las células permanecen sólo en las regiones cubiertas con fibronectina. Las células que llegan al sustrato de vidrio (puntas de flecha) tienden a redondearse y perder sus capacidades migratorias. La flecha indica la dirección de la migración. (d, e) La participación de la fibronectina en la formación de la glándula salival embrionaria. La micrografía d muestra una glándula salival de un embrión de ratón que creció durante 10 horas en un cultivo. Se ve que la glándula se divide en yemas mediante varias hendiduras (triángulos). La glándula que se muestra en e se cultivó por el mismo periodo en presencia de anticuerpos contra fibronectina, lo cual impidió la formación de las hendiduras. La barra de escala equivale a 100 μm. (b: cortesía de James W. Lash; c: tomada de Giovanni Levi, Jean-Loup Duband y Jean Paul Thiery, Int. Rev. Cytol. 123:213, 1990; d, e: reimpresas de Takayoshi Sakai, Melinda Larsen y Kenneth M. Yamada. Nature 423:877, © 2003 Macmillan Magazines Ltd.) (c) (d) (e)

14 FIGURA 7-11 Migración celular durante el desarrollo embrionario.
(a) Resumen de parte del tránsito celular que ocurre durante el desarrollo de los mamíferos. Los movimientos más extensos están conducidos por la cresta neural (mostrada en azul), que migra de la placa neural en la línea media dorsal del embrión y da origen a todas las células pigmentarias de la piel (P), los ganglios simpáticos (GS), médula suprarrenal (MS) y el cartílago del cráneo embrionario (Mx, Md para los arcos maxilares y mandibulares). Las células germinales primordiales (CGP) migran del saco vitelino al sitio de formación de las gónadas (G) dentro del embrión. Las progenitoras de las células linfoides se transportan al hígado (H), médula ósea (MO), timo (T), ganglios linfáticos (GL) y bazo (B). (Nota: las “vías” mostradas aquí conectan los sitios de origen de las células con su destino, no muestran con exactitud las rutas reales que siguen las células.) (b) Micrografía de un corte de una porción del intestino primitivo posterior de un embrión de ratón de 10 días. Se advierte que las células germinales primordiales (verdes) migran a lo largo del mesenterio dorsal en su camino a la gónada en desarrollo. El tejido se tiñó con anticuerpos contra la proteína laminina (rojo), que se ve concentrada en la superficie sobre la cual migran las células. (a: tomada de Aaron A. Moscona y R. E. Hausman. In: Cell and Tissue Interactions, J. W. Lash y M. M. Burger (eds), Raven Press, b: tomada de Martin I. Garcia- Castro, Robert Anderson, Janet Heasman y Christopher Wylie. J. Cell Biol. 138:475, Con autorización de los derechos reservados de Rockefeller University Press.)

15 FIGURA 7-12 Modelo de la estructura de la membrana basal.
Las membranas basales contienen dos moléculas formadoras de la red, la colágena IV (rosa), que se ilustra en la figura 7-8, y la laminina (verde), que se indica con las moléculas gruesas en forma de cruz. Las redes de colágena y laminina se conectan mediante moléculas de entactina (púrpura). (Tomada de Peter D. Yurchenco, Yi-Shan Cheng y Holly Colognato, J. Cell Biol. 117:1132, Con autorización de los derechos reservados de Rockefeller University Press.)

16 FIGURA 7-13 Conformaciones de la integrina.
(a) Representación de un listón que representa los dominios extracelulares de una integrina (αvβ3) en su conformación “plegada”, según lo revela la cristalografía por rayos X, y micrografía electrónica correspondiente de la misma porción de una molécula de integrina. Los estudios sugieren que ésta es una conformación inactiva de la integrina (continúa…)

17 FIGURA 7-13 Conformaciones de la integrina. (Continuación)
... (b) Esquema en listón y micrografía electrónica de la misma integrina en la conformación “vertical”, que al parecer representa la estructura activa (es decir, para unión con ligando). Los iones metálicos divalentes (Ca2+, Mg2+ y/o Mn2+) se muestran como esferas naranjas. (Nota: la relación entre la conformación de la integrina y la actividad de unión con el ligando ha sido el centro de controversia. Las conformaciones intermedias entre las mostradas aquí también tienen capacidad para unirse con el ligando, como se explica en J. Cell Sci., 122:165, (Micrografías electrónicas de Junichi Takagi et al., Cell 110:601, 2002; con autorización de Cell Press. Esquemas de listón tomadas de M. Amin Arnaout et al., Curr. Opin. Cell Biol. 14:643, 2002.)

18 FIGURA 7-14 Un modelo de la activación de la integrina.
Representación esquemática de una molécula heterodimérica de integrina en la conformación doblada inactiva (izquierda) y la conformación vertical activa (derecha). El cambio de la conformación se inicia por la unión de una proteína, en este caso la talina, con el pequeño dominio citoplásmico de la subunidad beta. La unión de la talina induce una separación de las dos subunidades y la conversión a la conformación activa. Las integrinas activadas típicamente se agregan como resultado de interacciones en sus dominios citoplásmicos con el citosqueleto subyacente, como se indica en la figura 7-17c. La estructura del dominio de cada subunidad que se ve en los dibujos de listón de la figura 7-13 se muestra aquí con segmentos de forma redondeada. El ligando extracelular, en este caso una fibra de colágena, se une entre las dos subunidades en la región de la cabeza del dímero de integrina activado.

19 FIGURA 7-15 Se forman coágulos sanguíneos
FIGURA Se forman coágulos sanguíneos cuando las plaquetas se adhieren entre sí mediante puentes de fibrinógeno que se unen con las integrinas plaquetarias. La presencia de péptidos RGD sintéticos puede inhibir la formación de un coágulo sanguíneo por competencia con las moléculas de fibrinógeno por los sitios de unión RGD en las integrinas αIIbβ3 (también denominadas GPIIb/IIIa). Los análogos no peptídicos de RGD y los anticuerpos contra integrina pueden actuar de la misma manera para impedir la formación de coágulos en personas de alto riesgo. FIGURA 7-15 Se forman coágulos sanguíneos

20 FIGURA 7-16 Pasos en el proceso de diseminación celular.
(b) FIGURA Pasos en el proceso de diseminación celular. Micrografías electrónicas de barrido que muestran la morfología de los fibroblastos de ratón en momentos sucesivos durante la unión y diseminación sobre cubreobjetos de vidrio. Las células se fijaron después de 30 minutos (a), 60 minutos (b), dos horas (c) y 24 horas (d) tras la unión. (Tomada de J. J. Rosen y L. A. Culp. Exp. Cell Res. 107:141, 1977.)

21 FIGURA Las adhesiones focales son sitios en los que las células se adhieren a su sustrato y emiten señales al interior de la célula. (a) Esta célula cultivada se tiñó con anticuerpos fluorescentes para revelar las localizaciones de los filamentos de actina (verde-gris) y las integrinas (rojo). Las integrinas se localizan en pequeñas placas que corresponden a los sitios de las adhesiones focales. (b) Se muestra la superficie citoplásmica de una adhesión focal de una célula cultivada de anfibio después de procesar la superficie interna de la membrana para su análisis por congelamiento rápido y grabado profundo. Se identifican los haces de microfibras que se relacionan con la superficie interna de la membrana en la región de una adhesión focal. (continúa…) (a) (b)

22 FIGURA Las adhesiones focales son sitios en los que las células se adhieren a su sustrato y emiten señales al interior de la célula. (Continuación) ... (c) Esquema de una adhesión focal que muestra las interacciones de las moléculas de integrina con otras proteínas en ambos lados de la bicapa de lípidos. Se cree que la unión de ligandos extracelulares, como la colágena y la fibronectina, induce cambios en la conformación de los dominios citoplásmicos de la integrina que hacen que las integrinas se unan con los filamentos de actina del citoesqueleto. A su vez, los enlaces con el citoesqueleto inducen la aglomeración de integrinas en la superficie celular. Los enlaces con el citoesqueleto están mediados por varias proteínas de unión con la actina, como la talina y la actinina alfa, que se unen con la subunidad beta de la integrina. Los dominios citoplásmicos de las integrinas también se relacionan con las cinasas de proteínas, como la cinasa de adhesión focal (FAK). La unión de la integrina con un ligando extracelular puede activar estas cinasas de proteínas e iniciar una reacción en cadena que transmite señales por toda la célula. La relación de las moléculas de miosina con los filamentos de actina puede generar fuerzas de tracción que se transmiten a sitios de unión entre la célula y el sustrato. (a: tomada de Margo Lakonishok y Chris Doe, Sci. Am. pág. 68, Mayo de 1997; b: tomada de Steven J. Samuelsson, Paul J. Luther, David W. Pumplin y Robert J. Bloch, J. Cell Biol. 122:487, Con autorización de los derechos reservados de la Rockefeller University Press.) (c)

23 FIGURA 7-18 Demostración experimental de las fuerzas ejercidas por las adhesiones focales.
En esta técnica, los fibroblastos se colocan sobre una superficie deformable que contiene un patrón de rejilla uniforme visible. Las fuerzas de tracción generadas por las adhesiones focales pueden vigilarse al observar las deformaciones (puntas de flecha) en el patrón de rejilla del sustrato al cual se adhieren las células. La generación de fuerza puede relacionarse con la localización de adhesiones focales con marca fluorescente (fig. 9-73). (Reimpresa de N. Q. Balaban et al., Nature Cell Biol. 3:468, 2001; cortesía de Benjamin Geiger. © 2001, Macmillan Magazines Ltd.)

24 FIGURA 7-19 Los hemidesmosomas
(b) FIGURA Los hemidesmosomas son sitios diferenciados en las superficies basales de las células epiteliales en los que las células se unen con la membrana basal subyacente. (a) Micrografía electrónica de varios hemidesmosomas que muestra la placa densa en la superficie interna de la membrana plasmática y los filamentos intermedios que se proyectan hacia el citoplasma. (b) Esquema que representa los principales componentes de un hemidesmosoma que conecta la epidermis con la dermis subyacente. Las moléculas de integrina α6β4 de las células epidérmicas se unen con los filamentos intermedios citoplásmicos mediante una proteína llamada plectina, que está presente en la placa con tinción oscura, y a la membrana basal mediante filamentos de fijación de un tipo particular de laminina. Los hemidesmosomas poseen una segunda proteína transmembranosa (BP180). Las fibras de colágena son parte de la dermis subyacente. (a: tomada de Douglas E. Kelly, J. Cell Biol. 28:51, Con autorización de los derechos reservados de la Rockefeller University Press.)

25 (a) FIGURA Demostración experimental del reconocimiento entre células. Cuando las células de diferentes partes del embrión se disocian y luego se mezclan, las células se agregan al principio y luego se clasifican al relacionarse con otras células del mismo tipo. Aquí se muestran los resultados de dos de estos experimentos clásicos. (a) En este experimento, dos regiones de un embrión temprano de anfibio (ectodermo y mesodermo) se disociaron en células individuales y se combinaron. De manera inicial, las células forman un agregado mixto, pero al final se clasifican. Las células ectodérmicas (mostradas en rojo) se mueven hacia la superficie externa del agregado, que es donde debería localizarse en el embrión, y las células mesodérmicas (mostradas en color púrpura) se desplazan hacia el interior, la posición que deberían ocupar en el embrión. Después, ambos tipos de células se diferencian en los tipos de estructuras a las que darían origen en circunstancias normales. (continúa…)

26 (b) FIGURA Demostración experimental del reconocimiento entre células. (Continuación) … (b) Micrografía óptica que muestra los resultados de un experimento en el que las células precursoras de cartílago de la extremidad de un pollo se mezclan con células del ventrículo cardiaco del pollo. Los dos tipos de células se separaron por sí mismas del agregado mixto y las células cardiacas forman una capa fuera de las células que darían origen a cartílago. Se propone que las células precartilaginosas se reúnen en el centro del agregado porque se adhieren entre sí más fuertemente que las células cardiacas. (Este y otros modelos se explican en Nat. Cell Biol. 10:375, 2008.) (a: tomada de P. L. Townes y Johannes Holtfreter, J. Exp. Zool. 128:53, 1955; b: tomada de Malcolm S. Steinberg, J. Exp. Zool., 173: 411, 1970.)

27 (a) (b) (c) FIGURA 7-21 Selectinas.
Esquema que muestra los tres tipos de selectinas conocidas (a). Todas ellas reconocen y se unen a un ligando carbohidrato similar en los extremos de las cadenas de oligosacáridos en las glucoproteínas, como el que se muestra en (b). (c) Estructura detallada del ligando carbohidrato. La fucosa terminal y la fracción de ácido siálico son muy importantes para el reconocimiento de la selectina; la fracción N-acetilglucosamina a menudo está unida con sulfato. (b) (c)

28 PERSPECTIVA HUMANA FIGURA 1 Pasos del movimiento de neutrófilos durante la inflamación a partir de la corriente sanguínea. Los pasos se describen en el texto.

29 PERSPECTIVA HUMANA FIGURA 2 Pasos que conducen a la diseminación metastásica de un cáncer epitelial (carcinoma). Una fracción de las células del tumor primario pierden su adhesividad a otras células tumorales y adquieren la capacidad para penetrar la barrera de la membrana basal (BM) subyacente al tejido epitelial. Estas células, que habrán asumido una apariencia mesenquimatosa, migran por el tejido estromal circundante, cruzan la BM de un vaso sanguíneo o linfático y llegan a la circulación general. Las células son transportadas a otros tejidos, donde migran de nuevo a través de la BM del vaso e ingresan al tejido, en el que tienen la capacidad para formar tumores secundarios. Sólo un porcentaje muy pequeño de las células tumorales liberadas de una neoplasia primara vencen estos múltiples obstáculos, pero las que lo hacen implican una amenaza para la vida del hospedador. (Tomada de R. G. Rowe y S. J. Weiss, Trends Cell Biol., 18:562,2008; Copyright 2008, con autorización de Elsevier Science.)

30 FIGURA 7-22 L1 es una molécula de adhesión celular de la superfamilia de inmunoglobulina (Ig).
Modelo propuesto de adhesión intercelular resultado de las interacciones específicas de los dominios de inmunoglobulina (Ig) de dos moléculas L1 que sobresalen de las superficies de células vecinas. Cada molécula L1 contiene un pequeño dominio citoplásmico, un segmento transmembranoso, varios segmentos que se parecen a un tipo de módulo encontrado en la fibronectina y seis dominios Ig situados en la porción N-terminal de la molécula. El recuadro muestra la estructura de los dos dominios Ig del extremo N de VCAM, una molécula de la IgSF en la superficie de las células endoteliales. Los dominios Ig de VCAM y L1 tienen una estructura tridimensional similar consistente en dos hojas beta unidas frente a frente. (Recuadro reimpreso con autorización de E. Yvonne Jones, et al. Nature 373:540, © 1995, Macmillan Magazines Ltd.)

31 FIGURA 7-23 Caderinas y adhesión celular.
Representación esquemática de dos células adheridas como resultado de las interacciones entre tipos similares de caderinas que sobresalen de la membrana plasmática de cada célula. Los iones calcio (mostrados como pequeñas esferas amarillas) se sitúan entre los dominios sucesivos de la molécula de caderina donde tienen una función crucial en el mantenimiento de la rigidez de la porción extracelular de la proteína. Esta ilustración muestra varios modelos alternativos mediante los cuales podrían interactuar las caderinas de células adyacentes. Diferentes tipos de estudios han sugerido grados distintos de superposición (interdigitación) entre los dominios extracelulares de las moléculas de células opuestas (véase una explicación en Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 23:237, 2007). Con motivos de consistencia, las figuras ulteriores muestran las caderinas con superposición de un solo dominio.

32 FIGURA 7-24 Caderinas y morfogénesis.
(a) Durante la gastrulación, las células de la capa superior del embrión (el epiblasto) se mueven hacia una hendidura en el centro del embrión, se sumergen en la hendidura y migran a los lados como células mesenquimatosas en el espacio debajo del epiblasto. Esta transición epitelial-mesenquimatosa está marcada por la pérdida de la expresión de caderina E, característica de las células epiteliales. Las células que expresan caderina E se muestran en naranja. (b) Micrografía electrónica de barrido de un embrión de pollo durante la gastrulación que se fracturó para revelar las células que realizan la transición epitelial-mesenquimatosa (flecha) mostrada en la parte a. (continúa…) (a) (b)

33 FIGURA 7-24 Caderinas y morfogénesis.
… (c) Esta secuencia de dibujos presenta el desarrollo del tubo neural, que es una capa epitelial que se forma mediante la separación de la capa superior de ectodermo dorsal. En el dibujo superior, las células epiteliales expresan caderina E. En los dibujos inferiores, las células del tubo neural suspenden la expresión de caderina E (naranja) y en su lugar expresan caderina N (azul). (b: por cortesía de Michael Solursh y Jean Paul Revel.) (b)

34 FIGURA 7-25 Complejo de unión intercelular.
(a) Esquema que muestra un complejo de unión en las superficies laterales de una célula epitelial cilíndrica simple. El complejo consiste en una zona de oclusión, una unión adherente y un desmosoma (mácula adherente). Otros desmosomas y uniones comunicantes se localizan en un plano más profundo sobre las superficies laterales de las células. Las uniones adherentes y las zonas de oclusión rodean la célula, mientras que los desmosomas y las uniones comunicantes se limitan a un sitio particular entre las células adyacentes. Los hemidesmosomas se muestran en la superficie celular basal. (continúa…)

35 FIGURA 7-25 Complejo de unión intercelular.
… (b) Micrografía electrónica de un complejo de unión entre dos células epiteliales de la vía respiratoria de una rata (ZO, zona de oclusión; UA, unión adherente; D, desmosoma). (b: tomada de Eveline E. Schneeberger y Robert D. Lynch. Am. J. Physiol. 262:L648, 1992.)

36 FIGURA 7-26 Modelo esquemático de la arquitectura molecular de una unión adherente.
El dominio citoplásmico de cada molécula de caderina está conectado con los filamentos de actina del citoesqueleto mediante proteínas de unión que incluyen catenina β, catenina α y varias proteínas de unión con actina. Una de estas proteínas para unión con actina es la formina, que participa en la polimerización de los filamentos de actina. Es probable que el ensamble del filamento de actina en la unión esté regulado por catenina α. La catenina β también es un elemento clave en la vía de señalización de Wnt, que transmite señales de la superficie celular al núcleo celular. El desensamble de las uniones adherentes podría liberar a la catenina β para que participe en esta vía, lo que conduce a la activación de la expresión génica. Otro miembro de la familia de la catenina, la catenina p120, se une con un sitio del dominio citoplásmico de la caderina. La catenina p120 puede regular la fuerza adhesiva de la unión y servir como componente de la vía de señalización. No se indican muchas otras proteínas que se encuentran en estas uniones.

37 FIGURA 7-27 La estructura del desmosoma.
(b) FIGURA La estructura del desmosoma. (a) Micrografía electrónica de un desmosoma de epidermis de salamandra. (b) Modelo esquemático de la configuración molecular de un desmosoma. (a: tomada de Douglas E. Kelly, J. Cell Biol. 28:51, Con autorización de los derechos reservados de la Rockefeller University Press.) (a)

38 FIGURA 7-28 Revisión de los tipos de interacciones que suceden en la superficie celular.
Se muestran cuatro tipos de interacciones adhesivas entre células, así como dos tipos de interacciones entre las células y el sustrato extracelular. Hay que tener presente que las diversas interacciones mostradas aquí no ocurren en un solo tipo celular, sino que se muestran de esta manera con fines ilustrativos. Por ejemplo, las interacciones entre las selectinas y las lectinas tienen lugar sobre todo entre los leucocitos circulantes y las paredes de los vasos sanguíneos.

39 (a) (b) FIGURA La función de las proteínas extracelulares en el mantenimiento del estado diferenciado de las células. (a) Estas células epiteliales de la glándula mamaria de ratón se cultivaron en ausencia de una matriz extracelular. A diferencia de las células mamarias diferenciadas normales, estas células están aplanadas y no sintetizan proteínas de leche. (b) Cuando se agregaron moléculas de matriz extracelular de nueva cuenta al cultivo, las células recuperaron su apariencia diferenciada y sintetizaron proteínas de la leche. (Cortesía de Joanne Emerman.)

40 FIGURA 7-30 Zonas de oclusión.
(a) Micrografía electrónica de un corte a través de la región apical de dos células epiteliales adyacentes que muestra el sitio en el que las membranas plasmáticas de las dos células se unen en puntos intermitentes dentro de la zona de oclusión. El recuadro muestra la estructura de la zona de oclusión a mayor aumento. Las zonas de oclusión bloquean la difusión de solutos por la vía paracelular entre las células. (b) Modelo de una zona de oclusión que muestra los puntos intermitentes de contacto entre las proteínas integrales de las dos membranas que se unen. Cada uno de estos sitios de contacto se extiende como un par de hileras de proteínas dentro de las membranas y forma una barrera que bloquea el paso de solutos por el espacio entre las células. (continúa…) (b)

41 FIGURA 7-30 Zonas de oclusión. (Continuación)
… (c) Réplica con técnica de congelamiento y fractura que muestra la cara E de la membrana plasmática de una de las células en una región de una zona de oclusión. Las hendiduras en la cara e permanecen después de traccionar las proteínas integrales de membrana de esta mitad de la membrana. (d) Micrografía electrónica de barrido de la superficie apical de un epitelio que revela la naturaleza circular de las zonas de oclusión. (a: de Daniel S. Friend; recuadro de Hiroyuki Sasaki y Shoichiro Tsukita; c: tomada de Philippa Claude y Daniel A. Goodenough, J. Cell Biol. 58:390, Con autorización de los derechos reservados de la Rockefeller University Press; d: cortesía de D. Tarin.) (c) (d)

42 FIGURA 7-31 Composición molecular de las hebras de la zona de oclusión.
Micrografía electrónica de una réplica de células por congelamiento y fractura que se había unido con otra mediante zonas de oclusión. Las caras de fractura se incubaron con dos tipos de anticuerpos marcados con oro. Las partículas de oro más pequeñas (puntas de flecha) revelan la presencia de moléculas de claudina, mientras que las partículas de oro más grandes (flechas) se refieren a ocludina. Estos experimentos demostraron que ambas proteínas están presentes en las mismas hebras de la zona de oclusión. La barra equivale a 0.15 μm. El recuadro muestra una posible configuración de las dos proteínas integrales de membrana cuando hacen contacto en su espacio intercelular. Tanto las claudinas (rojo) como la ocludina (pardo) cruzan la membrana cuatro veces. (Micrografía de Mikio Furuse, Hiroyuki Sasaki, Kazushi Fujimoto et al. J. Cell Biol. 143:398, Con autorización de los derechos reservados de la Rockefeller University Press.)

43 FIGURA 7-32 Uniones comunicantes.
(a) Micrografía electrónica de un corte a través de una unión comunicante, perpendicular al plano de las dos membranas adyacentes. Las “tuberías” entre las dos células se ven como cuentas electrodensas en las membranas plasmáticas yuxtapuestas. (b) Modelo esquemático de una unión comunicante que muestra la disposición de seis subunidades de conexina para formar un conexón, el cual contiene la mitad del conducto que conecta el citoplasma de las dos células adyacentes. Cada subunidad de conexina es una proteína integral con cuatro dominios transmembranosos. (continúa…) (b)

44 FIGURA 7-32 Uniones comunicantes. (Continuación)
… (c) Imágenes de alta resolución obtenidas por microscopia óptica de la superficie extracelular de un conexón individual en las conformaciones abierta (izquierda) y cerrada (derecha). El cierre del conexón fue inducido por exposición a altas concentraciones de ion Ca+. (d) Réplica por fractura por congelamiento de una placa de unión comunicante que muestra las grandes cantidades de conexones y su elevada concentración. (a: tomada de Camillo Peracchia y Angela F. Dulhunty, J. Cell Biol. 70:419, 1976; con autorización del titular del copyright, de la Rockefeller University Press; c: cortesía de Gina E. Sosinsky; d: cortesía de David Albertini.) (c) (d)

45 FIGURA Resultados de un experimento que demuestra el paso de solutos de bajo peso molecular a través de las uniones comunicantes. Micrografía que muestra el paso de fluoresceína de una célula a la que se había inyectado (X) hacia las células circundantes. (Tomada de R. Azarnia y W. R. Loewenstein, J. Memb. Biol. 6:378, 1971; con autorización de Springer Science and Business Media.)

46 FIGURA 7-34 Nanotúbulos de tunelización.
Micrografías electrónicas de barrido que muestran dos células neuroendocrinas en cultivo conectadas entre sí por una delgada prolongación tubular capaz de transportar materiales entre el citoplasma de las células vecinas. Estas prolongaciones, que apenas miden unos 100 nm de diámetro, son sostenidas por un “esqueleto” interno de actina. El recuadro muestra varias vesículas con tinción fluorescente captadas en el acto de desplazarse entre las dos células. (Reimpresa con permiso de Amin ruston et al., cortesía de Hans-Hermann Gerdes, Science 303:1007, 2004; copyright 2004, American Association for the Advancement of Science.)

47 (a) (b) FIGURA 7-35 Plasmodesmas.
(a) Micrografía electrónica de un corte a través de un plasmodesma de un gametofito de helecho. Se ve que el desmotúbulo consiste en una membrana que se continúa con el retículo endoplásmico (RE) del citoplasma a ambos lados de la membrana plasmática. (b) Esquema de un plasmodesma. Las flechas negras indican las vías que toman las moléculas a su paso por el anillo de una célula a otra. (continúa…) (a) (b)

48 FIGURA 7-35 Plasmodesmas. (Continuación)
... (c) Ejemplo del movimiento de una proteína desde una célula hasta otra dentro de una raíz vegetal. El recuadro muestra la localización de las moléculas de RNA mensajero marcadas con fluorescencia (verde) que codifican una proteína llamada Shr. El mRNA se localiza dentro de las células de la estela (Ste), que por tanto es el tejido en que esta proteína se sintetiza. La foto mayor muestra la localización de la proteína Shr marcada con fluorescencia (también verde), que se halla tanto dentro de las células de la estela en que se sintetiza como en las células endodérmicas adyacentes (End) a las que ha llegado por medio de los plasmodesmos conectores. La proteína transportada se localiza dentro de los núcleos de las células endodérmicas en que actúa como un factor de transcripción. Barras: 50 μm y 25 μm (recuadro). (a: tomada de Lewis G. Tilney, Todd J. Cooke, Patricia S. Connelly y Mary S. Tilney, J. Cell Biol. 112:740, 1991; por autorización del titular del copyright, Rockefeller University Press; c: reimpresa de Keiji Nakajima et al., cortesía de Philip N. Benfey, Nature 413:308, 2001; copyright 2001 Macmillan Magazines Ltd.) (c)

49 FIGURA 7-36 La pared celular vegetal.
(b) (a) FIGURA La pared celular vegetal. (a) Micrografía electrónica de una célula vegetal rodeada por su pared celular. La lámina media es una capa que contiene pectina, situada entre las paredes celulares adyacentes. (b) Micrografía electrónica que muestra las microfibrillas de celulosa y enlaces cruzados de hemicelulosa de una pared celular de cebolla después de la extracción de los polímeros no fibrosos de pectina. (continúa…)

50 FIGURA 7-36 La pared celular vegetal. (Continuación)
… (c) Esquema de una pared celular vegetal generalizada. (a: por cortesía de W. Gordon Whaley; b: tomada de M. C. McCann, B. Wells y K. Roberts, J. Cell Sci. 96:329, Con autorización de The Company of Biologists Ltd.)

51 (a) (b) FIGURA Síntesis de las macromoléculas de la pared celular vegetal. (a) Réplica por congelamiento y fractura de la membrana de una célula de alga. Se cree que las rosetas representan la enzima productora de celulosa (sintetasa de celulosa) situada dentro de la membrana plasmática. (b) Un modelo de depósito de fibrillas de celulosa. Se presupone que cada roseta forma una sola microfibrilla que se relaciona a los lados con las microfibrillas de otras rosetas para formar una fibra más grande. Todo el conjunto de rosetas podría moverse en sentido lateral dentro de la membrana conforme lo empujan las moléculas de celulosa que se alargan. Los estudios sugieren que la dirección del movimiento de las rosetas de la membrana depende de los microtúbulos orientados que hay en el citoplasma cortical por debajo de la membrana plasmática (descrito en el cap. 9). (continúa…)

52 (c) FIGURA Síntesis de las macromoléculas de la pared celular vegetal. (Continuación) … (c) Micrografía electrónica del aparato de Golgi de una célula de la tapa radicular periférica teñida con anticuerpos contra un polímero de ácido galacturónico, uno de los componentes principales de la pectina. Como la hemicelulosa, este material se ensambla en el aparato de Golgi. Los anticuerpos se unieron con partículas de oro para hacerlos visibles como gránulos oscuros. La barra representa 0.25 μm. (a: tomada de T. H. Giddings Jr., D. L. Brower y L. A. Staehelin, J. Cell Biol. 84:332, 1980; c: tomada de Margaret Lynch y L. A. Staehelin, J. Cell Biol. 118:477, Todas con autorización de los derechos reservados de la Rockefeller University Press.)