adhesión y migracion celular

8/17/2019 Adhesión y Migracion Celular

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Vicente A. Torres, PhD

ADHESIÓN BIOLÓGICA Y MIGRACIÓN CELULAR

Lab de Biología Celular y MolecularInstituto de Investigac ión en Cs Odontológicas

Facultad de OdontologíaUniversidad de Chile

Centro FONDAP-ACCDIS

UTE BASES CIENTÍFICAS Y

CLÍNICAS PARA EL DIAGNÓSTICOEscuela de PregradoFacultad de OdontologíaUniversidad de Chile

TÓPICOS DE LA CLASE

I. ASPECTOS GENERALES - DEFINICIONESAdhesión biológicaMoléculas de adhesión celular – Matriz extracelular (MEC)Transición epitelio mesénquima

II. BASES MOLECULARES DE LA MIGRACIÓN CELULAR

Etapas de la migración celularRemodelamiento del citoesqueletoDinámica de las adhesiones celulares durante la migración


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INTERACCIONES DE LA CÉLULA CON SUENTORNO

MOLÉCULAS DE ADHESIÓN CELULAR

TIPOS DE TEJIDOS

¡ Procesos mediados porproteínas !

LA CÉLULA PUEDEPRESENTAR 2 TIPOS DEINTERACCIONES:

Con otrascélulas

Con su matrizextracelular


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(No es inerte, sino dinámica, tanto entejido en desarrollo, como en adulto)

(Clases de transducción deseñales)

INTERACCIÓN DE UNFIBROBLASTO C ON SUMATRIZ EXTRACELULAR

INTERACCIÓN ENTRECÉLULAS DENDRÍTICAS YCÉLULAS ENDOTELIALES

Imágenes demicrofotografíaselectrónicas de barrido

J Cell Sci 2003; 116: 247- 257

FAGOCITOSIS

TECNICA:


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ADHESIÓN BIOLÓGICA

Moléculas de Adhesión Celular (CAMs)Matriz Extracelular (ECM)

Tipos de Interacciones entre las CAM’s

Homofílicas Heterofílicas

Interacción homofílica entre CAM’ s del mismo tipo

Interacción heterofílica entre CAM’ s de distinto tipo


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Esquema general de organización de las adhesiones celulares

mediadas por CAMs:

Las CAM’s conectan el entorno de la célula (ECM o célula) con su citoesqueleto

Importancia del Citoesqueleto en la Adhesión Celular

Célula expandiéndosesobre su sustrato Actina

núcleo


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MOLÉCULAS DE ADHESIÓN CELULAR

CADHERINASSUPERFAMILIA DEINMUNOGLOBULINAS

SELECTINASMUCINAS

INTEGRINAS

Célula - Célula Célula - ECM

CLASIFICACIÓN DE LAS UNIONES CELULARESPara que las células funcionen como “un todo”, de manera integrada en lostejidos, éstas se organizan de acuerdo a uniones especializadas

Estas unionesespecializadas están

formadas por “cluster”o grupos de CAMs

6 categorías de unionesespecializadas


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4. Uniones de Hendidura(Gap Junctions)

1. Uniones Estrechas(Tight Junctions)

2. Uniones Adherentes(Adherens Junctions)

3. Desmosomas(Desmosomes)

C É L U L A - C É L U L

A

5. Hemidesmosomas(Hemidesmosomes)

6. Complejos Focales

C É L U L A

- E C M

CLASIFICACIÓN DE LAS UNIONES CELULARES

4. Uniones de Hendidura(Gap Junctions)

1. Uniones Estrechas(Tight Junctions)

2. Uniones Adherentes(Adherens Junctions)

3. Desmosomas(Desmosomes)

C É L U L A - C É L U L A

5. Hemidesmosomas(Hemidesmosomes)

6. Complejos Focales

C É L U L A - E C M


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UNIONES ADHERENTES(Adherens Junctions)

DESMOSOMAS

También denominadas “Desmosomas

de Cinturón” (belt desmosomes)

Comunes en células epiteliales

Ubicado inmediatamente debajo delas Uniones Estrechas

Comúnmente conocidos como

“Desmosomas de Botón”Confieren fuerza mecánica

Ancladas a MICROFILAMENTOSDE ACTINA

Anclados a FILAMENTOSINTERMEDIOS (KERATINA)

COMPONENTE CENTRAL:

CADHERINAS

Célula de cáncer de mama (MCF10A)sr.burnham.or g

Inmunofluorescencia;detección de un antígenoen células en cultivo

TECNICA:

Citoesqueleto de actina

NúcleoE-cadherina

Esenciales en el desarrollo y diferenciación de tejidos

Expresión variable según el tipo de tejido.Alteraciones en su expresión son asociadasa enfermedades, como cáncer y metástasis

Moléculas de adhesión celular que presentan interacción homofílica

CADHERINAS


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Son CAM’s dependientes de Ca2+

Interacción homofílica

Algunas de las más estudiadas:E-cadherina, VE-cadherina,P-cadherina y N-cadherina

1)Región extracelular (N- term)2)Región transmembrana3)Dominio citosólico (C-term)

CADHERINAS

PROTEÍNAS ADAPTADORAS:

-catenina; -catenina; p120

Experimentalmente, se puededemostrar que la interacciónentre cadherinas es homofílica

El nivel de expresión de unadeterminada cadherina, estambién un factor de regulaciónen la organización de tejidos

Función:

(CUALITATIVO) (CUANTITATIVO)

Arquitectura y Organización de Tejidos

Desarrollo y Diferenciación

CADHERINAS


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http:// php.med.unsw.edu.au/cellbiology/i ndex.p hp?title=2011_Group_5_Project

Célula de cáncer de mama (MCF10A)sr.burnham.or g

Citoesqueleto de actina

NúcleoE-cadherina

¿Cómo Ocurre la InteracciónCadherina – Cadherina?

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Modelo de Unión Tipo “Velcro”

Moléculas de cadherinadispuestas en paralelo

Células adyacentes:superposición lateral de enlacesmoleculares débiles

La sumatoria de cada uno de

estos enlaces contribuye a lafuerza de la unión

La unión es dinámica


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INTERACCIÓN CÉLULA-CÉLULA

UNIONES ADHERENTES

DESMOSOMAS

INTERACCIÓN CÉLULA-ECM

CONTACTOS Y

ADHESIONES FOCALES

HEMIDESMOSOMAS

ADHESIÓN CÉLULA-MATRIZ EXTRACELULAR

Contribuyen a la arquitecturadel tejido

La ECM rodea tanto aepitelios, como a la mayoría

de las agrupaciones celularesorganizadas


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Matriz ExtracelularOrganización de lascélulas en tejidos

Coordinación dela función celular

Entrega “rutas” paraque las células migren

Participa en la TRANSDUCCIÓN

DE SEÑALES (proliferación,crecimiento y muerte celular)

CONTACTOS YADHESIONES FOCALES HEMIDESMOSOMAS

Presentes en fibroblastos y célulasmesenquimáticas

Las CAM’s involucradas son INTEGRINAS

Presentes en células epiteliales,interacción con la membrana basal

Ancladas a MICROFILAMENTOSDE ACTINA

Anclados a FILAMENTOSINTERMEDIOS (KERATINA)

Componente Central:INTEGRINAS


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Barczyk et al, Cell Tissue Res 2010; 339: 269

Son receptores de la MEC

Heterodímeros compuestos por subunidades: y

Forman uniones especializadas: hemidesmosomas y adhesionesfocales

Anticuerpo anti-integrinas (rojo)

Agente intercalante de núcleo (azul)

INTEGRINAS


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EJERCICIO: Comparación de células epiteliales y mesenquimáticas encondiciones de cultivo celular

1. ¿Cuál técnica demicroscopía fue usada?

2. ¿Qué tipo de uniones seobserva en cada caso?

3. ¿A qué tipo celularcorresponde cada caso?

1. ¿Qué técnica se ilustra?

2. ¿A qué corresponde las tinciones enverde/rojo/azul?

¿Qué tinción corresponde acada caso?

EJERCICIO: Los siguientes cortes histológicos de tejido epitelial hansido tratados con anticuerpos dirigidos contra distintos antígenos.Éstos antígenos son:

A. INTEGRINAB. E-CADHERINAC. COLÁGENO

Colágeno

Integrina

E-cadherina


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Barczyk et al, Cell Tissue Res 2010; 339: 269

INTEGRINAS

¿Cuán estable es la interacción entreestas moléculas de adhesión con sussustratos?

Dependiendo del contexto fisiológico,es dinámica; tanto uniones mediadaspor cadherinas, como por integrinasson sujetas a regulación.

TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA (EMT)La Transición Epitelio-Mesénquima (Epithelial to Mesenchymal Transition,EMT) corresponde a un conjunto de cambios en las característicasmorfológicas, adhesivas, migratorias y de señalización en célulasepiteliales. Se caracteriza por una pérdida de la adhesión célula-célula,disminución en la expresión de la E-cadherina y un aumento en el potencialmigratorio e invasivo. La EMT es esencial en numerosos procesos deldesarrollo, tales como la formación del mesodermo y del tubo neural.

1. Desarrollo Embrionario y de tejidos

2. Re-programación de células troncales pluripotentes

3. Condiciones patológicas: ej, cáncer metastásico


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Característicasde tipo epitelial

Características

de tipomesenquimáticas

TRANSICIÓNEPITELIO-MESÉNQUIMA

(epithelial-mesenchymal transition, EMT)

“EMT”

BioEssays 2001; 23: 912

Expresión de E-cadherina

Migración celular de tipofibroblasto

Expresión de componentesestructurales de AJ E-CADHERINA

TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA (EMT)

EVENTOS MOLECULARESDURANTE LA EMT

Transcripcional

Post-traduccional

Switch molecularE-cadherina N-cadherina

CancerMetast Rev 2009; 28: 15 – 33

TRANSICIÓN EPITELIO-MESÉNQUIMA (EMT)


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Nat Rev Mol Cell Biol 2004; 5: 816-826

TRANSICIÓN EPITELIO MESÉNQUIMA

LOCALIZACIÓN DE E-CADHERINA EN CÉLULAS DERIVADAS DEEPITELIO NORMAL Y EPITELIO CANCEROSO INVASIVO

NO INVASIVO INVASIVO


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Cancer Res 2006;66 (17): 9

MORFOLOGÍA

CARACTERÍSTICASFÍSICASUNIONES

INTERCELULARESMARCADORESMOLECULARES

ORGANIZACIÓNCITOESQUELETO

Polaridad Apical y Basolateral

Asimetría: extremolíder y posterior

Adhesión celular einhibición por contacto

Movilidad celular einvasividad

AJ, TJ, GJ ydesmosomas

Adhesiones focales /GJ transitorios

E-cadherina ycitoqueratinas

N-cadherina, vimentina,metaloproteasas

Microtúbulos longitudinalesactina circunferencial

Microtúbulos astrales /Fibras de estrés

DIFERENCIAS PRINCIPALES

II. BASES MOLECULARES DE LA MIGRACIÓNCELULAR

Etapas de la migración celularRemodelamiento del citoesqueletoDinámica de las adhesiones celulares durante la migración


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¿POR QUÉ MIGRAN LAS CÉLULAS?

La migración celular es un proceso fundamental en organismos multicelulares

Desarrollo embrionarioRespuesta inmune

Reparación de tejidosFormación de tumores ymetástasis

La migración celular esparticularmente relevante durante la

metástasis de células tumorales

MIGRACIÓN CELULAR


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MIGRACIÓN CELULAR

Cancer Sci 2007;98(10): 1512-1520

TRENDS Cell Biol 2004; 14(5)

Adhesión celular

Remodelamientodel citoesqueleto

Desensamble de

adhesiones

¿Cuáles son los mecanismos moleculares implicados en lamigración celular?


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Mol Biol Cell 2010; 21: 369

MIGRACIÓN CELULAR: MECANISMOS MOLECULARES

FACTORES QUE INFLUYEN EN

LA MIGRACIÓN CELULARADHESIÓN CELULAR

CITOESQUELETO

FACTORES EXTRACELULARES(ECM, QUIMIOQUINAS, ETC)

PROTEÍNAS DE SEÑALIZACIÓNINTRACELULAR

EXPRESIÓN GÉNICA

Modelo de estudio: migración celular sobre sustrato 2DSegún este modelo, la migración celular puede ser descrita como una seriesucesiva de etapas

EXTENSIÓN O PROTRUSIÓN(“leading edge”)

FORMACIÓN DE CONTACTOSCON LA ECM

CONTRACCIÓN CELULAR

DESENSAMBLE YLIBERACIÓN DE LOS SITIOS

DE CONTACTO

POLARIZACIÓN CELULAR

MIGRACIÓN CELULAR: Secuencia de etapas repetitivas


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DE CONTACTO



Science 2003; 302: 5

MDA-MB-231golginúcleo

Polarización celular (Cdc42, Rac)

Contracción (Rho)

GTPasas de la Familia Rho

Cdc42

Rac

Rho

Polarización celular, filopodiosProtrusiones celulares, lamelipodios,polarización celularContracción celular, maduración deadhesiones focales, fibras de estrés

GTPasa pequeña:Proteínas de bajo peso molecularque unen GTP, modulando suactividad biológica

Dev Biol 2004: 265: 23


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DE CONTACTO



Importancia del citoesqueleto en laadhesión y migración celular

Célula expandiéndose sobre f ibronectina. Tinción de actina confalo idina. J Cell Sci 2013; 126(17): 3835

15’ 45’ 60’

Nat Cell Biol 2007; 9(10): 111 0

DINÁMICA DEL CITOESQUELETO Y LA MEMBRANA PLASMÁTICA

ESTRUCTURAS ENPROTRUSIONES:

FilopodiosLamelipodiosRufflesAdhesiones Focales


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Nature RevMol Cell Biol 2004; 5: 2647

Podosomas

Invadopodios

Fib roblasto, m icroscopía electrónica de b arrido

Molecular Biology of the Cell (Alberts, cap 16)

Queratocito, microscopía de luz


Mol Cancer Ther 2005; 4 (5): 772-778

FIBRAS DE ESTRÉS (fibras de tensión)


www.lifetechnologies.comhttp://flylib.com/books/en/2.953.1.12/1/


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Regulación de la dinámica del citoesqueleto

PROTEÍNAS Rho GTPasas

Rho Rac Cdc42





DE CONTACTO



Formación y desensamble de los sitiosde contacto celulares

TRENDS Cell Biol2 004; 14(5)

Estos sitios de contacto se encuentranprincipalmente en la interfase célula-ECM


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INTEGRINAS

FORMACIÓN DE CONTACTOS CON LA ECM

2. Reclutamiento de proteínas adaptadoras

1. Unión ligando extracelular (ECM)/Activación

3. Anclaje delcitoesqueleto (actina ofilamentos intermedios)

4. Formación decomplejosmacromoleculares



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Complejos Focales

Complejos Macromoleculares Formados por lasIntegrinas

CONTACTOSFOCALES

Sitio deIniciación

ADHESIONESFOCALES

Madurez del complejo de adhesión

Filamentos de ActinaPaxilina

AdhesionesFocales


CONTACTOSFOCALES

Sitio deIniciación

ADHESIÓNFOCAL

Madurez del complejo de adhesión

CONTACTOSFOCALES

Sitio deIniciación

ADHESIÓNFOCAL

?

DESENSAMBLE DE CONTACTOS CON LA ECM

MECANISMO POCO CLARO

Proteínas de señalización:Kinasa de Adhesión Focal(FAK), Pyk2, Src, MAPK

Proteasas: Calpaínas

Componentes de la endocitosis:Dynamin, AP-2, Clathrin, Rabs

Se ha postulado que el tráficoendosomal es esencial en eldesensamble de los complejos deadhesión

Traffic 2009; 10: 811–818Traffic 2009; 10: 811–818


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MARCACIÓN DE ADHESIONES Y CONTACTOS FOCALES(GFP-vinculina, transfección transitoria de células de cáncer de mamaMDA-MB-231)

Vicente A. Torres, PhD

FIN de laCLASE

Lab de Biología Celular y MolecularInstituto de Investigac ión en Cs Odontológicas

Facultad de OdontologíaUniversidad de Chile

Centro FONDAP-ACCDIS

UTE BASES CIENTÍFICAS YCLÍNICAS PARA EL DIAGNÓSTICOEscuela de PregradoFacultad de OdontologíaUniversidad de Chile

adhesión y migracion celular

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