interacción célula-célula

Las uniones estrechas son complejos multiproteicos que mantienen unidas las células de un mismo tejido e impiden el paso de agua y moléculas hidrosolubles entre ellas. En las células epiteliales, también funcionan para separar el líquido extracelular que rodea sus membranas apical y basolateral. ^{[ 1 ]} Estas uniones existen como una banda continua situada justo debajo de la superficie apical entre las membranas de las células epiteliales vecinas. Las uniones estrechas de las células adyacentes se alinean para formar un sello entre diferentes tejidos y cavidades corporales. Por ejemplo, la superficie apical de las células epiteliales gastrointestinales actúa como una barrera selectivamente permeable que separa el medio externo del cuerpo. ^{[ 3 ]} La permeabilidad de estas uniones depende de diversos factores, como la composición proteica de la unión, el tipo de tejido y la señalización celular. ^{[ 1 ]}

Las uniones estrechas están formadas por muchas proteínas diferentes. Las cuatro principales proteínas transmembrana son la ocludina , la claudina , las moléculas de adhesión de la unión (JAM) y las tricelulinas . Los dominios extracelulares de estas proteínas forman la barrera de la unión estrecha mediante interacciones homofílicas (entre proteínas del mismo tipo) y heterofílicas (entre diferentes tipos de proteínas) con los dominios proteicos de las células adyacentes. Sus dominios citoplasmáticos interactúan con el citoesqueleto celular para anclarlas. ^{[ 3 ]}

De los tres tipos de uniones de anclaje , solo dos participan en las interacciones célula-célula: las uniones adherentes y los desmosomas . Ambos se encuentran en muchos tipos de células. Las células epiteliales adyacentes están conectadas por uniones adherentes en sus membranas laterales. Se localizan justo debajo de las uniones estrechas. Su función es dar forma y tensión a las células y los tejidos, y también son el sitio de señalización célula-célula. Las uniones adherentes están formadas por moléculas de adhesión celular de la familia de las cadherinas . Existen más de 100 tipos de cadherinas, que corresponden a los diferentes tipos de células y tejidos con diversas necesidades de anclaje. Las más comunes son las cadherinas E, N y P. En las uniones adherentes de las células epiteliales, la cadherina E es la más abundante. ^{[ 1 ]}

Los desmosomas también proporcionan resistencia y durabilidad a las células y los tejidos, y se localizan justo debajo de las uniones adherentes. Son sitios de adhesión y no rodean la célula. Están formados por dos cadherinas especializadas: desmogleína y desmocolina . Estas proteínas poseen dominios extracelulares que interactúan entre sí en células adyacentes. En el lado citoplasmático, las plakinas forman placas que anclan los desmosomas a filamentos intermedios compuestos de proteínas de queratina. Los desmosomas también desempeñan un papel en la señalización intercelular. ^{[ 4 ]}

Las uniones comunicantes son el principal sitio de señalización o comunicación intercelular que permite la difusión de moléculas pequeñas entre células adyacentes. En los vertebrados , las uniones comunicantes están compuestas por proteínas transmembrana llamadas conexinas . Estas forman poros o canales hexagonales a través de los cuales pueden pasar iones, azúcares y otras moléculas pequeñas. Cada poro está formado por 12 moléculas de conexina; 6 forman un hemicanal en la membrana de una célula e interactúan con un hemicanal en la membrana de una célula adyacente. La permeabilidad de estas uniones está regulada por muchos factores, incluyendo el pH y la concentración de ^Ca²⁺ . ^{[ 1 ]}

Las proteínas receptoras en la superficie celular tienen la capacidad de unirse a moléculas de señalización específicas secretadas por otras células. La señalización celular permite que las células se comuniquen con células adyacentes, cercanas ( paracrina ) e incluso distantes ( endocrina ). Esta unión induce un cambio conformacional en el receptor que, a su vez, desencadena una respuesta en la célula correspondiente. Estas respuestas incluyen cambios en la expresión génica y alteraciones en la estructura del citoesqueleto . La cara extracelular de la membrana plasmática posee diversas proteínas , carbohidratos y lípidos que se proyectan hacia el exterior y actúan como señales. El contacto directo entre células permite que los receptores de una célula se unan a las pequeñas moléculas adheridas a la membrana plasmática de otra célula. En eucariotas, muchas células durante el desarrollo temprano se comunican mediante contacto directo. ^{[ 5 ]}

La señalización sináptica , parte integral de la actividad del sistema nervioso , se produce entre neuronas y células diana. Estas células diana pueden ser neuronas u otros tipos celulares (por ejemplo, células musculares o glandulares ). Las protocadherinas , pertenecientes a la familia de las cadherinas , median la adhesión de las neuronas a sus células diana en las sinapsis , también conocidas como uniones sinápticas. Para que se produzca la comunicación entre una neurona y su célula diana, una onda de despolarización recorre la longitud de la neurona y provoca la liberación de neurotransmisores en la unión sináptica. Estos neurotransmisores se unen a los receptores postsinápticos y los activan, transmitiendo así la señal a la célula diana. Por lo tanto, la membrana postsináptica es la que recibe la señal, mientras que la membrana presináptica es la fuente del neurotransmisor. En una unión neuromuscular , se forma una sinapsis entre una neurona motora y las fibras musculares . En los vertebrados , la acetilcolina liberada por la neurona motora actúa como un neurotransmisor que despolariza la fibra muscular y provoca la contracción muscular . La capacidad de una neurona para recibir e integrar señales simultáneas del entorno y de otras neuronas permite un comportamiento animal complejo . ^{[ 6 ]}

Las células vegetales están rodeadas por paredes celulares que actúan como barreras para la comunicación intercelular. Esta barrera se supera mediante uniones especializadas llamadas plasmodesmos . Son similares a las uniones comunicantes, ya que conectan el citosol de células adyacentes. Las moléculas pequeñas (<1000 Da), como iones, aminoácidos y azúcares, pueden difundirse libremente a través de los plasmodesmos. Estas moléculas incluyen moléculas de señalización y factores de transcripción . El tamaño del canal también está regulado para permitir el paso de moléculas de hasta 10 000 Da. La permeabilidad de estos canales depende de muchos factores, incluida la concentración de Ca²⁺. Un aumento en la concentración de Ca²⁺ citosólico limita reversiblemente el paso a través de los plasmodesmos. A diferencia de las uniones comunicantes, las membranas celulares de las células adyacentes se fusionan para formar un canal continuo llamado anillo. Además, dentro del canal, existe una extensión del retículo endoplasmático , llamada desmotúbulo , que se extiende entre las células. Las interacciones célula-célula facilitadas por los plasmodesmos desempeñan un papel importante en el desarrollo de las células y tejidos vegetales y en la defensa contra las infecciones virales. ^{[ 1 ]}

Los leucocitos o glóbulos blancos destruyen las células anormales y también brindan protección contra bacterias y otras sustancias extrañas. Estas interacciones son transitorias, pero cruciales como respuesta inmunitaria inmediata. Para combatir una infección, los leucocitos deben desplazarse desde la sangre hacia los tejidos afectados. Este desplazamiento hacia los tejidos se denomina extravasación . Requiere la formación y ruptura sucesivas de interacciones célula-célula entre los leucocitos y las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos. Estas interacciones célula-célula están mediadas principalmente por un grupo de moléculas de adhesión celular (CAM) llamadas selectinas. ^{[ 1 ]}

Las células T colaboradoras , fundamentales para el sistema inmunitario, interactúan con otros leucocitos liberando señales conocidas como citocinas , las cuales activan y estimulan la proliferación de células B y células T citotóxicas . Las células T colaboradoras también interactúan directamente con los macrófagos , células que fagocitan materia extraña y presentan antígenos en su superficie. Las células T colaboradoras que poseen los receptores adecuados pueden unirse a estos antígenos y proliferar, dando lugar a células T colaboradoras capaces de identificar los mismos antígenos. ^{[ 7 ]}

La coagulación sanguínea depende, además de la producción de fibrina , de las interacciones entre plaquetas . Cuando el endotelio o el revestimiento de un vaso sanguíneo se daña, el tejido conectivo, incluidas las fibras de colágeno, queda expuesto localmente. Inicialmente, las plaquetas se adhieren al tejido conectivo expuesto mediante receptores específicos de la superficie celular. A continuación, se produce la activación y agregación plaquetaria, en la que las plaquetas se adhieren firmemente y liberan sustancias químicas que reclutan plaquetas vecinas al lugar de la lesión vascular. Posteriormente, se forma una red de fibrina alrededor de esta agregación de plaquetas para aumentar la resistencia del coágulo. ^{[ 8 ]}

Las poblaciones bacterianas interactúan de manera similar a las células de los tejidos. Se comunican mediante interacciones físicas y moléculas de señalización como las lactonas de homoserina y los péptidos para controlar el metabolismo y regular el crecimiento. Un ejemplo común y una de las formas más estudiadas de interacción entre células bacterianas es el biofilm. Un biofilm es un agregado celular que puede adherirse a superficies biológicas o abióticas. Las bacterias forman biofilms para adaptarse a diversos entornos, como cambios en la disponibilidad de sustrato. Por ejemplo, la formación de biofilm aumenta la resistencia de una célula bacteriana a los antibióticos en comparación con las células que no forman parte del agregado. ^{[ 9 ]}

El cáncer puede ser consecuencia de la pérdida de la interacción célula-célula. En las células normales, el crecimiento está controlado por la inhibición por contacto, en la que el contacto con las células vecinas provoca una detención del crecimiento celular. Se cree que la inhibición por contacto está mediada por las cadherinas , proteínas que desempeñan un papel importante en la adhesión celular . Esta inhibición impide que las células se apilen unas sobre otras y formen montículos. Sin embargo, en las células cancerosas, donde se pierde la expresión de la E-cadherina, se pierde la inhibición por contacto, lo que da lugar a un crecimiento o proliferación descontrolada, la formación de tumores y la metástasis . ^{[ 10 ]}

Para que las bacterias patógenas invadan una célula, se requiere comunicación con la célula huésped. El primer paso para las bacterias invasoras suele ser la adhesión a las células huésped. Un anclaje fuerte, una característica que determina la virulencia , impide que las bacterias sean arrastradas antes de que se produzca la infección . Las células bacterianas pueden unirse a muchas estructuras de la superficie de la célula huésped, como glucolípidos y glucoproteínas, que actúan como receptores de adhesión. Una vez adheridas, las bacterias comienzan a interactuar con el huésped para alterar su funcionamiento normal y alterar o reorganizar su citoesqueleto. Las proteínas de la superficie bacteriana pueden interactuar con los receptores de proteínas del huésped, afectando así la transducción de señales dentro de la célula. Las alteraciones en la señalización son favorables para las bacterias porque proporcionan las condiciones bajo las cuales el patógeno puede invadir. Muchos patógenos poseen sistemas de secreción de tipo III que pueden inyectar directamente toxinas proteicas en las células huésped. Estas toxinas, en última instancia, provocan la reorganización del citoesqueleto y la entrada de las bacterias. ^{[ 11 ]}

Las interacciones célula-célula son altamente específicas y están estrictamente reguladas. Los defectos genéticos y la desregulación de estas interacciones pueden causar diversas enfermedades. La desregulación que conduce a la migración de leucocitos a tejidos sanos puede causar afecciones como el síndrome de dificultad respiratoria aguda y algunos tipos de artritis . ^{[ 12 ]} La enfermedad autoinmune pénfigo vulgar es consecuencia de autoanticuerpos contra la desmogleína y otras proteínas corporales normales. Los autoanticuerpos alteran la adhesión entre las células epiteliales. Esto provoca ampollas en la piel y las membranas mucosas. Las mutaciones en los genes de las conexinas causan ocho enfermedades humanas, incluidas malformaciones cardíacas y sordera neurosensorial. ^{[ 1 ]}