17.6: Cómo se mantienen unidas las células y cómo se comunican

Las proteínas y glicoproteínas en las superficies celulares juegan un papel importante en la forma en que las células interactúan con su entorno y con otras células. Algunas de las proteínas en el glicocáliz de las células adyacentes interactúan para formar uniones célula-célula, mientras que otras interactúan con proteínas extracelulares y carbohidratos para formar la matriz extracelular (ECM). Otros son parte de los sistemas receptores que unen hormonas y otras moléculas de señalización en la superficie celular, transportando información a la célula por transducción de señales.

A. Uniones celulares

Las uniones celulares cumplen diferentes funciones en células y tejidos. Las uniones celulares en células sanas sirven para unir las células firmemente, para dar integridad estructural a los tejidos y para permitir que las células en contacto entre sí pasen información química directamente entre ellas. Micrografías electrónicas e ilustraciones diferentes uniones celulares se muestran en la página siguiente.

• Las uniones estrechas (zonula occludens) son típicas en láminas de células epiteliales que recubren los lúmenes de los órganos (por ejemplo, intestinos, pulmones, etc.). Zonula se refiere al hecho de que estas estructuras forman una banda que rodea una célula entera, uniéndola a todas las células circundantes. Ocludens se refiere al sello 'hermético' o barrera de oclusión de uniones estrechas, que impide que los fluidos extracelulares crucen al otro lado de una lámina de células al pasar entre células. Las proteínas de membrana de unión estrecha (TJMP) crean la barrera impermeable entre las células.

• Los desmosomas (uniones adherentes) esencialmente pegan (adhieren) las células juntas, dando a los tejidos su fuerza. Los desmosomas de cinturón (zonula adherens) rodean células enteras, uniéndolas fuertemente a las células adyacentes. Los desmosomas puntuales (adherentes de mácula) actúan como remaches, uniendo células en 'puntos'. En ambos casos, las cadherinas cruzan las membranas celulares de las proteínas de la placa intracelular, abarcando el espacio intercelular para unir las membranas celulares adyacentes entre sí. Las placas están a su vez, conectadas a filamentos intermedios (queratina) del citoesqueleto, fortaleciendo aún más las uniones intercelulares y por lo tanto, la capa celular tisular.
• Las uniones de brecha, la tercera unión celular, no unen tanto físicamente a las células como permiten la comunicación química entre las células. Las estructuras de Connexon hechas de proteínas conexinas actúan como poros que se abren para permitir el movimiento directo de iones y pequeñas moléculas entre las células. Esta comunicación por movimiento iónico o molecular es bastante rápida, asegurando que todas las células en una lámina u otro tejido en un estado metabólico puedan responder entre sí y cambiar a otro estado simultáneamente. En las plantas, hemos visto los plasmodesmas que realizan funciones similares a las uniones gap de las células animales.

Estructura y función de la unión celular 310

Muchas proteínas del glicocáliz que interactúan para formar uniones entre las células son glicoproteínas. Generalmente, las proteínas que interactúan para unir las células entre sí se denominan moléculas I ntercelulares C ell A dhesion M (ICAM s). Estos incluyen selectinas. Durante la coagulación de la sangre, las selectinas de una plaqueta reconocen y se unen a receptores específicos en otras plaquetas, contribuyendo al coágulo. Las NCAM son otro tipo de ICAM, aquellos con dominios de inmunoglobulina azucarados que interactúan específicamente para permitir conexiones neuronales. Ya hemos visto las cadherinas dependientes de calcio involucradas en la formación de uniones adherentes (desmosomas). Estos son esencialmente el 'pegamento' que une las células entre sí para formar tejidos cohesivos fuertes y láminas de células.

Algunos ejemplos de proteínas de membrana que permiten el reconocimiento y la adhesión célula-célula se ilustran en la página siguiente.

311 Glicocáliz: Azúcares unidos covalentemente a proteínas de membrana plasmática

312 Funciones de la molécula de adhesión celular en el glicocáliz

B. Cáncer y uniones celulares

Durante la embriogénesis, las células migran desde un punto de origen uniéndose y moviéndose a lo largo de una matriz extracelular (ECM), que actúa como camino hacia el destino final de la célula. Esta ECM (o lámina basal) se compone de secreciones de otras células..., ¡o de las propias células migratorias! Una secreción importante es la fibronectina. Una de sus funciones es unirse a proteínas integrales de membrana llamadas integrinas, uniendo las células a la ECM. Durante el desarrollo, las integrinas responden a la fibronectina mediante la señalización de diferenciación celular y tisular, completa con la formación de uniones celulares apropiadas. Una secuencia ordenada de expresión génica y síntesis de proteínas de membrana permiten que las células en desarrollo se reconozcan entre sí como diferentes o iguales. Las influencias de las superficies celulares sobre la diferenciación tisular se resumen a continuación.

Una diferencia temprana entre las células eucariotas normales y cancerosas es cómo crecen en cultivo. Las células normales se depositan en el fondo de una placa de cultivo cuando se colocan en medio de crecimiento. Después crecen y se dividen, aumentando en número hasta llegar a la confluencia, cuando una sola capa de células cubre completamente el fondo de la placa. Las células en esta monocapa parecen 'saber' dejar de dividirse, como si hubieran completado la formación de un tejido, por ejemplo, una capa celular de células epiteliales. Este fenómeno, originalmente llamado inhibición por contacto, implica que las células se hacen saber entre sí cuando han terminado de formar un tejido y pueden dejar de ciclar y dividirse. Por el contrario, las células cancerosas no dejan de dividirse en la confluencia. En cambio, siguen creciendo y dividiéndose, acumulándose en múltiples capas.

Entre otras deficiencias, las células cancerosas no forman uniones gap y normalmente tienen menos cadherenos e integrinas en sus membranas. Por lo tanto, las células cancerosas no pueden informarse entre sí de cuándo alcanzan la confluencia. Tampoco pueden formar uniones adherentes firmes. In vivo, una escasez de integrinas inhibiría que las células cancerosas se unan y respondieran a la fibronectina. Por lo tanto, también tienen dificultades para unirse firmemente a una matriz extracelular, lo que puede explicar por qué muchos cánceres metastatizan, o se diseminan desde su sitio original de formación. Estas diferencias en el crecimiento en cultivo entre células normales y cancerosas se muestran a continuación.

313 Formación de un Glicocáliz, Desarrollo Normal y Cáncer

314 Papel de la Matriz Extracelular en la Migración y Desarrollo Celular