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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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EXTENSIÓN O PROTRUSIÓN(“leading edge”)
FORMACIÓN DE CONTACTOSCON LA ECM
CONTRACCIÓN CELULAR
DESENSAMBLE YLIBERACIÓN DE LOS SITIOS
DE CONTACTO
MIGRACIÓN CELULAR: Secuencia de etapas repetitivas
POLARIZACIÓN CELULAR
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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EXTENSIÓN O PROTRUSIÓN(“leading edge”)
FORMACIÓN DE CONTACTOSCON LA ECM
CONTRACCIÓN CELULAR
DESENSAMBLE YLIBERACIÓN DE LOS SITIOS
DE CONTACTO
MIGRACIÓN CELULAR: Secuencia de etapas repetitivas
POLARIZACIÓN CELULAR
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
DINÁMICA DEL CITOESQUELETO Y LA MEMBRANA PLASMÁTICA
Mol Cancer Ther 2005; 4 (5): 772-778
FIBRAS DE ESTRÉS (fibras de tensión)
DINÁMICA DEL CITOESQUELETO Y LA MEMBRANA PLASMÁTICA
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
EXTENSIÓN O PROTRUSIÓN(“leading edge”)
FORMACIÓN DE CONTACTOSCON LA ECM
CONTRACCIÓN CELULAR
DESENSAMBLE YLIBERACIÓN DE LOS SITIOS
DE CONTACTO
MIGRACIÓN CELULAR: Secuencia de etapas repetitivas
POLARIZACIÓN CELULAR
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
FORMACIÓN DE CONTACTOS CON LA ECM
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Complejos Focales
Complejos Macromoleculares Formados por lasIntegrinas
CONTACTOSFOCALES
Sitio deIniciación
ADHESIONESFOCALES
Madurez del complejo de adhesión
Filamentos de ActinaPaxilina
AdhesionesFocales
FORMACIÓN DE CONTACTOS CON LA ECM
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