La interacción célula-célula se refiere a las interacciones directas entre las superficies celulares que desempeñan un papel crucial en el desarrollo y la función de los organismos multicelulares . Estas interacciones permiten que las células se comuniquen entre sí en respuesta a los cambios en su microambiente. Esta capacidad de enviar y recibir señales es esencial para la supervivencia de la célula. Las interacciones entre células pueden ser estables, como las que se realizan a través de las uniones celulares . Estas uniones están involucradas en la comunicación y organización de las células dentro de un tejido en particular. Otras son transitorias o temporales, como las que se dan entre las células del sistema inmunológico o las interacciones involucradas en la inflamación de los tejidos . Estos tipos de interacciones intercelulares se distinguen de otros tipos, como las que se dan entre las células y la matriz extracelular . La pérdida de comunicación entre células puede dar lugar a un crecimiento celular incontrolable y al cáncer .
Las interacciones estables entre células son necesarias para la adhesión celular dentro de un tejido y para controlar la forma y la función de las células. [1] Estas interacciones estables involucran uniones celulares , que son complejos multiproteicos que proporcionan contacto entre células vecinas. Las uniones celulares permiten la preservación y el funcionamiento adecuado de las láminas de células epiteliales . Estas uniones también son importantes en la organización de los tejidos, donde las células de un tipo solo pueden adherirse a células del mismo tejido en lugar de a células de un tejido diferente. [2]
Las uniones estrechas son complejos de múltiples proteínas que mantienen unidas a las células de un mismo tejido y evitan el movimiento de agua y moléculas solubles en agua entre las células. 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 ubicada justo debajo de la superficie apical entre las membranas de las células epiteliales vecinas. Las uniones estrechas en las células adyacentes se alinean de manera de producir un sello entre los diferentes tejidos y las cavidades corporales. Por ejemplo, la superficie apical de las células epiteliales gastrointestinales sirve como una barrera permeable selectiva que separa el entorno externo del cuerpo. [3] La permeabilidad de estas uniones depende de una variedad de factores, incluida la composición proteica de esa unión, el tipo de tejido y la señalización de las células. [1]
Las uniones estrechas están formadas por muchas proteínas diferentes. Las cuatro proteínas transmembrana principales son la ocludina , la claudina , las moléculas de adhesión de unión (JAM) y las tricelulinas . Los dominios extracelulares de estas proteínas forman la barrera de unión estrecha al realizar interacciones homofílicas (entre proteínas del mismo tipo) y heterófilas (entre diferentes tipos de proteínas) con los dominios proteicos de las células adyacentes. Sus dominios citoplasmáticos interactúan con el citoesqueleto celular para anclarlos. [3]
De los tres tipos de uniones de anclaje , solo dos están involucradas 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 encuentran justo debajo de las uniones estrechas. Su función es dar forma y tensión a las células y tejidos y también son el sitio de señalización célula-célula. Las uniones adherentes están hechas de moléculas de adhesión celular de la familia de las cadherinas . Hay más de 100 tipos de cadherinas, que corresponden a los muchos tipos diferentes de células y tejidos con diferentes 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 tejidos y se encuentran justo debajo de las uniones adherentes. Son sitios de adhesión y no rodean la célula. Están formados por dos cadherinas especializadas, la desmogleína y la desmocolina . Estas proteínas tienen dominios extracelulares que interactúan entre sí en las células adyacentes. En el lado citoplasmático, las plaquinas forman placas que anclan los desmosomas a filamentos intermedios compuestos de proteínas de queratina. Los desmosomas también desempeñan un papel en la señalización entre células. [4]
Las uniones en hendidura son el principal sitio de señalización o comunicación entre células que permite que pequeñas moléculas se difundan entre células adyacentes. En los vertebrados , las uniones en hendidura están compuestas por proteínas transmembrana llamadas conexinas . 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 una membrana celular e interactúan con un hemicanal en una membrana celular adyacente. La permeabilidad de estas uniones está regulada por muchos factores, incluidos el pH y la concentración de Ca 2+ . [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, células cercanas ( paracrinas ) e incluso células distantes ( endocrinas ). Esta unión induce un cambio conformacional en el receptor que, a su vez, provoca una respuesta en la célula correspondiente. Estas respuestas incluyen cambios en la expresión genética y alteraciones en la estructura del citoesqueleto . La cara extracelular de la membrana plasmática tiene una variedad de proteínas , carbohidratos y lípidos que se proyectan hacia afuera y actúan como señales. El contacto directo entre células permite que los receptores en una célula se unan a las pequeñas moléculas unidas a la membrana plasmática de diferentes células. En eucariotas, muchas de las células durante el desarrollo temprano se comunican a través del contacto directo. [5]
La señalización sináptica , una parte integral de la actividad del sistema nervioso , se produce entre las neuronas y las células diana. Estas células diana también pueden ser neuronas u otros tipos de células (es decir, células musculares o glandulares ). Las protocadherinas , un miembro de 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 hace que se liberen neurotransmisores en la unión sináptica. Estos neurotransmisores se unen y activan receptores en la neurona postsináptica, transmitiendo así la señal a la célula diana. Por tanto, una membrana postsináptica pertenece a la membrana que recibe la señal, mientras que una membrana presináptica es la fuente del neurotransmisor. En una unión neuromuscular , se forma una sinapsis entre una neurona motora y 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 de 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 son barreras para la comunicación entre células. Esta barrera es superada por uniones especializadas llamadas plasmodesmos . Son similares a las uniones gap, que conectan el citosol de las células adyacentes. Las moléculas pequeñas (<1000 Da), como iones, aminoácidos y azúcares, pueden difundir libremente a través de los plasmodesmos. Estas pequeñas moléculas incluyen moléculas de señalización y factores de transcripción . El tamaño del canal también está regulado para permitir moléculas de hasta 10.000 Da de tamaño. La permeabilidad de estos canales depende de muchos factores, incluida la concentración de Ca2+. Un aumento en la concentración de Ca2+ citosólico limitará reversiblemente el paso a través de los plasmodesmos. A diferencia de las uniones gap, las membranas celulares de las células adyacentes se fusionan para formar un canal continuo llamado anillo. Además, dentro del canal, hay una extensión del retículo endoplasmático , llamado desmotúbulo , que se extiende entre las células. Las interacciones célula-célula facilitadas por los plasmodesmos juegan un papel importante en el desarrollo de células y tejidos vegetales y en la defensa contra infecciones virales. [1]
Los leucocitos o glóbulos blancos destruyen las células anormales y también brindan protección contra bacterias y otras materias extrañas. Estas interacciones son de naturaleza transitoria, pero son cruciales como respuesta inmunitaria inmediata. Para combatir la infección, los leucocitos deben pasar de la sangre a los tejidos afectados. Este movimiento 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 inmunológico, interactúan con otros leucocitos liberando señales conocidas como citocinas que activan y estimulan la proliferación de células B y células T asesinas . Las células T colaboradoras también interactúan directamente con los macrófagos , células que engullen materia extraña y muestran antígenos en su superficie. Las células T colaboradoras que poseen los receptores apropiados pueden unirse a estos antígenos y proliferar, lo que da como resultado células T colaboradoras que tienen la capacidad 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 a través de receptores específicos de la superficie celular. A esto le sigue la activación y agregación plaquetaria, en la que las plaquetas se adhieren firmemente y liberan sustancias químicas que reclutan plaquetas vecinas al sitio de la lesión vascular. Luego se forma una red de fibrina alrededor de esta agregación de plaquetas para aumentar la fuerza del coágulo. [8]
Las poblaciones bacterianas interactúan de manera similar a las células de los tejidos. Se comunican a través de interacciones físicas y moléculas de señalización como las lactonas de homoserina y los péptidos como un medio para controlar el metabolismo y regular el crecimiento. Un ejemplo común y una de las formas más estudiadas de interacciones entre células bacterianas es la biopelícula. La biopelícula es un agregado celular que puede adherirse a superficies biológicas o abióticas. Las bacterias forman biopelículas para adaptarse a diversos entornos, como los cambios en la disponibilidad del sustrato. Por ejemplo, la formación de biopelículas 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 entre células. En las células normales, el crecimiento está controlado por la inhibición por contacto , en la que el contacto con las células vecinas provoca un retraso en el 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 evita que las células se amontonen unas sobre otras y formen montículos. Sin embargo, en las células cancerosas en las que se pierde la expresión de la E-cadherina, se pierde la inhibición por contacto y da como resultado un crecimiento o proliferación descontrolados, formación de tumores y metástasis . [10]
Para que las bacterias patógenas invadan una célula, se requiere la comunicación con la célula huésped. El primer paso para que las bacterias invadan es generalmente la adhesión a las células huésped. El fuerte anclaje, una característica que determina la virulencia , evita 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 los glicolípidos y las glicoproteínas, que sirven como receptores de unión. Una vez unidas, las bacterias comienzan a interactuar con el huésped para alterar su funcionamiento normal y alterar o reorganizar su citoesqueleto. Las proteínas de la superficie de las bacterias pueden interactuar con los receptores de proteínas del huésped, lo que afecta a la transducción de señales dentro de la célula. Las alteraciones de la señalización son favorables para las bacterias porque proporcionan las condiciones en las que el patógeno puede invadir. Muchos patógenos tienen sistemas de secreción de tipo III que pueden inyectar directamente toxinas proteicas en las células huésped. Estas toxinas conducen en última instancia a la reorganización del citoesqueleto y la entrada de las bacterias. [11]
Las interacciones entre células son muy específicas y están estrechamente reguladas. Los defectos genéticos y la desregulación de estas interacciones pueden causar muchas enfermedades diferentes. 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 el resultado de autoanticuerpos contra la desmogleína y otras proteínas corporales normales. Los autoanticuerpos alteran la adhesión entre las células epiteliales. Esto causa ampollas en la piel y las membranas mucosas. Las mutaciones en los genes de la conexina causan 8 enfermedades humanas, incluidas malformaciones cardíacas y sordera neurosensorial. [1]
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