La polaridad celular es una característica fundamental de muchos tipos de células . Las células epiteliales son un ejemplo de un tipo de célula polarizada, con dominios de membrana plasmática distintos "apical", "lateral" y "basal" . Las células epiteliales se conectan entre sí a través de sus membranas laterales para formar láminas epiteliales que recubren las cavidades y superficies en todo el cuerpo del animal. Cada dominio de la membrana plasmática tiene una composición de proteínas distinta, lo que les confiere propiedades distintas y permite el transporte direccional de moléculas a través de la hoja epitelial. No está claro cómo las células epiteliales generan y mantienen la polaridad, pero se ha descubierto que ciertas moléculas juegan un papel clave.
Hay una variedad de moléculas ubicadas en la membrana apical, pero solo unas pocas moléculas clave actúan como determinantes que se requieren para mantener la identidad de la membrana apical y, por lo tanto, la polaridad epitelial. Estas moléculas son las proteínas Cdc42 , proteína quinasa C atípica (aPKC), Par6 , Par3 / Bazooka / ASIP. [1] Migas, "polvo de estrellas" y proteínas en uniones estrechas (PATJ). Estas moléculas parecen formar dos complejos distintos: un complejo aPKC-Par3-Par6 "aPKC" (o "Par") que también interactúa con Cdc42; y un complejo "Crumbs" Crumbs-Stardust-PATJ. De estos dos complejos, el complejo aPKC es el más importante para la polaridad epitelial, siendo necesario incluso cuando el complejo Crumbs no lo es. Crumbs es la única proteína transmembrana en esta lista y el complejo Crumbs sirve como una señal apical para mantener el complejo aPKC apical durante cambios complejos de forma celular. [ cita requerida ]
Membranas basolaterales
En el contexto de la fisiología del túbulo renal , el término membrana basolateral o membrana serosa se refiere a la membrana celular que está orientada lejos del lumen del túbulo, mientras que el término membrana luminal o membrana apical se refiere a la membrana celular que está orientada hacia el lumen. . La función principal de esta membrana basolateral es absorber los productos de desecho metabólicos hacia la célula epitelial para su eliminación en la luz, donde se transporta fuera del cuerpo en forma de orina . Una función secundaria de la membrana basolateral es permitir el reciclaje de sustratos deseables, como la glucosa , que se han rescatado del lumen del túbulo para secretarse en los fluidos intersticiales . [2]
Las membranas basales y laterales comparten determinantes comunes, las proteínas LLGL1 , DLG1 y SCRIB . Todas estas tres proteínas se localizan en el dominio basolateral y son esenciales para la identidad basolateral y para la polaridad epitelial.
Mecanismos de polaridad
Aún no se comprende completamente cómo se polarizan las células epiteliales. Se han propuesto algunos principios clave para mantener la polaridad, pero los mecanismos detrás de estos principios aún no se han descubierto.
El primer principio es la retroalimentación positiva . En los modelos informáticos, una molécula que puede estar asociada a la membrana o citoplasmática puede polarizarse cuando su asociación con la membrana está sujeta a una retroalimentación positiva: esa localización de la membrana ocurre con más fuerza donde la molécula ya está más concentrada. En modelos similares, los investigadores han demostrado que las células epiteliales pueden autoensamblarse en un rico conjunto de formas biológicas robustas. [3] En la levadura saccharomyces cerevisiae , existe evidencia genética de que Cdc42 está sujeto a retroalimentación positiva de este tipo y puede polarizarse espontáneamente, incluso en ausencia de una señal externa. En la mosca de la fruta Drosophila melanogaster , Cdc42 es reclutado por el complejo aPKC y luego promueve la localización apical del complejo aPKC en un probable bucle de retroalimentación positiva. Por tanto, en ausencia de Cdc42 o del complejo aPKC, los determinantes apicales no se pueden mantener en la membrana apical y, en consecuencia, se pierde la identidad y polaridad apical.
El segundo principio es la segregación de los determinantes de polaridad. La clara distinción entre los dominios apical y basolateral se mantiene mediante un mecanismo activo que evita la mezcla. Se desconoce la naturaleza de este mecanismo, pero claramente depende de los determinantes de polaridad. En ausencia del complejo aPKC, los determinantes basolaterales se diseminan hacia el antiguo dominio apical. Por el contrario, en ausencia de Lgl, Dlg o Scrib, los determinantes apicales se extienden hacia el antiguo dominio basolateral. Así, los dos determinantes se comportan como si se repulsaran mutuamente.
El tercer principio es la exocitosis dirigida . Las proteínas de la membrana apical se transportan desde el Golgi a la membrana apical, en lugar de basolateral, porque los determinantes apicales sirven para identificar el destino correcto para la liberación de vesículas . Es probable que opere un mecanismo relacionado para las membranas basolaterales.
El cuarto principio es la modificación de lípidos. Un componente de la bicapa lipídica, fosfatidil inositol fosfato (PIP) puede fosforilarse para formar PIP 2 y PIP 3 . En algunas células epiteliales, PIP 2 está localizado apicalmente mientras que PIP 3 está localizado basolateralmente. En al menos una línea celular cultivada, la célula MDCK, este sistema es necesario para la polaridad epitelial. La relación entre este sistema y los determinantes de polaridad en los tejidos animales sigue sin estar clara.
Basal versus lateral
Dado que las membranas basales y laterales comparten los mismos determinantes, otro mecanismo debe marcar la diferencia entre los dos dominios. La forma de la celda y los contactos proporcionan el mecanismo probable. Las membranas laterales son el lugar de contacto entre las células epiteliales, mientras que las membranas basales conectan las células epiteliales con la membrana basal , una capa de matriz extracelular que se encuentra a lo largo de la superficie basal del epitelio. Ciertas moléculas, como las integrinas , se localizan específicamente en la membrana basal y forman conexiones con la matriz extracelular.
Forma de la célula epitelial
Las células epiteliales se presentan en una variedad de formas que se relacionan con su función en el desarrollo o fisiología. No se comprende bien cómo las células epiteliales adoptan formas particulares, pero debe implicar el control espacial del citoesqueleto de actina , que es fundamental para la forma celular en todas las células vegetales.
Cadherina epitelial
Todas las células epiteliales expresan la molécula de adhesión transmembrana E-cadherina , una cadherina que se localiza de manera más prominente en la unión entre las membranas apical y lateral. Los dominios extracelulares de las moléculas de E-cadherina de las células vecinas se unen entre sí mediante una interacción homotípica. Los dominios intracelulares de las moléculas de E-cadherina se unen al citoesqueleto de actina a través de las proteínas adaptadoras alfa-catenina y beta-catenina . [4] Por lo tanto, la E-cadherina forma uniones adherentes que conectan los citoesqueletos de actina de las células vecinas. Las uniones adherentes son las uniones portadoras de fuerza primarias entre las células epiteliales y son fundamentalmente importantes para mantener la forma de las células epiteliales y para los cambios dinámicos de forma durante el desarrollo del tejido. Se desconoce cómo se localiza la E-cadherina en el límite entre las membranas apical y lateral, pero las membranas polarizadas son esenciales para mantener la E-cadherina en las uniones adherentes.
Ver también
Referencias
Bruce Alberts; Alexander Johnson; Julian Lewis; Martin Raff; Keith Roberts; Peter Walter, eds. (2002). Biología molecular de la célula (4ª ed.). Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3.
- ^ Izumi Y, Hirose T, Tamai Y, Hirai S, Nagashima Y, Fujimoto T, Tabuse Y, Kemphues KJ, Ohno S (1998). "Una PKC atípica se asocia y colocaliza directamente en la unión estrecha epitelial con ASIP, un mamífero homólogo de la proteína de polaridad PAR-3 de Caenorhabditis elegans " . J Cell Biol . 143 (1): 95–106. doi : 10.1083 / jcb.143.1.95 . PMC 2132825 . PMID 9763423 .
- ^ Sekine T, Miyazaki H, Endou H (febrero de 2006). "Fisiología molecular de los transportadores de aniones orgánicos renales". Soy. J. Physiol. Renal Physiol . 290 (2): F251–61. doi : 10.1152 / ajprenal.00439.2004 . PMID 16403838 .
- ^ Nissen, Silas Boye; Rønhild, Steven; Trusina, Ala; Sneppen, Kim (27 de noviembre de 2018). "Herramienta teórica puenteando las polaridades celulares con el desarrollo de morfologías robustas" . eLife . 7 : e38407. doi : 10.7554 / eLife.38407 . Consultado el 20 de junio de 2019 .
- ^ Knudsen KA, Soler AP, Johnson KR, Wheelock MJ (julio de 1995). "Interacción de alfa-actinina con el complejo de adhesión célula-célula cadherina / catenina a través de alfa-catenina" . J. Cell Biol . 130 (1): 67–77. doi : 10.1083 / jcb.130.1.67 . PMC 2120515 . PMID 7790378 .