Capitulo 7

C A P I T U L O 7

Interacciones entre las célulasy su entorno

7-1 El espacio extracelular

7-2 Adherencia de células a sustratos no celulares

7-3 Adherencia de células a otras células

La perspectiva humana: Papel de la adherencia celularen la inflamación y la metástasis

7-4 Uniones herméticas: sellado del espacio extracelular

7-5 Uniones de abertura y plasmodesmosomas: media-ción de la comunicación celular

7-6 Paredes celulares

La vía experimental: Papel de las uniones de aberturaen la comunicación intercelular

FIGURA 7-A. Fibroblasto de piel humana teñido y cultivado con anti-cuerpos contra fibronectina (mostrados en rojo). El núcleo está teñido concolorante azul que se enlaza a DNA. Se observa la fibronectina localizada enel citoplasma, donde se sintetiza, y en el espacio extracelular, donde aparecemás difusa. (Según Nancy Kedersha, Immunogen.)

Aunque la frontera entre una célula viviente y su entornono viviente es la membrana plasmática, los materiales

presentes por fuera de dicha membrana desempeñan unpapel muy importante en la vida de la célula. En un animalo planta multicelulares, la mayor parte de las células seorganizan en tejidos claramente definidos cuyas células com-ponentes mantienen una relación predecible entre sí y conlos materiales extracelulares situados entre las células. Auncélulas sin relación fija dentro de un tejido sólido, como losleucocitos de la sangre que viajan por todo el cuerpo, debeninteracruar de manera muy específica con otras células y losmateriales extracelulares con los cuales se ponen en contac-to. Estas interacciones regulan actividades tan diversas comomigración celular, crecimiento y diferenciación de la célula,y organización tridimensional de los tejidos y órganos queaparecen durante el desarrollo embrionario. Este capítulose refiere principalmente al entorno extracelular y las dife-rentes interacciones en las que participan las células.

7-1 El espacio extracelular

Desplazándose hacia afuera de la membrana plasmática sepueden examinar los elementos extracelulares que rodeanlos diferentes tipos de células. En capítulos previos se hizonotar que casi todas las proteínas integrales de membrana,y también los lípidos, poseen cadenas cortas de azúcares

239

240 CAPITULO 7 • Interacciones entre las células y su entorno

proyectadas hacia afuera de la membrana plasmática (fig.4-4). Estos carbohidratados forman parte de una capa íntima-mente aplicada sobre la superficie exterior de la membranaplasmática denominada glucocáliz (o cubierta celular) (fig.7-1, a). Además de los carbohidratos de la membrana, elglucocáliz por lo general contiene otros materiales extrace-lulares secretados por la célula hacia el espacio externo,donde permanecen íntimamente relacionados con la super-ficie celular. Este material extracelular es muy prominenteen algunos tipos de células, como las epiteliales que revis-ten el conducto digestivo de los mamíferos (fig. 7-1, b).Además de desempeñar un papel clave en las interaccionescélula-célula y célula-sustrato, el glucocáliz puede suminis-trar protección mecánica a la célula y servir como barreracontra las partículas que llegan hasta la membrana plasmá-tica.

GC

(a) 0.5 Jim

Muchos tipos de células contienen una matriz extrace-lular (MEC), red organizada de materiales extracelularesque se halla más lejos de la vecindad inmediata de la mem-brana plasmática. A veces, la matriz extracelular consta deuna mezcla amorfa mal definida de proteínas y polisacári-dos, como se puede observar en el espacio extracelular deltejido conectivo laxo, o puede tomar la forma de una estruc-tura distinta cuyo contorno puede observarse con el micros-copio de luz (fig. 7-2). La MEC es algo más que un materialpasivo protector inerte; puede desempeñar un papel claveen la morfología y actividades de la célula. Por ejemplo, ladigestión enzimátíca de la MEC que rodea células cultiva-das de cartílago o células epiteliales de la glándula mama-ria provoca notable disminución de la actividad secretoriay de síntesis de las células. Si se añade otra vez al cultivo elmaterial de la matriz extracelular se restablece e! estado dediferenciación celular y la capacidad para producir los pro-ductos habituales.

Una de las matrices extracelulares mejor definida es lamembrana basal (o lámina basal), capa engrosada de unos50 a 200 nm que rodea a las células musculares y adiposasy que cubre la superficie basal de tejidos epiteliales, como lapiel (fig. 7-3, a), el revestimiento interno de los conductosdigestivo y respiratorio, y de los vasos sanguíneos. Se pien-sa que la membrana basal puede participar en el manteni-miento de la polaridad de las células epiteliales; en definirla vía de migración celular; en separar tejidos adyacentes,ayudando así a compartamentalizar un órgano en desarro-llo, y en actuar como barrera al paso de las macromolécu-las. En esta última función, la membrana basal desempeñaun papel importante al evitar que las proteínas salgan de lasangre cuando fluyen a través de los poros de las paredes

(b)

FIGl'RA 7 - 1 El glucocáliz. a) Superficie basa] de una célulaectodérmica de un embrión de pollo en sus primeras etapas. Se pue-den distinguir dos estructuras distintas íntimamente aplicadas a lasuperficie externa de la célula; un glucocáliz interno (GC) y una lámi-na basal (LB) externa (o membrana basal). El glucocáliz incluye lasporciones carbohidrato de las proteínas y lípidos de la membrana, entanto que la membrana basal es una estructura extracelular organiza-da distinta de la membrana celular, b) Micrografía electrónica de lasuperficie apical de una célula epitelial del revestimiento del intesti-no que muestra el glucocáliz, que se ha teñido con la proteína ferritinaque contiene hierro, (a: Según A. Martinez-Paiomo, Int. Rev. Cytol.29:64, 1970; b: según S. Ito y D.W. Fawcett/Photo Researchers.)

FIGURA 7-2. Determinación experimental del espesor de la ma-triz extracelular. Cuando se desarrollan en cultivo células cartilagino-sas (condrocitos), producen una matriz extracelular cuyo contorno sepuede observar añadiendo una suspensión de pequeñas partículas,como eritrocitos fijos, como aquí se muestra. Lo extenso de la matrizextracelular que rodea a cada célula se puede medir por el espesor delespacio que queda sin penetrar por la partícula (cabeza de la flecha).La barra representa 10 /ím. (Cortesía de Greta M. Lee, Brian Johnstone,Ken Jacobson y Bruce Caterson.)

CAPITULO 7 241

FIGURA 7-3. La membrana basal (lámina basal). a) Gammagrafíaelectrónica de piel humana. La epidermis se ha separado de una partede la membrana basal, que se puede observar por debajo de las célulasepidérmicas, b) Una membrana basal de espesor poco común se formaentre los vasos sanguíneos del glomérulo y el extremo proximal de lostúbulos renales del riñon. Esta capa extracelular desempeña un papelimportante para filtrar el líquido expulsado de los capilares hacía elinterior de los túbulos renales durante la formación de orina. Lospuntos negros dentro de la membrana basal glomerular (MBG) sonpartículas de oro fijas en los anticuerpos enlazados a moléculas decolágena IV en la membrana basal (LC, luz capilar; P, podocito deltúbulo). La barra representa 0.5/ím. (a: Cortesía de K. Hollbrook; b: segúnMichael Desjardins y M. Bendayan, J. Cell Biol. 113:695, 1991; con auto-rización de Rockefeller University Press.)

capilares. Esto tiene particular importancia en el riñon, dondela sangre se filtra a través de la doble membrana basal quesepara los capilares del glomérulo de las paredes del túbulorenal (fig. 7-3, b). En la diabetes prolongada, la insuficien-cia renal puede producir engrasamiento anormal de la mem-brana basal que rodea al glomérulo. La membrana basaltambién sirve como barrera contra la invasión de tejidospor células cancerosas errantes.

Las matrices extracelulares más extensas se observanen tejidos conectivos como cartílago, hueso, tendones y el

estroma de Ja córnea. En estos tejidos, las células que secre-tan la MEC sólo equivalen a una fracción del volumen tisu-lar. La matriz extracelular, más bien que las propias células,es la que confiere a estos tejidos sus propiedades identifica-bles: dureza para la matriz ósea, resistencia y flexibilidadpara la matriz del cartílago, resistencia a la tensión para lamatriz del tendón y transparencia para la matriz del estro-ma corneal.

Aunque la matriz extracelular puede adoptar diferen-tes formas en diversos tejidos y organismos, los materialesque constituyen la MEC pertenecen a un número relativa-mente pequeño de familias moleculares; cada una de di-chas familias puede contener varias moléculas relacionadas.Iniciaremos aquí con una de las moléculas más importantesy ubicuas de la MEC, la glucoproteína colágena.

Colágena

Las colágenas son una familia de glucoproteínas fibrosasque forman parte exclusivamente de matrices extracelula-res a las que confieren sus propiedades funcionales. Se ob-servan en todo el reino animal y son notables por su altaresistencia a la tensión, que puede medirse como resistenciaa fuerzas de tracción. Las colágenas constituyen la proteínasimple más abundante en el cuerpo humano (más de 25%de toda la proteína), hecho que refleja la importancia yamplia distribución de las matrices extracelulares.

La colágena se produce principalmente en los fibro-blastos, células presentes en diferentes tipos de tejidos co-nectivos y en células epiteliales. Hasta ahora se han iden-tificado más de 15 tipos distintos de colágena, algunosdescritos en el cuadro 7-1. Cada tipo de colágena se restrin-ge a un sitio particular dentro del cuerpo, pero a menudohay dos o más diferentes tipos reunidos en la misma MEC.Aunque hay grandes diferencias entre los miembros de lafamilia de la colágena, todos comparten ciertas característi-cas estructurales importantes. Toda molécula de colágenaes un trímero que consta de tres cadenas de polipéptidosdenominadas cadenas a (fig. 2-33, a). Algunos tipos demoléculas de colágena contienen tres cadenas a idénticas,en tanto que otros son heterotrímeros que contienen dos otres cadenas diferentes. Por ejemplo, una molécula de colá-gena tipo I consta de dos cadenas al(I) y una cadena a2(II).Cuando menos en una parte de su longitud, las tres cadenasde polipéptidos que forman una molécula de colágena seenredan sobre sí mismas formando una triple hélice ca-racterística (estudiada en la página 57).

Numerosas colágenas, incluyendo los tipos I, II y III,se describen como colágenas fibrüares debido a que se en-samblan en fibrillas semejantes a cables, que a su vez seensamblan a fibras más gruesas, de ordinario lo bastantegrandes para observarlas con el microscopio de luz. En lafigura 2-33, b, se muestra el empaque lado a lado de las filasde moléculas de colágena I dentro de una fibrilla de coláge-na. Las moléculas individuales de colágena no se alinean almismo nivel en una fibrilla, sino que se escalonan más omenos a la altura de la cuarta parte de la longitud de susvecinas. Esta disposición escalonada de las moléculas com-ponentes incrementa la resistencia mecánica del complejo y

242 CAPITULO 7 • interneciones entre ¡as células y sw entorno

Tipo

CUADRO 7-1. Tipos de colágena

Cadenas Estructura Localizarían

IIIIIIIV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

al(I), a2{I)

al(II)

Cfl(IIl)

al (IV), a2(IV)

al(V), a2(V), o3(V)

al(VI), a2(VI), a3{VI)

«l(VII)

al (VIII)

al(IX), a2(IX), a3(IX)

al(X)

trl(XI), a2(XI), a3(XI)

al (XII)

Fibrilar

Fibrilar

Fibrilar

No fibrilar

Fibrilar

Fibrilar

No fibrilar

??

?

Fibrilar?

Piel, tendón, hueso, etc.

Cartílago, humor vitreo

Piel, músculo, etc.

Todas las membranas básales

La mayor parte de los tejidos intersticiales

La mayor parte de los tejidos intersticiales

Fijación de fibrillas

Algunas células endoteliales

Cartílago

Cartílago hipertrófico y en etapa de mineralización

Cartílago

Piel, tendón

Según K. Kuhn, en R. Mayne y R.E. Burgeson, eds. Stmcture and Function o/Collagen Types, AcademicPress, 1987, p. 2.

produce los patrones de banda característicos de las fibri-llas de colágena (fig. 2-33, c). Las fibrillas aumentan todavíamás su resistencia mediante uniones covalentes transversa-les formadas entre lisina e hidroxilisina de moléculas adya-centes de colágena. Cuando se rompen estos enlaces inter-moleculares cruzados, como a veces ocurre en animales queingieren /3-aminopropionitrilo, una sustancia tóxica presen-te en semillas de chícharos dulces, el tejido conectivo puededebilitarse mucho.

Entre los diferentes componentes de la MEC, las molé-culas de colágena proporcionan el armazón insoluole quedetermina muchas de las propiedades mecánicas de la ma-triz. En realidad, las propiedades de un tejido particularcon frecuencia se pueden correlacionar con la organizacióntridimensional de sus moléculas de colágena. Por ejemplo,los tendones, que conectan los músculos a los huesos, de-ben resistir tremendas fuerzas de tracción durante los mo-mentos de la contracción muscular. Los tendones contienenuna MEC en que las fibras de colágena se alinean paralelasal'eje mayor del tendón, y por lo tanto paralelas a la direc-ción de las fuerzas de tracción. La córnea también es untejido notable; debe servir como capa protectora durable enla superficie del globo ocular, pero también ser transparen-te para permitir el paso de la luz a través del cristalino endirección a la retina. La gruesa capa media de la córnea esel estroma, que contiene fibrillas de colágena relativamentecortas organizadas en distintas capas. La estructura en ca-pas del estroma es similar a la corteza de un árbol; las fibri-llas de cada capa son paralelas a las otras fibrillas de lamisma capa, pero perpendiculares a las fibrillas de las ca-pas situadas en ambos lados (fig. 7-4). Esta estructura pare-cida a la corteza de un árbol suministra resistencia a estedelicado tejido, en tanto que la uniformidad de tamaño y ladisposición de las fibras favorece la transparencia del te-jido.

No todas las colágenas forman fibrillas. Una de las co-lágenas no fibrilares es el tipo IV, cuya distribución se res-tringe a las membranas básales (pág. 240). Las membranasbásales son láminas de apoyo muy delgadas y las molécu-

las de colágena tipo IV se organizan formando una red apla-nada que sirve como estructura para el depósito de otrosmateriales extracelulares. A diferencia de la colágena I, queconsta de una triple hélice larga ininterrumpida, los trímerosde la colágena IV contienen segmentos no helicoidales in-terpuestos a lo largo de la molécula y de los dominios glo-bulares en cada extremo. Los segmentos no helicoidalesconfieren a la molécula flexibilidad, en tanto que los extre-mos globulares sirven como sitios de interacción entre mo-léculas que dan al complejo su carácter tipo reticular (fig.7-5).

Proteoglicanos

Además de la colágena, las matrices extracelulares típica-mente contienen una gran cantidad de un tipo distintivo de

1 pm

FKÍURA 7-4. Estroma corneal. Consta principalmente de capas defibras de colágena en las cuales las moléculas de capas alternas sedisponen en ángulos rectos entre sí, lo que recuerda la estructura dela madera laminada (triplay). (Cortesía de M. Takus.)

CAPITULO 7 • Interacciones entre !as células y su entorno 243

50 nm

FIGURA 7-5. Red de colágena tipo IV de la membrana basal.Mkrografía electrónica de una membrana basal del tejido amníóticohumano extraído mediante una serie de soluciones salinas para elimi-nar los materiales no colagenosos. El tratamiento deja una red poligo-nal muy ramificada de fibras que forman una estructura irregular. Laspruebas indican que esta estructura consta de moléculas de colágenatipo IV entrelazadas en disposición tridimensional compleja. En lafigura 7-11 se muestra un modelo del armazón de la membrana basal.(Según Peter D. Yurchenco y George C. Rubén,}. Cell Biol. 105:2561,1987;© por Tíw Rockefeller University Press.)

complejo proteinicopolisacárido denominado proteoglica-no. Un proteoglicano (fig. 7-6, a) consta de una moléculaproteínica central a la cual se unen cadenas de glucosamin-glicanos (GAG) (mostradas en rojo en la figura). Cada cade-na de glucosaminglicano se compone de un disacáridorepetitivo; o sea, posee una estructura A-B-A-B-A, donde Ay B representan dos azúcares diferentes. Los GAG son muyácidos debido a la presencia de grupos sulfato y carboxilounidos a los anillos de los azúcares (fig. 7-6, b).

El papel de la colágena y de los proteoglicanos en laestructura y función de la matriz extracelular se puede ilus-trar en el tejido cartilaginoso. El cartílago consta principal-mente de una matriz extracelular secretada por condrocitosvivientes que quedan aprisionados en sus propias secrecio-nes (fig. 7-7, a). Las moléculas de colágena forman fibrillasdistintas, en tanto que los proteoglicanos constituyen unmaterial amorfo a su alrededor que llena el espacio extrace-lular (fig. 7-7, b,c). Los proteoglicanos de la matriz cartilagi-nosa están ensamblados en un complejo gigantesco por launión de las proteínas centrales a una molécula de ácidohialurónico, un GAG no sulfatado (fig. 7-6, b). En la figura7-6, c, se muestra el aspecto microscópico de uno de estoscomplejos que puede ocupar un volumen equivalente a unacélula bacteriana.

Debido a las cargas negativas generadas sobre los GAG,los proteoglicanos pueden enlazarse a numerosos cationes,

que a su vez arrastran abundantes moléculas de agua. Comoresultado, los proteoglicanos forman un gel poroso hidrata-do que actúa como "material de empaque" para resistirfuerzas de compresión (aplastamiento). Esta propiedad com-plementa a la de las moléculas adyacentes de colágena queresisten fuerzas de tracción, y suministran un bastidor deapoyo para los proteoglicanos. En conjunto, colágenas yproteoglicanos suministran al cartílago, y a otras matricesextracelulares, fuerza y resistencia a la deformación. (Sepuede obtener una "sensación" de las propiedades mecáni-cas del cartílago comprimiéndose una oreja o el puente dela nariz.) La matriz extracelular del hueso también se com-pone de colágena y proteoglicanos, pero se endurece porimpregnación de sales de fosfato de calcio.

Una familia de proteoglicanos, los hepamn sulfato proteo-glicanos (HSPG), además de ser el principal componente dela MEC, también desempeñan algunas funciones en la su-perficie celular (fig. 7-8, a). Los miembros de esta familiaincluyen sindecanos, betaglicanos y el CD44. La proteínacentral de estos proteoglicanos rodea la membrana plasmá-tica, en tanto que los GAG se unen al dominio extracelularde la proteína (fig. 7-8, &). Se cree que el dominio citoplásmi-co de la proteína central interactúa con el citoesqueleto, yque el dominio extracelular (particularmente el GAG unidoa ese extremo de la proteína} interactúa con varias proteí-nas de la MEC. Además de fijar las células a la MEC, eldominio extracelular del HSPG puede enlazarse a una granvariedad de moléculas difusibles, incluyendo enzimas y fac-tores de crecimiento (fig. 7-8, b).

El HSPG es uno de los diferentes tipos de macromo-léculas que forman un puente entre los medios externo einterno de la célula. Como tal, esta molécula se encuentraen posición ideal para transmitir señales a través de la mem-brana plasmática. Dichas señales pueden influir en muchosaspectos de la conducta de la célula, incluyendo cambios enla morfología celular, motilidad, adherencia, crecimiento ydiferenciación de la célula. El papel de los receptores de lasuperficie celular para transmitir mensajes será exploradocon mayor detalle en la página 258 y en el capítulo 15.

Fibronectina, laminilla y otras proteínasde la MEC

El término "matriz" implica una estructura formada poruna red de elementos que interactúan. Este término es muyadecuado para la matriz extracelular, que además de colá-gena y proteoglicanos contiene varias proteínas que inte-ractúan entre sí con mucha precisión y de manera definida.La f ibronectina es una de las proteínas extracelulares mejorestudiadas y revela muchas de las características observa-das en la mayor parte de los componentes de otras matrices.Por ejemplo, la fibronectina, igual que otras proteínas de laMEC, contiene una cantidad de dominios distintos, cadauno con funciones particulares (fig. 7-9, a). Cada cadena depolipéptido que forma una molécula de fibronectina con-tiene:

1. Sitios de enlace para otros componentes de la MEC,incluyendo colágenas y glucosaminoglicanos específi-


Proteínacentral

Condroitiivsulfato

Queratan-sulfaío

(a)

Acidohialurónico p

o. H J o,

OH

Proteína centralCondroitin-

co°- sulfato

Hivi Y "H NHCOCH,

H OH

Queratan-CH?°H sulfato CH2oso3-

HO \. .... H J 0. ,0'H

H OH H NHCOCH,

(c)

?-':••••

0.5 p

flGURA 7-6. Estructura de un complejo proteoglicano. a) Representación esquemática de un proteoglicano simple que consta de unamolécula central de proteína a la cual se unen numerosas cadenas de glucosarninglicanos (GAG). Los proteoglicanos procedentes de una matrizcartilaginosa contienen cadenas de queratansulfato y de condroitinsulfato cuyas estructuras se muestran en la parte b. b) En la matriz delcartílago, los proteoglicanos están unidos a un GAG no sulfatado, llamado ácido hialurónico, para formar un complejo gigante. En esta figurase muestran las estructuras de los disacáridos repetitivos que constituyen cada uno de los GAG. Todos los GAG poseen numerosas cargasnegativas (indicadas por el sombreado azul), c) Micrografía electrónica de un complejo proteoglicano comparable al ilustrado en la parte b,aislado de la matriz del cartílago, (c: Cortesía de Laivrence C. Rosenberg.)

(b)

Fibrillas decolágena

(O

FIGURA 7-7. Estructura del cartílago, a) Micrografía electrónica de una sola célula cartilaginosa (condrocito) rodeada por la matriz ex-tracelular que secretan las células (N, núcleo; M, mitocondria; ER, retículo endoplásmico; V, vacuola citoplásmica; MV, vesícula extracelular;C, colágena), b) Micrografía de alta resolución que muestra la matriz extracelular. La matriz contiene delgadas fibrillas de colágena tipo II ypequeñas condensaciones electrónicamente densas de proteoglicanos. Los materiales más oscuros y de mayor tamaño son organelos vesicularesque presuntamente contienen materiales de la matriz extracelular. c) Diagrama esquemático de la organización aparente de la colágena y delproteoglicano de la matriz del cartílago. (a,b: Según Louis C. Gerstenfeld y William /. Landis, J. Cell Biol. 112:508-9, 1991; con permiso de RockefellerUniversity Press.)

CAPITULO 7 • Interacciones entre las células \j su entorno 245

Condroitin-sulfato

Citoplasma

Filamento de actina

(b)

FIGURA 7-8. Proteoglicanos que rodean la membrana, a) El sindecano, un proteoglicano que contiene beparansulfato, se localiza en lasuperficie celular de esta célula de Schwann, según lo revela la unión con anticuerpos antisindecano. b) Dibujo esquemático de una moléculasindecano compuesta de una proteína central que abraza a la membrana, en la cual se unen ei heparansulfato y los glucosaminglicanoscondroitinsulfato extracelulares. Se cree que el dominio citoplásmico de la molécula sindecano interactúa con microfilamentos que contienenactina, en tanto que los GAG extracelulares interactúan con ligandos específicos, como el factor de crecimiento de fibroblastos (FCF). (a: SegúnDavid ]. Carey y cois. }. Celi Biol. 124:169, 1994; con permiso de Rockefeller University Press.)

eos, que ayudan a unir estas diversas moléculas en unared estable interconectada.

2. Sitios de enlace para receptores situados sobre toda lasuperficie de la célula, que sirven para mantener unaunión estable entre la MEC y la célula (fig. 7-13).

Desde hace mucho tiempo se emplea fibronectina puri-ficada en cultivo de células para proporcionar a éstas unasuperficie donde adherirse y crecer.

La importancia de la fibronectina en la MEC es muyevidente cuando los tejidos participan en actividades diná-micas, como las observadas durante el desarrollo embrio-nario. El desarrollo se caracteriza por oleadas de migracióncelular que obligan a las células a seguir diferentes rutasde una a otra parte del embrión (fig. 7-10). Muchos estudiosindican que las fibrillas con fibronectina a menudo se si-túan en las vías que las células prefieren para desplazarseffig. 7-9, b). Por ejemplo, las células de la cresta neural, quese desplazan afuera del sistema nervioso en desarrollo ha-cia el interior de casi todas las partes del embrión (fig.7-10), atraviesan vías ricas en fibronectina. Estos movimien-tos celulares pueden inhibirse si se inyectan anticuerpos alembrión, que se enlazan a sitios de reconocimiento de lasmoléculas de fibronectina y los bloquean. La importanciade la fibronectina en el desplazamiento de las células de lacresta neural puede demostrarse fácilmente in vitro (fig.

7-9, c). No es sorprendente que los ratones que carecen deun gen funcional para fibronectina sean incapaces de so-brevivir después de las primeras etapas del desarrollo em-brionario.

Otra glucoproteína de la MEC es la laminina, cuyospolipéptidos, igual que los de fibronectina, contienen domi-nios distintos con sitios de enlace específicos. Además deenlazarse fuertemente a los receptores de la superficie celu-lar, la laminina se puede enlazar a otras moléculas de lami-nina, a heparansulfato proteoglicanos y a colágena tipo IV,un componente ubicuo de las membranas básales (pág. 242).Se cree que la laminina y las moléculas de colágena del tipoIV se entrelazan con una armazón porosa, como se muestraen la figura 7-11.

Además de su papel estructural, la laminina puede ac-tuar en la capacidad reguladora e influir en el potencial decrecimiento y diferenciación de la célula. La laminina hasido mejor estudiada en relación con su papel como guíadel trayecto de los axones conforme crecen fuera del siste-ma nervioso central durante el desarrollo embrionario. Lalaminina está presente a lo largo de muchas de estas vías enel embrión, y cuando aparece sobre la superficie de un cul-tivo de neuroblastos promueve activamente el desarrollodel axón. El posible papel de la laminina en la diseminaciónde las células cancerosas se estudia en La perspectiva huma-na, en la página 260.


RGD

Dominio Dominio Dominio Dominio Sitio Sitiopara el para el para el para el para el para el

enlace de enlace de enlace efe enlace de enlace de enlace deheparina colágena fibrina células heparina fibrina

(a) y fibrina

(C)

FIGURA 7-9. Estructura y función de la fibronectina. a) Una molécula de fibronectina humana consta de dos polipéptidos similares, perono idénticos, unidos por un par de enlaces disulfuro localizados cerca del C terminal. Cada polipéptido se pliega en algunos dominios es-tructuralmente distintos que también poseen propiedades funcionales distintas. Lo más importante es que cada dominio contiene uno o mássitios de enlace para componentes específicos de la matriz extracelular o para la superficie de otras células. Algunas de las actividades de enlacese indican por los letreros de los dominios. Se indica el sitio dentro de! dominio de enlace celular que contiene la secuencia (arg-gli-asp, o RGD).Según se analiza después en el capítulo, esta secuencia se enlaza específicamente a un tipo particular de proteínas integrales de la membranaplasmática (integrinas) que participan en la unión celular y en la transducción de señales, b) Corte a través de un embrión de pollo en etapatemprana tratado con anticuerpos fluorescentes contra fibronectina. La fibronectina se concentra en las membranas básales (sitios rojo oscuro)situadas por debajo del epitelio embrionario y suministran un sustrato sobre el cual migrarán las células, c) En esta micrografía, las células dela cresta neural emigran desde una porción del sistema nervioso de pollo en desarrollo (a la izquierda de la fotografía) a un plato de vidriode cultivo que contiene tiras de una superficie recubierta de fibronectina que alterna con tiras de vidrio descubiertas. La región revestida defibronectina está indicada por las líneas blancas. Es evidente que las células permanecen exclusivamente sobre las regiones cubiertas de fi-bronectina. Las células que llegan al sustrato de vidrio (flechas) tienden a redondearse y a perder su capacidad migratoria. La flecha indica ladirección de la migración, (b: Cortesía de ¡ames W. Lash; c: según Ciovanni Levi, Jean-Loup Ditband y ¡ean Paul Tliiery, Int. Rev. Cytol. 123:213, 1990.)

Entre otras proteínas de la MEC se incluyen tenascina,entactina y trombospondina. La tenascina es una glucopro-teína oligomérica grande que se observa principalmentesobre !a superficie de las células embrionarias y varias célu-las tumorales. A diferencia de la fibronectina, que promue-ve la adherencia celular, la tenascina parece que actúa prin-cipalmente como componente antiadherente (fíg. 7-2). Sinembargo, los ratones que se desarrollan sin copias de genesfuncionales para tenascina no parecen mostrar efectos pato-lógicos por la ausencia de la proteína. La entactina, compo-nente de la membrana basal donde se enlaza a la laminina,puede desempeñar un papel importante en la adherencia ypenetración del embrión primitivo de mamífero en el re-vestimiento del útero durante la implantación. Una granvariedad de células secretan trombospondina en la MEC, yes particularmente prominente en la matriz que rodea el

revestimiento de vasos sanguíneos maduros. En este sitio,la trombospondina parece inhibir la neoformación de vasossanguíneos (angiogénesis).

La combinación única de los diferentes componentes dela MEC contribuye a las características específicas de cadatipo de tejido. La mayor parte de los componentes de laMEC son grandes macromoléculas compuestas de subuni-dades con estructura modular y poseen sitios de enlace entresí. Por consiguiente, las interacciones entre los materiales dela MEC pueden ser muy complejas. Incluso algunas molécu-las pueden poseer sitios de enlace con actividades opuestas,por ejemplo, un sitio que promueve la adherencia celular yotro que la inhibe. En estos casos, la organización supramo-lecular de los diferentes componentes puede determinar enúltimo término el efecto sobre la conducta de la célula, efec-to dinámico que puede cambiar de un momento a otro.

CAPITULO 7 • Interacciones entre las células y su entorno 247

Células de lacresta neural

Célulaslinfoides

Células delprimordio germinal

(CPG)

FIGURA 7-10. Resumen de algunos desplazamientos celularesque ocurren durante el desarrollo de un mamífero. Los movimientosmás extensos son efectuados por las células de la cresta neural quemigran por fuera de la placa neural hacia la línea media dorsal delembrión y originan todas las células pigmentadas de la piel (P), losganglios simpáticos (SpG), la médula suprarrenal (AdM) y el cartílagodel cráneo embrionario (Mx, Md para los arcos maxilar y mandibu-lar). Las células del primordio germinal (CPG) migran desde el sacovitelino al sitio donde se forman las gónadas (G) dentro del embrión.Los progenitores de células linfoides se transportan al hígado (L),médula ósea (Mo), timo (Ti), ganglios linfáticos (GL) y bazo (Ba).(Nota: Las "vías" aquí mostradas conectan los puntos donde se origi-nan las células con su destino; no muestran con precisión la verdaderaruta de las células.) (Según Aaron A. Moscona y R.E. Hausman, en Celland Tissue Interactions, J.W. Lash y M.M.. Burger, eds., Raven Press,1977.)

7-2 Adherencia de célulasa sustratos no celulares

En el análisis previo hicimos notar que ciertos componentesde la MEC, incluyendo fibronectina, laminina y colágena,tienen capacidad para enlazarse a receptores situados sobrela superficie de la célula. El grupo más importante de recep-tores que fijan la célula a su microambiente extracelular sonlas integrinas.

Integrinas

Las integrinas son una superf amilia de proteínas integralesde membrana compuestas de cadenas de polipéptidos queabrazan toda la membrana, una cadena a y una cadena j$unidas mediante enlaces no covalentes (fig. 7-13). Cuandomenos se han identificado 15 diferentes subunidades a yocho diferentes subunidades /3. Teóricamente, pueden exis-tir más de 100 pares posibles de subunidades a y/3 en formade heterodímeros, aunque el verdadero número está bas-tante restringido. En la superficie de la célula sólo se hanidentificado unas 20 integrinas diferentes, cada una condistribución tisular específica predecible.

MC

7SCol-IV

Lm

FIGURA 7-11. Modelo de armazón de membrana basal. La dispo-sición de moléculas de colágena tipo IV del armazón de la membranabasal se muestra en la figura 7-5. Aquí también se incluyen otrasmoléculas que constituyen la membrana basal, principalmente laproteína laminina (Lm), indicada por moléculas engrosadas en formade cruz, y la entactina (En). (Según Peter D. Yurchenco, Yi-Shan Chengy Hoüy Colognato, J. Cell Biol. 117:1132, 1992; con permiso de RockefellerUniversity Press.)

Ambas subunidades de integrina, a y /?, poseen unagran porción extracelular donde se encuentran los sitios deenlace para ligandos específicos; un segmento corto, único,que rodea a la membrana, y un pequeño dominio citoplás-mico (40 a 50 aminoácidos de largo)1 que contiene sitios deenlace para componentes del citoesqueleto (fig. 7-18). Por lotanto, las integrinas tienen capacidad para enlazarse a sus-tancias en ambos lados de la membrana plasmática. Dehecho, el nombre "integrína" concuerda con el concepto deque estas proteínas pueden transmitir señales entre los com-partimientos extracelular e intracelular como una manerade "integrar" sucesos externos e internos. Este aspecto de lafunción de las integrinas se analiza con mayor detalle enla página 258.

En el cuadro 7-2 se presenta una lista de las integrinasconocidas y de los ligandos claves que se unen a ellas. Pues-to que las células individuales pueden expresar varias inte-grinas diferentes en su superficie, dichas células tienen capa-cidad de enlazarse a distintos componentes extracelulares.En muchos casos, una combinación de integrinas que reco-nocen diferentes dominios de un ligando extracelular pue-de ser la que determine el efecto de la MEC sobre la conduc-ta de la célula. Por ejemplo, las células situadas en la capainferior de la epidermis contienen las integrinas a^\, a^fii ya$\, las cuales pueden ayudar a unir estas células a compo-nentes de la membrana basal subyacente (cuadro 7-2). Laliberación de estas células de la membrana basal, requeridapara que se desplacen hacia la superficie de la piel, se corre-laciona con la pérdida de expresión de las tres integrinas.

La mayor parte de las proteínas extracelulares que seenlazan a las integrinas lo hacen debido a que contienen la

1 Una excepción a esta arquitectura molecular es la cadena /?4, quetiene unos 1 000 aminoácidos extra como parte de su dominio citoplás-mico. Esta enorme adición hace que las integrinas /?4 puedan exten-derse a mucha mayor profundidad dentro del citoplasma (fig. 7-18).

248 CAPITULO 7 * Interacciones entre ¡as células y su entorno

FIGURA 7-12. Experimento que demuestra la acción antiadheren-te de la tenascina. Antes de añadir las células, se aplicaron las proteí-nas fíbronectina y tenascina a la superficie del plato de cultivo, segúnse escriben sus respectivos nombres. Aunque las células permanecie-ron a baja densidad sobre el plato, se concentraron sobre las partesque contenían fibronectina evitando los sitios con tenascina, quepermanecen vacíos. (Según Ruth Chicjuet-Ehrismann, Curr. Opin. CellBiol. 3:802, 1991.)

RGDCOOH

Fibronectina

Sitios para launión de calcio

NH,

Cadena pesadade la subunidad a

s Cadena ligerade la subunidad a

IntracelularConexiones con el citoesqueleto

FIGURA 7-13. Estructura y funciones de las integrinas. Esquemade un heterodímero integrina tal como reside en la superficie de lascélulas. La masa de cada subunidad se localiza en el lado extracelularde la membrana. La subunidad b mostrada aquí contiene los sitios deenlace RGD que reconocen fibronectina y otros materiales extracelula-res. Los iones calcio, requeridos para la actividad de enlace de in-tegrinas, se unen a cuatro motivos enlazados a cationes sobre la sub-unidad a. Ambas subunidades atraviesan la bicapa de lípidos de lamembrana corno una sola hélice a.

secuencia de aminoácidos arginina-glicina-ácido aspártico(o, en la nomenclatura abreviada de aminoácidos, RGD}.Esta secuencia de tripéptidos se presenta en los sitios deenlace de la célula de fibronectina, laminina y colágena, yde otras proteínas extracelulares. En la figura 7-14 se mues-tra el dominio de enlace de la célula de fibronectina, con suasa que contiene RGD. El sitio de enlace de RGD sobre lamolécula de integrina se indica en la figura 7-13.

Como ya se mencionó, muchas células se adhieren fir-memente a un plato de cultivo recubierto con fibronectina.Si las células se añaden en presencia de un péptido sintéti-co que contiene la secuencia RGD, la célula ya no puedeunirse al plato de cultivo; el péptido sintético tiene capaci-dad para competir con éxito con las secuencias RGD de lasmoléculas de fibronectina por los sitios de enlace sobrelas integrinas de la superficie celular. Se estima que casi lamitad de todas las integrinas contienen sitios de enlace deRGD (como las mostradas en la columna de la izquierdadel cuadro 7-2). Por consiguiente, las proteínas extracelula-res específicas son capaces de enlazarse a varios miembrosdiferentes de la familia de las integrinas, y viceversa. Dadaesta redundancia y el hecho de que la afinidad de las inte-grinas por sus ligandos puede variar según condiciones loca-les, el tema de las interacciones integrina-ligando es com-plicado y todavía no comprendido en su totalidad. El enlacede todos los ligandos a las integrinas, sea por secuenciasRGD u otras secuencias, requiere la presencia de iones bi-valentes, ya sea Mg2+ o Ca2+. Los sitios de enlace paracationes bivalentes sobre la subunidad a se indican en lafigura 7-13.

El descubrimiento de la importancia de la secuenciaRGD en la actividad de la integrina planteó la posibilidadde nuevos tratamientos para padecimientos que afectan lasuperficie celular. La formación de un coágulo sanguíneo(trombo) en un vaso no dañado puede interrumpir el flujode sangre a través de órganos vitales y es una de las prin-cipales causas de ataque al corazón y accidente vascularcerebral. Uno de los primeros pasos en la formación de uncoágulo sanguíneo es la agregación de plaquetas, fragmen-tos celulares no nucleados que circulan en la sangre. Laagregación de plaquetas requiere la interacción de una inte-grina específica de plaquetas (anb/^a) con proteínas solublesde la sangre que contengan RGD, como el fibrinógeno y elfactor de von Willebrand, que actúan como uniones paramantener juntas a las plaquetas {fig. 7-15). Experimentoscon animales indican que péptidos sintéticos provistos deRGD pueden inhibir la coagulación de la sangre y son agen-tes antitrombóticos eficaces en el ser humano. Es evidenteque estos agentes deben administrarse con sumo cuidado,puesto que pueden interferir con muchos otros procesosmediados por integrinas. Esto puede ilustrarse con una fa-milia de toxinas presentes en el veneno de ciertas serpientesque contienen proteínas con secuencias RGD. Estas toxinasactúan al impedir el enlace a integrinas (por esa razón se lesdenomina desintegrinas).

Además de su papel en el enlace a materiales extracelu-lares y la transmisión de señales a través de la membranaplasmática, las integrinas también participan en la forma-ción de dos tiposde estructuras adherentes especializadas:adherencias focales y hemidesmosomas.


CUADRO 7-2. Clasificación de los receptores de integrina segúnel reconocimiento de las secuencias RGD

RGD reconocidas RGD no reconocidas

Receptor de integrina Ligandos clave Receptor de integrina Ligandos clave

«V01

«M02

«IIfc03

Fibronectina

Fibronectina

Fibronectina

Leishmania

Fibrinógeno

FibronectinaFactor von WillebrandVitronectinaFibrinógeno

FibronectinaFactor von WillebrandVitronectina

Vitronectina

Fibronectina

«201

«301

«401

«601

«M02

Colágena

ColágenaLa mi nina

ColágenaLa mi nina

FibronectinaMACV

Laminina

ICAM-1

ICAM-2

FibrinógenoICAM-1

FUENTE: S.E. D'Souza, M.H. Ginsberg y E.F. PIow, Trenas in Biochem. Sci. 16:249, 1991.

FIGURA 7-14. Uno de los módulos de una molécula de fibronec-tina que contiene el motivo RGD. Los tres aminoácidos (arg-gli-asp)que constituyen el motivo {mostrado en amarillo) sirven como sitio dereconocimiento común entre proteínas extracelulares en los recepto-res de enlace sobre la superficie celular. El motivo RGD se sitúa en elvértice de un asa del polipéptido, sobresaliendo del módulo. (SegúnAlisan L. Main y cois. Cell 71:674, Í992; con permiso de Cell Press.)

Adherencias focales y hemidesmosomas:fijación de células a su sustrato

Es mucho más fácil estudiar la interacción de las células conla parte inferior de un plato de cultivo que con una matrizextracelular de un animal. Por consiguiente, gran parte denuestro conocimiento en esta área se obtuvo del estudiode células que se adhieren in vitro a diferentes sustratos. Lasetapas que ocurren durante la fijación de una célula a lasuperficie del plato de cultivo se muestran en la figura 7-16.Al principio, la célula tiene forma esférica, como gene-ralmente ocurre en células suspendidas en medios acuosos.Una vez que la célula entra en contacto con el sustrato envíahacia afuera prolongaciones que forman uniones cada vezmás estables. Con el tiempo, las células se aplanan y extien-den sobre sí mismas hacia afuera del sustrato. La expansiónse acompaña de un cambio espectacular en la organizacióndel citoesqueleto, tal vez mediada por un mecanismo deseñales transmembrana que comunica el citoplasma con elmedio externo.

Cuando los fibroblastos o las células epiteliales se pro-pagan hacia la superficie inferior de un plato de cultivo, laparte de abajo de la célula no se comprime uniformementecontra el sustrato. En vez de ello, la membrana celular entraen estrecho contacto (casi 10 nm) con la superficie del platosólo en sitios discretos, dispersos, llamados contactos foca-les (o adherencias focales). En la región de contacto focal, lamembrana plasmática contiene grupos de integrinas (conmayor frecuencia a^?i) que conectan el material extracelu-lar que reviste el plato de cultivo con el sistema de microfi-lamentos del citoesqueleto que contiene actina (fig. 7-17).

250 CAPITULO 7 • Interacciones entre ¡as células y su entorno

Integrina

Sitio de lesión""

Pared delvaso sanguíneo

Plaqueta

Agregaciónde plaquetaFtbrmógeno

, Adherenci;de plaquet?

Receptor de plaquetas

FIGURA 7-15. Los coágulos sanguíneos se forman cuando las pla-quetas se adhieren entre sí a través de puentes de fibrinógeno en-lazados a las integrinas de las plaquetas. La presencia de péptidosRGD sintéticos puede inhibir la formación del coágulo sanguíneo alcompetir con las moléculas de fibrinógeno por los sitios de enlaceRGD sobre las integrinas.

La presencia de contactos focales guarda relación inversacon el movimiento de la célula sobre el sustrato; cuantomayor sea el numero de contactos focales, menos movibleserá la célula.

Los contactos focales son estructuras adherentes carac-terísticas de células cultivadas adheridas a la superficie delplato de cultivo. En el interior del cuerpo se observan unio-nes firmes entre células y la matriz celular a nivel de lasuperficie basal de las células epiteliales, donde se unen ala membrana basal subyacente mediante una estructuraadherente especializada denominada hemidesmosoma (fig.7-18). Los hemidesmosomas consisten en una placa densasituada en la superficie interna de la membrana plasmáticacon filamentos que corren al interior del citoplasma. A di-ferencia de los filamentos de los contactos focales, que con-tienen actina, los filamentos del hemidesmosoma son másgruesos y contienen queratina. Los filamentos que contie-nen queratina se clasifican como filamentos intermedios,que sirven principalmente para funciones de apoyo; se dis-tinguen de los microfilamentos más delgados que contie-nen actina y cuya función es contráctil (los dos tipos defilamentos se estudian con detalle en el capítulo 9). Los fi-

(a) 2.5 pm

'(b) 2.5 pm

2.5 pm

-̂ **r - - r̂ i»^p._- , __ "—** '-í-^jiTl" - \

2.5 pm

FIGURA 7-líJ. Pasos en el proceso de propagación celular. Gam-magrafía electrónica que muestra la morfología de los fibroblastos deratón en momentos sucesivos durante la unión y propagación sobreel cubreobjetos de vidrio. Las células se fijaron después de: a) 30minutos, b) 60 minutos, c) dos.horas y d) 24 horas de la unión. (Según/./. Rosen y LA. Culp, Exp. Cell Res. 107:141, 1977.)

CAPITULO 7 • Interacciones entre las células i/ su entorno 251

(a)

lamentos de queratina del contacto focal se unen a la ma-triz extracelular mediante integrinas que rodean a la mem-brana, incluyendo 0^4. La importancia de los hernidesmo-somas se puede apreciar en una rara enfermedad, el pénfigobullóse, en el cual se producen anticuerpos que se enlazana una proteína presente en estas estructuras adherentes.Las enfermedades causadas por anticuerpos dirigidos con-tra nuestros propios tejidos se denominan enfermedades au-toinmunitarias y son causa de una gran variedad de padeci-mientos. En casos de pénfigo hulloso, tos anticuerpos seenlazan a una proteína (antígeno penfigoide hulloso) locali-zada en las placas de los hemidesmosomas. Esto causa quela capa inferior de la epidermis se separe de la membra-na basal subyacente (y por lo tanto de la capa de tejidoconectivo de la dermis). El paso de líquido al espacio situa-do debajo de la epidermis provoca graves ampollas en lapiel.

7-3 Adherencia de célulasa otras células

2.5 yim

FIGLKA 7-17. Los contactos focales son sitios donde las célulasse adhieren a su sustrato, a) Este fibroblasto que se adhiere a unplato de cultivo revestido de fibronectina fue teñido con anticuerposfluorescentes para revelar la localizador de la integrina CL$I. Se ob-servó que la integrina se localiza en pequeñas placas que correspon-den a los sitios de contacto focal, b) Aquí se muestra la superficiecitoplásmica de un contacto focal en una célula cultivada de anfibioluego de procesar la superficie interna de la membrana por congela-miento rápido y "aguafuerte" profundo. Se observa que los haces dernicrofilamentos se asocian a la superficie interna de la membrana enla región de un contacto focal, (a: Según William G. Cárter, Elizabeth A.Wayner, load S. Bouchard y Pritinder Kaur, J. Cell Biol. 110:1389, 3990;b: según Steven ]. Samuelsson, Paul ]. Luther, David W. Pumpliii, Robertj. Bloch, J. Cell Biol. 122:487, 1993; ambos con permiso de RockefeUerUniversity Press.)

El examen de un delgado corte transversal que pase por losprincipales órganos revela una compleja arquitectura queimplica diversos tipos de células. La formación de estoscomplicados patrones celulares tridimensionales dentro delos órganos en desarrollo sin duda depende principalmentede interacciones de tipo selectivo entre células similares y nosimilares. Las pruebas indican que las células pueden re-conocer la superficie de otras células porque "saben" concuáles deben interactuar y a cuáles deben ignorar.

Es muy difícil estudiar las interacciones de adherenciaque ocurren en las partes microscópicas de órganos minús-culos conforme se desarrollan en el embrión. Los primerosintentos para aprender algo acerca de cómo las células sereconocen y adhieren entre sí se llevaron a cabo al eliminarun órgano en desarrollo de un embrión, disociando el tejidopara formar una suspensión de células únicas y determi-nando la capacidad de las células para reagruparse en cul-tivo. En experimentos donde se disociaron y mezclaron cé-lulas de dos órganos diferentes en desarrollo, inicialmentese aglutinaron para formar una masa mixta. Sin embargo,con el tiempo, la células se desplazaron dentro del agrega-do y se "autoclasificaron", de modo que cada célula sólo seadhiere a células de su mismo tipo (fig. 7-19).

Un método experimental diferente, ilustrado en la figu-ra 7-20, a, también demuestra que las células de preferenciatienden a adherirse a otras células de su mismo tipo. En esteestudio, células en suspensión marcadas con isótopos ra-diactivos se añadieron a un plato de cultivo cuya superficieestaba cubierta por una monocapa de células, y se permitióque las células marcadas se asentaran sobre la monocapadurante cierto tiempo; a continuación se lavó el plato paraliberarlo de células no adheridas y se midió la radiactividadproducida por las células adheridas al plato. En experimen-tos de este tipo, generalmente se observa que el número decélulas marcadas adheridas al plato es mucho mayor sílas células inmóviles de la monocapa son del mismo tipoque las células en suspensión comparadas con células de di-ferente tipo (fig. 7-20, b).


0.3 um

Filamentosintermedios

Placa

Citoplasma

Membranaplasmática

Espacioextracelular

(b)

Fibrillasde colágena

FIGURA 7-18. Los hemidesmosomas son sitios diferenciados de la superficie basal de las células epiteliales donde las células se fijan a lamembrana basal subyacente, a) Micrografía electrónica de varios hemidesmosomas mostrando la placa densa sobre la superficie interna dela membrana plasmática y los filamentos intermedios que se proyectan al interior del citoplasma, b) Diagrama que muestra los principalescomponentes de un hemidesmosoma. (a: Según Douglas E. Kelly, J. Cell Biol. 28:51, 1966; con permiso de Rockefeller University Press.)

Poco se sabía sobre la naturaleza de las moléculas quemedian la adherencia entre células hasta el desarrollo detécnicas para purificar proteínas integrales de membrana y,más recientemente, aislamiento y clonación de los genesque codifican estas proteínas. Hasta ahora se ha demostra-do que cuatro distintas familias de proteínas de membranamedian la adherencia de una célula a otra: 1) selectinas; 2)ciertos miembros de la superfamilia de inmunoglobulinas(IgSF); 3) ciertos miembros de la superfamilia de las integri-nas, y 4) cadherinas.

Selectinas

Durante e! decenio de 1960 se descubrió que los linfocitoseliminados de ganglios linfáticos periféricos, marcados conisótopos radiactivos e inyectados de nuevo al cuerpo, retor-naban a sus sitios de origen, fenómeno denominado "regre-so a casa de los linfocitos". Posteriormente se observó que elregreso a casa podía estudiarse in vitro al permitir que loslinfocitos se adhieran a cortes congelados de tejido linfoide.En estas condiciones experimentales los linfocitos se adhie-ren selectivamente al revestimiento endotelial de las vé-nulas (las venas más pequeñas) de los ganglios linfáticosperiféricos. La unión de linfocitos a vénulas podía impedirsecon anticuerpos que se enlazan a una glucoproteína especí-fica sobre la superficie del linfocito. Este receptor de linfoci-tos se denominó LEU-CAM1 y posteriormente selectma-L.

Las selectinas son una familia de glucoproteínas inte-grales de membrana que reconocen disposiciones específi-cas de grupos carbohidrato proyectados de la superficiede otras células y se unen a ellos. El nombre de este tipo dereceptor de la superficie celular se deriva de la palabra "lec-üna", término que describe un compuesto capaz de enlazarse

a grupos carbohidrato específicos. Las selectinas poseen unpequeño dominio cítoplásmico, un dominio simple que ro-dea a la membrana, y un gran segmento extracelular queconsta de algunos dominios separados, incluyendo el másexterno que actúa como lectina (fig. 7-21, a). Se conocen tresselectinas: selectina E, que se expresa en las células endote-liales; selectina P, expresada sobre plaquetas y células en-doteliales, y selectina L, que se expresa en todo tipo deleucocitos (glóbulos blancos de la sangre). Estas tres selecti-nas reconocen un grupo similar de cuatro azúcares (fig.7-21, a,b) presente en los extremos de ciertas cadenas decarbohidratos de glucoproteínas o glucolípidos. El enlacede selectinas a sus ligandos carbohidrato depende de calcio.Como grupo, las seíectinas median interacciones transito-rias entre leucocitos circulantes y la pared vascular en sitiosdonde hay inflamación y coagulación. El papel de la selec-tina P se analiza en La perspectiva humana: Papel de la adhe-rencia celular en la inflamación y la metástasis.

Inmunoglobulinas e integrinas

Una de las piedras angulares en el conocimiento de la res-puesta inmunológica (pág. 62) fue el descubrimiento, en losaños 1960, de la estructura molecular de los anticuerpos deorigen sanguíneo (IgG). Se observó que las moléculasde anticuerpos constan de una cadena de polipéptidos com-puesta de varios dominios similares. Cada dominio Ig, comose le llamó, se compone de 70 a 110 aminoácidos organizadosen una estructura firmemente plegada que se muestra enlas figuras 2-43 y 2-44. Con el tiempo, fue evidente que losdominios de tipo Ig se encuentran en gran variedad de pro-teínas que en conjunto constituyen la superfamilia de lasinmunoglubulinas, o IgSF. La mayor parte de los miem-

CAPÍTULO 7 • Interacciones entre las células y su entorno 253

Ectodermo+

mesodermo

100 pm

FIGURA 7-19. Demostración experimental del reconocimiento célula a célula. Los tejidos de los ÓTgembrionarios se pueden disociar en células únicas tratando brevemente el tejido con una enzima proteolíticao eliminando los iones calcio del medio en el cual se encuentra suspendido el tejido. Cuando se disocianCélulas de1 dOS tipos de órganos embrionarios y después se mezclan, las células de los dos órganos se agregany luego se "autoclasifican" por asociación con otras células del mismo tipo. AQUÍ se muestran Jp.s jgsyjíadpíde dos experimentos de este tipo, a) En este experimento se disociaron en células aisladas y luego se volvierona combinar las células de dos regiones del embrión temprano de un anfibio (ectodermo y mesodermo en etapade gástrula). Al principio las células forman un agregado mixto, pero con el tiempo se clasifican. Las célulasectodérmicas se desplazan hacia la superficie externa del agregado, sitio donde se localizan en el embrión,y las células mesodérmicas se desplazan al interior, posición que ocuparán en el embrión. A continuación,ambos tipos de células se diferencian en estructuras del tipo al que normalmente darían lugar, b) Micrografíacon microscopio de luz que muestra los resultados de un experimento en el cual se mezclaron célulasprecartilaginosas de un embrión de pollo con células del ventrículo cardiaco del mismo animal. Los dos tiposde células se han autoclasificado saliendo del agregado mixto; las células del corazón forman una capa enel lado externo de las células precartilaginosas. (a: Según P.L. Townes y Johannes Holtfreter, J. Exp. Zool. 128:53,1955; b: según Malcolm S. Steinberg, J. Exp. Zool. 173:411, 1970.)

(a)

Células aisladas marcadas

incubación •- Og^O OA' JLavado=£>

Capa celular

10 20 30 O 10 20 30 40 50

Minutos

(b)

FIGURA 7-20. Protocolo experimental para medir la adherencia de célula a célula, a) En este estudio se vierte sobre una capa de célulasuna suspensión de células marcadas con isótopos radiactivos. La tasa de adherencia se determina incubando las células a tiempos diferentes,lavando las células no adheridas y midiendo la radiactividad procedente de las células restantes unidas a la monocapa celular, b) Cinética dela adherencia de células a una monocapa del mismo tipo de células (línea roja) o a células de tipo diferente (línea azul). El experimento mostradocompara la interacción de células de teratoma de ratón y células de riñon de ratón en dos combinaciones recíprocas, (b: Según B.T. Walther, R.Ohman v S. Roseman, Proc. Nati. Acad. Sci. U.S.A. 70:1569, 1973.)


Qj Dominio estructural

O Dominio parecido a EGF

f~~1 Dominio parecido a lectina

Glucoproteína

(a)

FIGURA 7-21. Selectinas. Estas moléculas de adherencia celular reconocen muchos carbohidratos específicos en los extremos de cadenas deoligosacáridos, glucolípidos y glucoproteínas. a) Esquema de los tres tipos de selectinas y del carbohidrato ligando al cual se enlazan, b) Modelodel dominio selectina E de una lectina. Los residuos en amarillo son aquéllos cuya mutación disminuyó de manera significativa el enlace dela proteína con su ligando. El ligando (sLex) reconocido por la selectina E se muestra en color verde a un lado de la proteína, orientada comosi estuviera lista para enlazarse al dominio lectina de la proteína. Los grupos rojos del ligando indican las fracciones carbohidrato que soncruciales para el enlace de la selectina E; estas incluyen los grupos carboxilo del ácido siálico, dos grupos hidroxilo de galactosa y tres gruposhidroxilo de fructosa. La barra representa 10 A. (i»; Según David V. Erbe y cois. J. Cell Biol. 129:224, 1992, cortesía de Laurence A. Laskey; con permisode Rockefeller University Press.)

bros de las IgSF son proteínas integrales de membrana pre-sentes en la superficie de los linfocitos que participan endiferentes etapas de la función inmunológica. Algunas deestas proteinas integrales median la adherencia célula-célu-la independiente de calcio. En realidad, el descubrimiento dedominios semejantes a Ig en moléculas que participan en laadherencia celular en los invertebrados, animales que care-cen de un sistema inmunológico típico, sugiere que origi-nalmente las proteínas similares a Ig evolucionaron a partirde mediadores de la adherencia celular y sólo en formasecundaria adquirieron funciones como efectores del siste-ma inmunológico de los vertebrados.

La mayor parte de las moléculas IgSF de adherenciacelular median interacciones específicas de linfocitos concélulas (p. ej., macrófagos, otros linfocitos y células blanco)requeridas para la respuesta inmunológica. Sin embargo,algunos miembros IgSF, como moléculas de adherencia acélulas neurales (MACN) median la adherencia entre célu-las no inmunológicas, incluyendo células nerviosas y mus-

culares embrionarias. A partir del modelo de la moléculaMACN mostrado en la figura 7-22, es evidente que igualque fibronectina y muchas otras proteínas implicadas en laadherencia celular, las moléculas IgSF para la adherenciade células poseen una estructura modular constituida pordominios individuales compartidos con otras proteínas. Lasmoléculas de adherencia a células neurales participan endiferentes etapas del desarrollo del sistema nervioso, inclu-yendo agregación de células migrantes de la cresta neuralpara formar agregados que posteriormente se desarrollancomo ganglios simpáticos (fig. 7-10), interacción estrechaentre células nerviosas y células de sostén que las rodean, yen la formación de contactos sinápticos entre células ner-viosas y sus células específicas. Por ejemplo, si se inyectananticuerpos contra MACN en un embrión de pollo en desa-rrollo, se puede interrumpir cada uno de estos procesos.

Diferentes tipos de proteínas sirven como ligandos paralas moléculas IgSF de la superficie celular. Una proteí-na IgSF sobre una célula puede enlazarse a la misma proteína


COOHCitoplasma

Citoplasma

FIGURA 7-22. Moléculas de adherencia de células de la superfa-milia Ig. Representación esquemática de la adherencia de célula acélula resultante de interacciones específicas entre dominios Ig de dosmoléculas de adherencia a células neurales que se proyectan desde lasuperficie de células vecinas. Cada molécula de adherencia a célulasneurales contiene un pequeño dominio citoplásmico, un segmentotransmembrana, varios segmentos que recuerdan los segmentos repe-tidos observados en la fibronectina y seis dominios Ig situados en laporción N terminal de la molécula.

IgSF o a una diferente sobre otra célula. Por ejemplo, unamolécula MACN sobre una célula puede enlazarse al mis-mo tipo de MACN sobre otra célula (fig. 7-22). Según sedescribió antes, la mayor parte de las integrinas facilitan laadherencia de células con su sustrato, pero unas pocas inte-grinas median la adherencia de una célula con otra al enla-zarse a proteínas IgSF en células opuestas. Por ejemplo, laintegrina a$\n la superficie de los leucocitos se une ala molécula de adherencia a células vasculares (MACV),una proteína IgSF de la superficie de células endoteliales(fig. 7-28).

Cadlierinas

Las cadherinas son una familia de cuando menos 12 gluco-proteínas relacionadas que median la adherencia celulardependiente de Ca2+. Los miembros de la familia de lascadherinas se pueden distinguir entre sí por el tipo de célu-las en las cuales se presentan; los miembros mejor estudia-dos son: cadherina E (epitelial), cadherina N (neural) y

cadherina P (placentaria). Estas cadherinas contienen unsegmento extracelular relativamente grande que consta decuatro dominios, un segmento único transmembrana y undominio citoplásmico único. Las cadherinas se unen a célu-las similares entre sí y de manera preferencia! a la mismacadherina presente en la superficie de la célula vecina (fig.7-23). Esta propiedad de autoasociación se puede demos-trar en células manipuladas por ingeniería genética paraque expresen una variedad de las diferentes cadherinas, yluego mezclar las células en diferentes combinaciones. Cuan-do se efectúa este experimento, las células que expresanuna especie de cadherina se adhieren preferencialmente aotras células que expresan la misma cadherina. La capaci-dad de las cadherinas para mediar la adherencia de célulassemejantes puede explicar los resultados de los primerosestudios, como el que se muestra en la figura 7-19, en el cuallas células de agregados mixtos "se clasificaron" para for-mar agrupamientos de células de tipo similar. En realidad,las cadherinas pueden ser el factor aislado más importantepara mantener las células reunidas en tejidos firmementecohesivos.

El desarrollo embrionario se caracteriza por cambiosen la expresión del gen, en la forma de la célula, en la mo-tilidad celular, en la adherencia de células, y así sucesiva-mente. Las cadherinas desempeñan un papel clave en algu-nos de estos cambios. Por ejemplo, durante el desarrolloembrionario algunos sucesos morf ogenéticos implican cam-biar un grupo de células de un mesénquima (células laxas

Citoplasma

Citoplasma

FIGURA 7-23. Cadherinas y adherencia celular. Representaciónesquemática de dos células adheridas entre sí como resultado deinteracciones entre tipos similares de cadherinas proyectadas desde lamembrana plasmática de cada célula.


Ectodermo

EndodermoCélulas mesenquimatosas migratorias

(a)

Ectodermo

EndodermoSomita

{epitelio}

(W

Ectodermo

EndodermoCélulas procedentes

del mesénquima

85 pm

FIGURA 7-24. Cadherinas y la transformación epitelial mesen-quimatosa. a-c) Etapas en el desarrollo temprano de un embrión depollo, a) Durante la gastrulación, las células de la capa superior delembrión (epiblasto) emigran hacía un surco situado en el cenírodel embrión, una rosilla en el surco, y luego se desplazan lateralmenteen forma de células mesenquimatosas al espacio situado por debajodel epiblasto. b) Algunas de estas células mesenquimatosas se reúnenen bloques de células epiteliales para formar los somitas. c) En laúltima etapa del desarrollo, una parte de la pared de cada somita setransforma en célula mesenquimatosa que emigra hacia varios tejidosperiféricos, d) Sección sagital que pasa por un embrión de pollo a nivelde los somitas. La parte anterior del embrión se muestra a la izquierday la parte posterior a la derecha. El eje anteroposterior de un embriónde pollo funciona como línea del tiempo para el desarrollo; ciertossucesos ocurren primero por delante, como la formación de los distin-tos somitas, luego en regiones por detrás. En esta fotografía se muestrala localización de la cadherina N mediante inmunofluorescencia. Laformación de un somita, que se observa progresivamente desde laporción anterior hasta la posterior de un embrión, se correlaciona conla síntesis de cadherina N. (d: Según Kohei Hatta, Shin Tagaki, HajimeFujisawa y Masatashi Tákeichi, Dev. Biol. 120:218, 1987.)

principalmente no adhesivas) a un epitelio (capa celularorganizada fuertemente adherente), o viceversa. Esta tran-sición mesénquima-epitelio se ilustra por el movimiento de

células mesodérmicas durante la etapa de gastrulación. Encondiciones típicas las células se separan de una capacohesiva en la superficie de la gástrula primitiva y vagan enregiones interiores como células mesenquimatosas (fig.7-24, a). Después de algún tiempo, muchas de estas mismascélulas adquieren propiedades adherentes y se ensamblanen un epitelio como los somitas formados a lo largo de lalínea media dorsal del embrión (fig. 7-24, b). A continua-ción, en una etapa posterior, las células de ciertas partes delsomita pierden su adhesividad y comienzan una vez más avagar como mesénquima (fig. 7-24, c) en las extremidadesen desarrollo para formar músculo o cartílago, o abajo de laepidermis en desarrollo para formar tejidos dérmicos. Laagregación de células en un epitelio, como los somitas, secorrelaciona con la aparición de cadherina N sobre la super-ficie de las células (fig. 7-24, d), una propiedad que debepromover la adhesividad mutua entre las células. En con-traste, la dispersión de células a partir de un epitelio secorrelaciona con la desaparición de cadherina N (y la posi-ble aparición de integrinas que median la adherencia entreuna célula y su matriz extracelular).

La asociación de células en tejidos se acompaña de laformación de uniones especializadas célula-célula, dondelas cadherinas desempeñan un papel importante.

Uniones adherentes y desmosomas:fijación de una célula a otras células

Las células de ciertos tejidos, particularmente epitelios ymúsculo cardiaco, son notoriamente difíciles de separardebido a que se mantienen firmemente unidas entre sí poruniones adherentes especializadas. Hay dos tipos principalesde uniones adherentes: uniones adherentes y desmosomas.Además de estas uniones, las células epiteliales a menudocontienen otros tipos de uniones célula a célula localizadasa lo largo de su superficie lateral cerca de la luz apical (fig.7-25). Considerada en conjunto, esta especie de superficieespecializada se denomina complejo de unión intercelu-lar. En los siguientes párrafos se describe la estructura yfunción de las dos uniones adherentes del complejo, en tan-to que el análisis de los otros tipos de uniones epiteliales(uniones apretadas y uniones de abertura) se consideranmás adelante en este capítulo.

Las uniones adherentes (o zonula adherens] se observanen varios sitios del cuerpo. Son particularmente comunes enepitelios como el que reviste el intestino, donde adoptan laforma de un "cinturón" que rodea a cada célula cerca desu superficie apical, enlazándola a sus vecinas. Las mem-branas plasmáticas de una unión adherente están separadaspor un espacio de 20 a 35 nm, sitio donde se concentranmoléculas de cadherina (fig. 7-26, a). Estas células al parecerse mantienen juntas por uniones dependientes de calcioformadas entre los dominios extracelulares de moléculas decadherina que sirven de puente entre las brechas de célulasvecinas. El dominio citoplásmico de las moléculas decadherina de las uniones adherentes se une mediante miem-bros de una familia de proteínas citoplásmicas, denomina-das cateninas, con filamentos de actina del citoesqueleto (fig.7-26, b). Por lo tanto, igual que las integrinas de un contacto


Unión hermética

Unión adherente

FIGURA 7-25. Complejo de unión intercelular, a) Diagrama quemuestra el complejo de unión sobre las superficies laterales cerca dela luz de una sola célula de epitelio columnar. Consta de una uniónhermética (zonula ocludens), una unión adherente (zonula adherens) yun desmosoma (macula adherens). Otros desmosomas y las uniones deabertura se localizan más profundamente a lo largo de la superficielateral de las células. El epitelio se apoya sobre una membrana basal.b) Micrografía electrónica de un complejo de unión entre dos célulasepiteliales del intestino de ratón. TJ, unión hermética; AJ, unión ad-herente; D, desmosomas. (b: Según Eveline E. Schneeberger, Am. J.Physiol. 262:1648, 1992.)

0.1 /¡m


FIGURA 7-26. Estructura de la unión adherente. a) Modelo esquemático de la arquitectura molecular de una unión adherente. El dominiocitoplásmico de la molécula de cadherina se conecta con los filamentos de actina del citoesqueleto mediante enlaces formados por proteínas queincluyen las cateninas. b) Micrografía que muestra células epiteliales cultivadas en contacto entre sí para formar una lámina semejante a unepitelio. Las células se fijaron y reaccionaron con anticuerpos a cadherina E (fluorescencia roja) y con anticuerpos a una de las cateninas(fluorescencia verde), que son proteínas que unen la cola citoplásmica de las cadherinas con los filamentos de actina de! citoesqueleto. Enlas regiones donde ambos anticuerpos están teñidos las células se observan en color blanco. La imagen tridimensional se obtuvo inclinando lascélulas de modo que pueda observarse la membrana plasmática lateral. Los extremos apicales de las células están marcados por unionesadherentes donde las concentraciones de cadherina y catenina son más altas, (a; Según S. Tsukita y cois. Curr. Opin. Cell Biol. 4:837,1992; b: cortesíade Inke S. Nathke y ¡asan R. Swedlow.)

focal, las cadherinas de una unión adherente conectan elambiente externo con el citoesqueleto intracelular.

Los desmosomas (o maculae adherens) son uniones ad-herentes discoides (fig. 7-27, a) observadas en varios tejidos,pero más notablemente en epitelios, donde se presentan ensituación basal respecto de las uniones adherentes (fig. 7-25).Las membranas plasmáticas de un desmosoma están sepa-radas por 20 a 35 nm. La región entre las células (desmoglea)está llena con un material ligeramente teñido que se creeactúa como "pegamento" de colágena viscosa. Las placascitoplásmicas densas sobre la superficie interna de la mem-brana plasmática sirven como sitios de fijación para fila-mentos intermedios en asa (no microñlamentos, como enlas uniones adherentes) que se extienden al interior del cito-plasma (fig. 7-27, a,b). Estos filamentos intermedios abrazantoda la amplitud de la célula interconectando la superficieinterna de los desmosomas situados sobre lados opuestosde la célula. Los desmosomas son particularmente abun-dantes en tejidos sujetos a esfuerzo mecánico, como la piely el cuello uterino. La red de filamentos intermedios semejauna cuerda y suministra continuidad estructural y resisten-cia tensil a toda la capa de células.

Las membranas plasmáticas de un desmosoma con-tienen varios miembros de la familia de las cadherinas (des-mogleínas y desmocolinas), que se cree conectan el materialextracelular situado entre membranas plasmáticas en apo-sición con los filamentos intermedios de las placas citoplás-micas. La importancia de las cadherinas para mantener laintegridad estructural de un epitelio se ilustra por una en-fermedad autoinmunitaria (el pénfigo vulgar), en la cual seproducen anticuerpos contra una de las desmoglemas, lla-

mados antígeno del pénfigo vulgar. La enfermedad se caracte-riza por pérdida de la adherencia de célula a célula en laepidermis y la presencia de grandes ampollas sobre la piel.

Papel de los receptores de adherenciacelular en las señales transmembrana

En la figura 7-28 se presenta un resumen de muchos puntostratados en páginas previas de este capítulo. El esquemamuestra cada uno de los cuatro tipos de moléculas de adhe-rencia celular analizados en secciones previas y sus interac-ciones con los materiales extracelular y citoplásmico. Unode los papeles de las proteínas integrales de membrana estransmitir información a través de la membrana plasmáti-ca, proceso conocido como señales transmembrana. Aun-que este tema será explorado con detalle en el capítulo 15,podemos hacer notar que los cuatro tipos de receptores deadherencia celular ilustrados en la figura 7-28 tienen poten-cial para efectuar esta función. Por ejemplo, integrinas ycadherinas pueden transmitir información entre el medioextracelular y el citoplasma por su capacidad para formarenlaces con el citoesqueleto. La unión de una integrina consu ligando puede inducir varias respuestas dentro de unacélula, incluyendo cambios del pH citoplásmico, concentra-ción de Ca2+, fosforilación de proteínas y expresión degenes. Estos cambios, a su vez, pueden alterar el potencialde crecimiento celular, la actividad migratoria o el estado dediferenciación. La importancia de dichos receptores se pue-de ilustrar al desarrollar células epiteliales de glándulamamaria en ausencia de glucoproteínas extracelulares, como


Filamentosintermedios

Placa

Bicapa de lípidos

(W

0.1/*

FIGURA 7-27. Estructura de un desmosoma. a) Micrografía electrónica de un desmosoma de piel de salamandra, b) Modelo esquemático dela arquitectura molecular de un desmosoma. (a: Según Douglas E. Kelly. ]. Cell Biol. 28:51, 1966; con permiso de Rockefeller University Press.)

FIGURA 7-28. Revisión de las interacciones de la superficie celular. Semuestran cuatro tipos de interacciones de adherencia de célula a célula y dostipos de interacciones entre células y sustratos extracelulares.


L A P E R S P E C T I V A H U M A N A

Papel de la adherencia celular en la inflamación y la metástasis

La inflamación es una de las respues-tas primarias de los vertebrados a lainfección. Cuando alguna parte delcuerpo se contamina con bacterias,como puede ocurrir luego de una heri-da punzocortante en la piel, el sitio le-sionado se convierte en un imán paragran variedad de leucocitos; éstos nor-malmente permanecen en el torrentesanguíneo, pero ahora atraviesan lacapa endotelial y las membranas bása-les subyacentes que revisten las venasmás pequeñas (vénulas) de la región ypenetran al tejido. Una vez en el tejido,los leucocitos atacan a los microorga-nismos invasores e ingieren los desper-dicios. Aunque la inflamación es unarespuesta protectora, también produ-ce efectos colaterales negativos comofiebre, hinchazón por acumulación delíquido, enrojecimiento y dolor. Tam-bién puede desencadenarse una in-flamación inapropiada, como ocurrecuando se interrumpe el flujo de san-gre a un tejido luego de un ataque alcorazón o de un accidente vascularcerebral. Cuando se restablece el riegosanguíneo al órgano, una onda destruc-tiva recorre el tejido (proceso conocidocomo daño por reperfusión). Una res-puesta inflamatoria excesiva también

puede producir asma, síndrome dechoque tóxico y síndrome de sufrimien-to respiratorio. Gran parte de la inves-tigación se centra en preguntas comola siguiente: ¿cómo se reclutan leuco-citos en los sitios inflamados?; ¿por quédetienen su flujo a través de la corrien-te sanguínea y se adhieren a la paredde los vasos?; ¿cómo penetran en lasparedes de los vasos?; ¿cómo puedensuprimirse algunos efectos negativosde la inflamación sin interferir en losaspectos benéficos de la respuesta in-flamatoria? Las respuestas a pregun-tas acerca de la inflamación se han en-focado en tres tipos de moléculas parala adherencia celular: selectinas, inte-grinas y moléculas IgSF.

En la figura PH 7-1 se muestra unacadena de acontecimientos propuestospara explicar lo que ocurre durante lainflamación aguda. Una de las prime-ras etapas de la inflamación se presen-ta conforme las paredes de las vénulasresponden a los "llamados de ayuda"del tejido dañado cercano (paso 1, fig.PH 7-1). Las células endoteliales querevisten estas vénulas se vuelven másadhesivas para neutrófilos circulantes,un tipo de leucocito fagocitario queefectúa un ataque rápido e inespecífi-

co contra patógenos invasores. Estecambio de las propiedades de adheren-cia es mediado por el despliegue tran-sitorio de selectinas P sobre la superfi-cie de células endoteliales activadas enla región dañada (paso 2, fig. PH 7-1).Cuando los neutrófilos encuentran lasselectinas forman adherencias transi-torias que hacen lento su movimiento.En esta etapa se puede observar quelas células "ruedan" lentamente a lolargo de la pared del vaso. Algunascompañías de biotecnología están tra-tando de desarrollar fármacos antiin-flamatorios que actúen al impedir elenlace de ligandos a selectinas. Los an-ticuerpos antiselectina tienen capaci-dad para interrumpir el "rodamiento"de los neutrófilos sobre superficies re-vestidas de selectina P in vitro y supri-mir la inflamación en animales. Se debelograr un efecto bloqueador semejanteutilizando carbohidratos sintéticos queentren en competencia con ligandoscarbohidrato sobre la superficie de losneutrófilos.

Conforme los neutrófilos interac-túan con el endotelio de vénulas in-flamadas, un proceso de activación(desencadenado por un f osfolípido de-nominado factor activador de plaquetas,

Activaciónendotelial

Atrapamientode neutrófilos

OActivación

de neutrófilos

OAdherencia

de neutrófilos

OInvasión

de neutrófilos

- Factor activadorT - ICAM | - Selectina 0 de plaquetas - Integrina (no activada) \ íntegrina (activada)

FIGURA PH 7-1. Etapas en el desplazamiento de neutrófilos desde el torrente sanguíneo durante la inflamación. Estas etapas se describen enel texto.


producido por el endotelio) incremen-ta el enlace de integrinas ya situadassobre la superficie del neutrófilo (paso3, fig. PH 7-1). Las integrinas activadasse enlazan a moléculas IgSF (ICAM)*sobre la superficie de las células endo-teliales y causan que los neutrófilos de-tengan su rodamiento y se adhieranfirmemente a la pared del vaso (paso4, fig. PH 7-1). A continuación, los neu-trófilos unidos cambian su forma y sedeslizan a través de la capa endotelial(proceso denominado extravasación) alinterior del tejido dañado (paso 5, fig.PH 7-1). Esta cascada de sucesos, queimplica diferentes tipos de moléculaspara adherencia de células, garantizaque la unión de células sanguíneas a lapared vascular y su penetración sub-secuente sólo ocurra en sitios donde serequiera la presencia de leucocitos.

La importancia de las integrinas enla respuesta inflamatoria se demuestrapor una enfermedad rara denomina-da deficiencia de adherencia leucocitaria(DAL). Las personas con esta enfer-medad no producen la subunidad feque forma parte de algunas integrinasde leucocitos. En consecuencia, los leu-cocitos de estas personas no pueden ad-herirse a la capa endotelial de las vé-nulas, paso requerido para salir deltorrente sanguíneo. Estos pacientessufren frecuentes infecciones bacteria-nas que ponen en riesgo su existencia,y que a veces son mortales. El mejortratamiento de la enfermedad consisteen trasplante de medula ósea que su-ministra al paciente las cepas celularescapaces de formar leucocitos normales.La administración de anticuerpos con-tra la subunidad ̂ 2 puede simular losefectos de DAL al interrumpir el movi-miento de neutrófilos y de otros leuco-citos hacia afuera de los vasos sanguí-neos. Estos anticuerpos han mostradoutilidad en la prevención del daño por

* La presencia de moléculas ICAM se pue-de emplear como indicador de reacción in-flamatoria en evolución. Por ejemplo, la pre-sencia de ICAM-1 en la bilis de pacientes aquienes se ha practicado trasplante hepáticodemuestra rechazo del nuevo órgano.

reperfusión luego de un ataque car-diaco.

En el cáncer, las células escapan delos mecanismos normales del cuerpopara controlar el crecimiento y prolife-ran de manera irregular. Si las célulascancerosas permanecieran aisladas enuna sola masa, como ocurre en condi-ciones típicas, por ejemplo, el cáncer detiroides o algunos tipos de cáncer cu-táneo, la mayor parte de los tumorescancerosos serían fáciles de curar me-diante extirpación quirúrgica del teji-do enfermo. Sin embargo, casi todos lostumores malignos desprenden célulascapaces de salir de la masa tumoralprimaria, penetrar a la corriente san-guínea o los conductos linfáticos e ini-ciar el crecimiento de tumores secun-darios en otras partes del cuerpo. Lapropagación de un tumor dentro delcuerpo se llama metástasis y es la ra-zón de que el cáncer sea una enferme-dad tan devastadora. Se cree que lascélulas metastáticas (células cancero-sas capaces de formar tumores secun-darios) poseen propiedades especialesen la superficie celular no compartidascon la mayor parte de otras células deltumor. Las células metastáticas debenser menos adherentes que otras célu-las para "liberarse" de la masa tumo-ral; también deben poder atravesargran número de barreras, como pare-des vasculares o la membrana basalque rodea a los tejidos, y ademas tam-bién deben ser capaces de invadir teji-dos normales para formar colonias se-cundarías. Igual que los estudios deinflamación descritos antes, los inten-tos para entender las bases molecula-res de la metástasis se han enfocado enlas proteínas de la superficie celular quemedian la adherencia celular.

En la producción de metástasis seha implicado a cambios en el númeroy tipo de diferentes moléculas de ad-herencia celular, y por lo tanto a la ca-pacidad de las células para adherirse aotras células o matrices extracelulares.Por ejemplo, la presencia de recepto-res capaces de unirse a laminina se co-rrelaciona con la conducta metastáticadel cáncer mamario del ser humano yde las células de los melanomas: lascélulas que se adhieren con mayor avi-

dez a las superficies revestidas con la-minina muestran mayor potencial me-tastático cuando se inyectan a ratonesde laboratorio. Es de esperar que lapresencia de receptores a laminina ayu-de a las células cancerosas a penetrarmembranas básales ricas en laminina.La incubación de células de melanomacon fragmentos de laminina antes deinyectarlos, tratamiento que "amarra"a los receptores de la célula para lami-nina, reduce notablemente el númerode tumores desarrollados en los anima-les huésped. En contraste, las célulasmalignas con frecuencia contienen unpequeño número de receptores parafibronectina (como la integrina ct^/íi),propiedad que puede aumentar la ca-pacidad de las células para desplazar-se sobre su matriz extracelular. Cuan-do las células malignas se someten amanipulaciones de ingeniería genéti-ca para expresar concentraciones mu-cho más elevadas de integrinas a$\,disminuye mucho su capacidad paraproducir tumores en ratones.

Cambios en la concentración decadherina pueden suministrar otramedida del potencial metastático. Enuna investigación de células tumoralesepiteliales, cuanto mayor fue el nivelde expresión de cadherina E, menor elpotencial metastático de las células.Otros estudios sugieren que la pérdi-da progresiva de cadherinas de la su-perficie de las células cancerosas con-forme crecen en un tumor aumenta elnivel de malignidad de las células. Alparecer, la presencia de cadherina Efavorece la adherencia de las célulasentre sí, en tanto que la pérdida de estereceptor de la membrana favorece ladispersión de las células tumorales asitios distantes. En realidad, cuando seobliga a las células malignas a expre-sar copias extra del gen cadherina E,reducen mucho su capacidad de cau-sar tumores cuando se inyectan a ani-males huésped. Al juntar los resulta-dos de estos estudios se puede concluirque las moléculas para adherencia ce-lular desempeñan un papel importan-te en el avance de la enfermedad ma-ligna. Aun no se determina si dichasmoléculas pueden ser objetivos útilesen la terapéutica del cáncer.


fibronectina y laminina. Estas células muestran un aspectoaplanado, indiferenciado y producen leche con muy pocaproteína. Cuando se añade laminina al cultivo esta proteínase une a las integrinas situadas en la superficie de las célu-las, estimula una transformación de las células para dife-renciarlas en células mamarias e induce un incremento 50veces mayor en la producción de proteínas de la leche.

Inversamente, los cambios en el citoplasma puedengenerar señales transferibles al exterior a través de la mem-brana plasmática. Las demostraciones de señales "de aden-tro hacia afuera" provienen de estudios efectuados con in-tegrinas cuya conformación puede cambiar según el estadofisiológico de las células. Por ejemplo, las plaquetas de lasangre circulante normalmente no se unen a moléculas defibrinógeno en la sangre. Sin embargo, cuando se activan enun sitio de lesión vascular, las integrinas anbft situadasen la superficie de las plaquetas sufren un cambio de con-formación que aumenta su afinidad a fibrinógeno. Elenlacede fibrinógeno a integrinas activadas provoca agregación deplaquetas y taponamiento de la herida (fig. 7-15). La forma-ción de placas de colesterol en la pared de una arteria tam-bién puede activar plaquetas y conducir a la formación deun coágulo sanguíneo capaz de obstruir una arteria corona-ria y provocar ataque al corazón.

7-4 Uniones herméticas: selladodel espacio extracelular

Desde hace varios decenios los biólogos saben que cuandose colocan ciertos tipos de epitelio, como piel de rana opared de la vejiga urinaria, entre dos compartimientos quecontienen diferentes concentraciones de soluto, la difusiónde iones o solutos de un compartimiento al otro a través delepitelio es muy escasa. Dada la impermeabilidad de lasmembranas plasmáticas no es sorprendente que los solutosno puedan difundir libremente a través de las células deuna capa epitelial, pero ¿por qué estas sustancias no pue-den atravesar los espacios situados entre las células? Larazón se demostró en la época de 1960 a 1970, cuando sedescribieron contactos especializados denominados unio-nes herméticas, formadas entre células epiteliales vecinas.

Estas uniones ocurren en el extremo más alejado delborde apical de los complejos de unión entre células epite-liales adyacentes (fig. 7-25). La figura 7-29, a, es una micro-grafía electrónica de una sección efectuada a través de unaunión hermética perpendicular a las membranas de célulasadyacentes. Se observa que las membranas adyacentes ha-cen contacto en puntos discontinuos en vez de fusionarseen una superficie amplia. Como se indica en el modelo de lafigura 7-29, b, se cree que los puntos de contacto celularrepresentan sitios donde las proteínas integrales de dosmembranas adyacentes se encuentran en el espacio extrace-lular. Recientemente se purificó la proteína integral de lasuniones herméticas y se le denominó ocludina.

El análisis de fracturas por congelación, que permiteobservar la cara interna de la membrana, muestra que lasmembranas plasmáticas de la unión hermética contienenfibras interconectadas (fig. 7-29, c) que corren paralelas en-tre sí y con la superficie apical del epitelio. Las fibras (o

surcos en la cara opuesta de la membrana fracturada) co-rresponden a hileras de proteínas integrales de membranaalineadas que pueden observarse en sección transversal enlas figuras 7-29, a y b. Las hileras de proteínas de membranaforman una banda continua que rodea por completo la cé-lula como un empaque, haciendo contacto por todos ladoscon las células vecinas (fig. 7-29, d). En consecuencia, lasuniones herméticas son uniones ocluyentes; o sea, formanuna barrera continua de impermeabilidad que sella el espa-cio extracelular sobre uno de los lados del epitelio en rela-ción con el otro lado. Las uniones herméticas con gran nú-mero de fibras tienden a establecer un mejor sellado encomparación con las uniones de fibras escasas.

La capacidad de las uniones herméticas para impedir elpaso de moléculas entre las células se puede demostrarsumergiendo un pedazo de tejido en un material electróni-camente denso, como el metal pesado lantano. Cuando seexamina posteriormente el tejido en el microscopio electró-nico, se observa que el lantano penetra entre las célulaspero sólo hasta los bordes superior e inferior de las unionesherméticas (fig. 7-30).

Las uniones herméticas que unen las células endote-liales de los capilares cerebrales forman la barrera hematoen-cefálica, que impide el paso de sustancias de la corrientesanguínea al interior del tejido cerebral. La barrera hema-toencefáíica protege al cerebro de la penetración de solutos"indeseados", pero también evita el acceso de muchos fár-macos al sistema nervioso central. Por consiguiente, uno delos objetivos de la industria farmacéutica es desarrollar téc-nicas para "abrir" las uniones herméticas del cerebro y per-mitir el paso de agentes terapéuticos de peso molecularelevado.

Es digno de mencionar que algunos iones pequeños eincluso moléculas de agua no pueden penetrar ciertas unio-nes herméticas, pero en cambio las células del sistema in-munológico capaces de penetrar a los tejidos inflamados(página 260) pueden atravesar capas epiteliales a través deestas uniones. Se cree que estas células envían una señalque abre la unión, permitiéndoles el paso. Puesto que du-rante el paso de los leucocitos no disminuye la resistenciaeléctrica de la capa epitelial, se cree que las uniones hermé-ticas deben abrirse alrededor de los leucocitos y mantenerestrecho contacto con las células inmunológicas que las atra-viesan.

7-5 Uniones de aberturay plasmodesmosomas: mediaciónde la comunicación celular

Las uniones de abertura son sitios entre células animalesespecializadas para la comunicación intercelular. Las mi-crografías electrónicas revelan que estas uniones de abertu-ra son sitios donde las membranas plasmáticas de célulasadyacentes se ponen en estrecho contacto entre sí (a unadistancia aproximada de 3 nm), pero no entran en'contactodirecto. En vez de ello, la abertura entre las células es atra-vesada por "fibras" sumamente finas (fig, 7-31, a) que enrealidad son "cañerías" moleculares que pasan a través demembranas plasmáticas adyacentes y se abren en el cito-

Moléculas de soluto Moléculas de soluto

Proteínas demembrana—en la uniónhermética

Espaciointercelular

Bicapade lípidos

- * • * " * • *•* .•* JL.V

ífs

Citoplasma

Proteínas jtemembranaen la uniónhermética

Bicapade lípidos

Citoplasma

(b)


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FIGURA 7-29- Uniones herméticas, a) Micrografía electrónica deun corte a través de la región apical de dos células epiteliales adya-centes que muestra en qué sitio las membranas plasmáticas de las doscélulas se reúnen en puntos intermitentes en la unión hermética, b)Modelo de unión hermética que muestra los puntos intermitentes decontacto entre proteínas integrales de dos membranas en aposición.Cada uno de estos sitios de contacto se extiende en forma de unahilera de proteínas dentro de las membranas formando una barreraque bloquea la penetración de solutos en el espacio entre las células.c) Réplica de una fractura por congelación que muestra la cara E dela membrana plasmática de una de las células de una unión hermé-tica. Los surcos en ¡a cara E permanecen luego de tirar de las proteínasintegrales de membrana desde la mitad de la misma. Cada surcorepresenta una línea continua de contacto entre las células (que apa-recería como punto de contacto si la unión se hubiera cortado ensección transversal, como en la parte a), d) Gammagrafía electrónicade la superficie apical de un epitelio que muestra la naturaleza circu-lar de las uniones herméticas, (a: Cortesía de Daniel S. Friend; c: segúnPhüippa Claude y Daniel A, Goodenogh, ]. Cell Biol. 53:390, 1973; conpermiso de Rockefeller University Press; d: cortesía de D. Tarín.)

plasma de células vecinas (fig. 7-31, b). Las uniones de aber-tura unen células de casi todos los tejidos de mamíferos; lasprincipales excepciones son el músculo esquelético y lamayor parte del tejido nervioso.

En comparación con otras uniones intercelulares, lasuniones de abertura muestran una composición molecularsimple; consisten casi en su totalidad de una proteína inte-gral de membrana denominada conexina. Las conexínas seagrupan dentro de la membrana plasmática para formar un

complejo de múltiples subunidades denominado conexón,que rodea completamente la membrana (fig. 7-31, b). Cadaconexón se compone de seis subunidades de conexina dis-puestas alrededor de un agujero o anillo central de aproxi-madamente 1.5 nm de diámetro (fig. 7-31, c). Los conexonesson ensamblados en algún punto después que se sintetizanlos polipéptidos conexina en el retículo endoplásmico ru-goso, pero antes de llegar a la membrana plasmática (cap.8). Las conexinas son miembros de una familia multigéníca;


0.2/im

FIGURA 7-30. Las propiedades ocluyentes de una unión hermé-tica se revelan experimentalmente sumergiendo el tejido en una sus-pensión coloidal de un metal electrónicamente denso, el lantano,antes de fijación. Se observa que el lantano penetra entre las célulasde este tejido epitelial de rata, pero no atraviesa ía región de la uniónhermética. (Cortesía de Eveline E. Schneeberger.)

cuando menos se ha aislado una docena de conexinas dife-rentes procedentes de distintos tejidos y también se hanclonado sus genes. Algunas células sintetizan más de untipo de conexina, pero todavía no se ha demostrado demanera concluyente si un solo conexón puede contener másde un tipo de subunidad de conexina.

Durante la formación de las uniones de abertura, losconexones de membranas plasmáticas de células opuestasse unen entre sí a través de interacciones de los dominiosextracelulares de las subunidades de proteína. Una vez ali-neados, los conexones de células adyacentes forman cana-les completos que conectan el citoplasma de una célula conel citoplasma de su vecina. A veces los conexones se agru-pan en regiones específicas formando placas de uniones deabertura que se visualizan mejor en las réplicas de fracturaspor congelación (fig. 7-31, d).

Según se analiza en La vía experimental de este capítulo,las uniones de abertura son sitios de comunicación entre elcitoplasma de células adyacentes. La existencia de comuni-cación intercelular por uniones de abertura (CIUA) se ma-nifiesta por el paso de corrientes iónicas o de colorantes debajo peso molecular, como fluoresceína, desde una célula asus vecinas (fig. 7-32). Las uniones de abertura de mamífe-ros permiten la libre difusión de moléculas con peso molecu-lar aproximado a 1 000 daltons o menos. En contraste conlos canales iónicos altamente selectivos que conectan unacélula con el medio externo (pág. 145), los canales de lasuniones de abertura son notablemente no selectivos: si lamolécula es lo bastante pequeña, pasa a través de la cañe-ría.

Las uniones de abertura desempeñan un papel impor-tante en el paso de corrientes iónicas de una célula a susvecinas, como se ilustra por ondas de excitación que viajana través de los músculos cardiaco y liso. La contracción delcorazón de mamífero puede ser estimulada por un impulsoeléctrico generado en una pequeña región de tejido muscu-lar especializado llamado nodulo sinoauricular, que actúacomo marcapaso del corazón. Los impulsos se propagancon rapidez a través de las células que constituyen la pareddel corazón, pasando de cada célula muscular cardiaca alinterior de las células vecinas por medio de uniones de aber-tura que conectan las células. De igual manera, el flujo decorriente a través de las uniones de abertura que conectanlas células de músculo liso en la pared del esófago o delintestino genera ondas peristálticas coordinadas que sedesplazan lentamente en dirección caudal a lo largo de lapared.

El hecho de que las uniones de abertura puedan reunirgran número de células en íntimo contacto citoplásmicoconstituye en realidad un compartimiento gigantesco rela-cionado con moléculas de tamaño suficientemente peque-ño para pasar a través de los canales de comunicación. Seríade esperar que esta condición tuviese consecuencias fi-siológicas muy importantes, ya que algunas moléculas re-guladoras sumamente activas, como el AMP cíclico y otrossegundos mensajeros (cap. 15), son lo bastante pequeñaspara atravesar los canales de las uniones de abertura. Porconsiguiente, se puede concluir que las uniones de aberturaintegran las actividades de células individuales de los tejidosen una unidad funcional capaz de responder de manerasimultánea, aunque sólo una parte de las células se expon-gan al estímulo directo. Las uniones de abertura tambiénpermiten la cooperación metabólica entre las célulasporque comparten metabolitos clave, como ATP, azúcaresfosfato, aminoácidos y muchas coenzimas lo bastante pe-queñas para atravesar los conductos intercelulares.

Plasmodesmosomas

Las plantas carecen de uniones especializadas, como lasobservadas en tejidos animales, pero la mayor parte delas células vegetales se conectan entre sí por medio de plas-modesmosomas (fig. 7-33), Los plasmodesmosomas son con-ductos citoplásmicos cilindricos, de 30 a 60 nm de diámetro,extendidos directamente entre células adyacentes a través


0.15 pm

Citoplasma Partículas en la unión detura (conexones)

Espaciointercelular

Citoplasma Canal hidrófilo

Conexón

Subunidadde conexina

FIGURA 7-31. Estructura de la unión de abertura, a) Micrograh'aelectrónica de un corte a través de una unión de abertura perpendi-cular al plano de las dos membranas adyacentes. El aspecto en cuentasde rosario de las membranas se debe a hileras de partículas intramem-brana que sobresalen de la superficie de ambas membranas y hacencontacto en el espacio extracelular interpuesto, b) Modelo esquemáti-co de una unión de abertura que muestra la disposición de seissubunidades de conexina para formar un conexón, el cual contiene elconducto central que conecta el citoplasma de las dos células adya-centes, c) Imagen de alta resolución basada en difracción óptica deuna membrana aislada teñida en negativo que contiene una placade uniones de abertura (como se muestra en d). Se muestran las di-mensiones relativas del anillo y del conexón y el empacamientohexagonal de las unidades dentro de la placa, d) Réplica de fracturapor congelación de una placa de unión de abertura mostrando el gran

número de conexones y su alto grado de concentración, (a: SegúnCamilla Peracchia y Angela F. Dullhunty, J. Cell Biol. 70:419, 1976; conpermiso de Rockefeller University Press; c: cortesía de Daniel Goodenough;d: cortesía de David Albertini.)

de la pared celular interpuesta. Los plasmodesmosomasestán revestidos de una membrana plasmática y de ordina-rio contienen una varilla central densa, el desmotúbulo, deri-vado del retículo endoplásmico Uso de las dos células encontacto. Igual que las uniones de abertura entre células

animales, los plasmodesmosomas sirven como sitios de co-municación intercelular que unen a las células de un tejidovegetal para formar una unidad metabólica.

La vía de paso entre células vegetales adyacentes pre-sumiblemente se limita al estrecho espacio entre la superfí-


FIGURA 7-32. Resultados de un experimento que demuestra elpaso de solutos de bajo peso molecular a través de las uniones deabertura. Micrografía en campo oscuro que muestra el paso de fluo-resceína desde una célula en la cual fue inyectada (X) a las células quela rodean. (Según R. Azarnia y W.R. Loewenstein, J. Memb. Biol. 6:378,1971.)

cíe externa del desmotúbulo y la superficie interna de lamembrana plasmática. Estudios acerca del movimiento decolorantes inyectados desde una célula al interior de susvecinas sugiere que, igual que las uniones de abertura, losplasmodesmosomas normalmente son impermeables amoléculas mayores de unos 1 000 daltons. Sin embargo,infecciones por virus, como el virus del mosaico del tabaco,incrementan la permeabilidad de los plasmodesmosomas.Como resultado, las partículas virales intactas o sus ácidosnucleicos pueden pasar entre las células, propagando lainfección a través de la planta.

(a) 50 mm

V ^— Membranaplasmática

(b)

FIGURA 7-33. Plasmodesmosomas. a) Micrografía electrónica deun corte a través de un plasmodesmosoma del gametofito de unmusgo. Se observa el desmotúbulo, que consiste en una membra-na continua con el RE del citoplasma en ambos lados de la membranaplasmática, b) Dibujo esquemático de un plasmodesmosoma. (a: SegúnLewis G. Tilney, Toad J. Cooke, Patricia S. Conneüy y Man/ S. Tilney, ].Cell Biol. 112.740, 1992; con permiso de Rockefeller University Press.)

7-6 Paredes celulares

Como es de esperar, una membrana plasmática de lípidos yproteínas de unos 10 nm de espesor sólo ofrece protecciónmínima al contenido celular. Por lo tanto, no es sorprenden-te que las células sean estructuras sumamente frágiles. Lascélulas de casi todos los organismos diferentes de los ani-males están envueltas en una capa externa protectora: losprotozoarios tienen una cubierta externa engrosada, en tan-to que bacterias, hongos y plantas tiene paredes celularesdistinguibles. Restringiremos nuestro análisis a la paredcelular de las plantas.

La pared de las células vegetales desempeña numero-sas funciones vitales. Confiere a las células su forma carac-terística (fig. 7-34, a); suministra apoyo mecánico a ¡as célu-las y, consideradas en conjunto, a toda la planta; protege a

las células contra desgaste mecánico, ingreso osmótico deagua y de patógenos; media las interacciones de célula acélula; y actúa como barrera primaria a la penetración desustancias moleculares de gran tamaño, aunque permitecon rapidez el paso de moléculas pequeñas y de iones.Cuando se quita la pared celular de una célula vegetal cul-tivada tratándola con enzimas desdobladoras de la pared,como la celulasa, se libera la propia célula viviente denomi-nada protoplasto. Como es de esperar, los protoplastos sonsumamenete sensibles a cambios en su ambiente externo.En condiciones normales, las células vegetales están rodea-das de líquidos hipotónicos, lo que aumenta su volumenhasta presionar contra la pared celular y ejercer presión porturgencia (pág. 144). En contraste, si se colocan protoplas-tos en medios ligeramente hipotónicos, se hinchan y serompen.


100 nm

FIGURA 7-34. Pared de una célula vegetal, a) Micrografía electró-nica de una célula vegetal rodeada por su pared celular, b) Micrografíaelectrónica que muestra los enlaces transversales de microfibrillas decelulosa y de hemicelulosa en la pared celular de una cebolla luegode extraer los polímeros no fibrosos de la pectina. (a.: Cortesía de W.Cordón WJwley; b: según M.C. McCann, B. Wells y K. Roberts, J. Cell Sci.96:329, 1990, con permiso de lite Compcmy ofBiologists Ltd.)

Las paredes de las células vegetales a menudo se com-paran con materiales de construcción, como concreto refor-zado con fibra de vidrio, porque contienen un elementofibroso integrado en una matriz no fibrosa semejante a ungel. La celulosa, cuya estructura se describió en la página

45, proporciona el elemento fibroso de la pared celular. Lasmoléculas de celulosa se organizan en microfibrillas (fig.7-34, b), que confieren rigidez a la pared celular y suminis-tran resistencia contra fuerzas ténsiles (tirón). Cada microfi-brilla mide unos 10 nm de diámetro y se compone de un hazde 40 a 60 moléculas de celulosa orientadas paralelamente yunidas entre sí por puentes de hidrógeno. La pared celularestá compuesta de capas donde las microfibrillas de capasadyacentes casi siempre se orientan en forma perpendicu-lar entre sí (fig. 7-34, b), no muy diferente a la organizaciónde fibras de colágena en las capas del estroma corneal (fig.7-4).

Las moléculas de celulosa se ensamblan en la superficiecelular. Un complejo enzimático integrado a la membranaplasmática añade unidades de glucosa en el extremo de unamolécula de celulosa en crecimiento (fig. 7-35, a,b). La orien-tación de las microfibrillas en la superficie externa de lamembrana plasmática al parecer es determinada por la orien-tación de los microtúbulos corticales situados justo por de-bajo de la membrana plasmática (fig. 7-35, b). En contrastecon las microfibrillas de celulosa, los materiales de la matrizse sintetizan dentro del citoplasma (fig. 7-35, c) y se trans-portan a la superficie celular en vesículas secretorias.

La matriz de la pared celular se compone de tres tiposde macromoléculas:

1. Hemicelulosa, un polímero de la celulosa cuyos resi-duos de glucosa contienen cadenas laterales de otrosazúcares, principalmente xilosa (que constituye unxiloglucano). Las moléculas de hemicelulosa se unen ala superficie de las microfibrillas de celulosa enlazán-dolas transversalmente en una red estructural comple-ja (fig. 7-34, b).

2. Pectinas, que son una clase heterogénea de polisacári-dos con carga negativa que contienen ácido galacturó-nico. Igual que los glucosaminglicanos de las matricescelulares animales, las pectinas forman un extenso gelhidratado que llena los espacios situados entre elemen-tos fibrosos. Además, el gel que contiene pectina actúacomo una criba molecular que determina el tamaño delas moléculas que pueden penetrar a la pared y llegar ala membrana plasmática. Cuando algún patógeno ata-ca a una planta, los fragmentos de pectina liberados dela pared actúan para estimular una respuesta defensivade la célula vegetal. Las pectinas también constituyenla masa de la laminilla media, una capa que reside entreparedes celulares adyacentes y que sirve como cemen-to de unión. La pectina purificada se emplea comerciaí-mente para dar consistencia de gel a compotas y gela-tinas.

3. Proteínas estructurales, que desempeñan un papel im-portante para determinar la arquitectura de la paredcelular. Entre éstas se incluyen proteínas ricas en hi-droxiprolina, proteínas ricas en prolina y proteínas ri-cas en glicina.

El porcentaje de estos diferentes materiales en las paredescelulares es muy variable, y depende del tipo de planta,tipo de célula y etapa de la pared. Igual que las matricesextracelulares del tejido conectivo animal, las paredes de


las células vegetales son estructuras dinámicas que puedenmodificarse en respuesta a cambios de las condiciones am-bientales.

Las paredes celulares se originan en una placa celular(descrita en la figura 14-33) situada entre el citoplasma delas células hijas recién formadas. Una vez generada la placacelular se secretan materiales en el espacio extracelular,donde se adsorben a las dos superficies de la placa paraformar la pared celular, más compleja, de las células adya-centes. Además de suministrar apoyo mecánico y protec-ción contra agentes extraños, la pared celular de una célulavegetal joven no diferenciada debe tener capacidad paracrecer en igual proporción con la célula a la cual rodea. Lasparedes de células en crecimiento se denominan paredesprimarias, y permiten una distensibilidad de la cual care-cen las paredes secundarias más gruesas presentes alrede-dor de la mayor parte de células vegetales maduras. El cre-cimiento de las paredes primarias ocurre por introducciónde materiales en la estructura de una pared ya existente.Las paredes secundarias tienen mayor contenido de celulo-sa y, en muchos casos, más cantidad de lignina (polímeroque contiene fenol y es el principal componente de la ma-dera), prácticamente ausente en las paredes primarias. Porejemplo, las paredes de células xileno contienen gran canti-dad de lignina que suministra el apoyo estructural necesa-rio para la translocación de agua. La superficie externa delas paredes de células epidérmicas de las hojas contiene unasustancia cérea que evita la pérdida de agua y protege con-tra bacterias y hongos.

Microtúbulo

Citoplasma

(b)

FIGURA 7-35. Síntesis de los materiales de la pared de una célulavegetal, a) Réplica de fractura por congelación de la membrana de lacélula de una alga mostrando la cara P con un grupo de rosetas orga-nizadas en disposición hexagonal. Se cree que estas rosetas repre-sentan las enzimas sintetizadoras de celulosa situadas dentro de lamembrana plasmática, b) Modelo de la acumulación de fibrillas decelulosa. Se piensa que cada roseta forma una sola microfibrilla quese relaciona lateralemente con las microfibrillas de otras rosetas paraformar una fibra cada vez mayor. Toda la disposición de rosetaspuede desplazarse lateralemente en la membrana conforme va siendoempujada por las moléculas de celulosa que se alargan. Los estudiossugieren que ¡a dirección del movimiento de las rosetas de la mem-brana es determinada por la orientación de los microtúbulos presen-tes en el citoplasma cortical por debajo de la membrana plasmática(analizado en el capítulo 9). c) Micrografía electrónica del complejo deGolgi de una célula de la cubierta de una raíz periférica con anticuer-pos contra polímeros del ácido galacturónico, uno de los principalescomponentes de la pectina. Este material, igual que las otras pectinasy la hemicelulosa, se ensambla en el complejo de Golgi. La barrarepresenta 0.25 fim. (a: Según T,H. Giddings, }r., D.L. BroweryL.A. Stae-helin, J. Cell Biol. 84:332, 1980; c: según Margaret Lynch y LA. Staehelin,J. Cell Biol. 118:477, 1991; todas con permiso de Rockefdler UniversityPress.)

CAPITULO? • Interacciones entre las células y su entorno 269

L A V I A E X P E R I M E N T A L

Papel de las uniones de aberturaen la comunicación intercelular

Según la información presentada en el capítulo precedente, sepodría asumir que la transmisión sináptica siempre ocurre porliberación a partir de la neurona presináptica de un transmisorquímico que se une a la superficie de la célula postsináptica.Este fue el punto de vista prevaleciente hasta el decenio de1950, cuando Edwin Furshpan y David Potter, del UniversityCollege, en Londres, encontraron una notable excepción.Furshpan y Potter estaban estudiando la transmisión sinápticaentre neuronas gigantes en la cuerda nerviosa del langostino.Observaron que una pequeña despolarización subumbral indu-cida en la célula nerviosa presináptica causaba despolarizaciónmuy rápida {0.1 mseg) en la célula postsináptica.1'2 Si las célu-las nerviosas se conectaban por sinapsis química, en el poten-cial de membrana no debía propagarse un cambio subumbrala la célula postsináptica, puesto que no es suficiente para esti-mular la liberación de moléculas de neurotransmisor. Aun sise liberaran moléculas de neurotransmisor, posiblemente noinducirían cambios tan rápidos en la célula postsináptica.Furshpan y Potter concluyeron que las dos células nerviosasestaban conectadas por una sinapsis de tipo diferente, unasinapsis electrotánica, en la cual las corrientes eléctricas proce-dentes de la célula presináptica podían fluir directo a la célulapostsináptica en el otro lado de la sinapsis. Se asumió que esetipo de conexión de célula a célula, que permite el flujo decorriente entre células, era peculiar de células excitables comolas neuronas y se especializaba en la comunicación interce-lular.

A principio del decenio de 1960, Yoshinobu Kanno yWerner Loewenstein, de la Columbia University, estudiabanlas propiedades de permeabilidad de la envoltura nuclear, elcomplejo membranoso que rodea al núcleo. Para determinarsi los iones podían atravesar la envoltura nuclear analizaronfas grandes células que constituyen los tejidos epiteliales de

FIGURA VE 7-1. Micrografía que muestra la instalación de mi-croelectrodos de registro en células vivientes del túbulo de Malpighide una célula de insecto. (Cortesía de Werner R. Loewenstein.)

las larvas de la mosca de la fruta (células que suministran loscromosomas gigantes tan útiles para estudios genéticos). Estascélulas eran lo bastante grandes para permitir la penetraciónde microelectrodos capaces de inducir y registrar corrientesiónicas (fig. VE 7-1). Para su sorpresa, Kanno y Loewensteinobservaron que cuando se inyectaban iones en el núcleo deuna célula, el flujo de iones (medido como corriente eléctrica)se propagaba dentro del citoplasma de la célula inyectaday también fluía directo al interior del citoplasma de la célu-la adyacente. En realidad, el potencial registrado en la célulaadyacente era casi tan grande como el de la célula donde ori-ginalmente se inducía la corriente. Kanno y Loewenstein con-cluyeron que las células epiteliales de la glándula salival esta-ban eléctricamente acopladas entre sí, término que indica que losiones pueden fluir libremente de una célula a la otra a travésde uniones intercelulares de baja resistencia.3 Si los pequeñosiones inorgánicos pueden pasar a través de estas uniones entrelas células vecinas, ¿qué ocurre con sustancias de mayor tama-ño? Cuando se inyectó un pequeño volumen de iones fluores-centes de fluoresceína (peso molecular de 376 daltons) en elcitoplasma de una célula mediante una micropipeta, la fluo-rescencia se difundió con rapidez hacia las células adyacenteshasta que toda la capa epitelial brillaba por la presencia deltrazador (como en la figura 7-32). En contraste, de las célulasno se salió colorante fluorescente alguno hacia el medio exter-no, lo que indica que las moléculas de fluoresceína difundíandirecto del citoplasma de una célula al interior del citoplasma delas células adyacentes por me.dio de contactos permeablesde célula a célula.4 Pronto se efectuaron observaciones simila-res en varios tipos diferentes de células epiteliales y mesenqui-matosas, incluyendo las de varios mamíferos; esto indica quetales uniones comunicantes están muy ampliamente difun-didas.

El descubrimiento de que la célula contiene sitios ensu superficie que permiten el libre intercambio de sustanciascon las células vecinas desafió el concepto bien establecido deque las células eran unidades independientes completamenteaisladas de su medio exterior. Los estudios de microscopíaelectrónica demuestran que la superficie de la célula está ro-deada por una membrana plasmática continua, pero la estruc-tura de esta membrana se altera de alguna manera en las regio-nes donde las células hacen contacto con otras células. De otramanera, sería imposible para las sustancias desplazarse direc-to del citoplasma de una célula al interior de otra. En 1967,Jean Paul Revel y M. J. Karnovsky5 descubrieron uniones in-tercelulares que contienen canales entre células en estrechaaposición. Las micrografías electrónicas de estas uniones mos-traron una hendidura distinguible entre células adyacentes, loque llevó a los investigadores a darles el nombre de "uniones

270 CAPITULO 7 • Interacciones entre las células y sw entorno

(a)

(b)

nM1000-

750-™

500-

250-

0-[Ca2+j¡

10s 20s

FIGURA VE 7-2. Ondas de calcio inducidas por estimulación mecánica en: a) un cultivo testigo de células de un glioma C6 de rata, y b) unaclona de las mismas células mostradas en a, pero a la cual se le ha transfectado DNA conexina43. El DNA inyectado se transcribe y traduceen las células transfectadas y las moléculas de la proteína conexina se incorporan a la membrana plasmática. Cuando se estimula mecánicamenteuna de las células no transfectadas hay muy poco paso de Ca2+ a sus vecinos; en contraste, cuando las células que expresan el gen conexinase estimulan mecánicamente, pasa una onda de Ca2* de una célula a otra a través de las uniones de abertura formadas por la proteínaconexina43. (Según Andrew C. Charles y cois. }. Celí Biol. 118:197, 1992; con permiso de Rockefdler University Press.)

de abertura" para distinguirlas de las uniones herméticas dondelas células adyacentes entran en contacto directo.

Se han efectuado varios estudios para saber más acercadel tamaño de los canales que conectan el citoplasma de célu-

las adyacentes. En el laboratorio de Loewenstein se probaronsondas fluorescentes unidas a péptidos de longitud variable.Se observó que moléculas mayores de 1 200 daltons podíandifundir entre las células de las glándulas salivales de larvas

Glioma

la) (b)

FIGURA VE 7-3. a) Cuando una pequeña masa de células de un glioma C6 se implantó en el cerebro de una rata, las células se desarrollaronen una gran masa tumoral luego de dos semanas de crecimiento, b) Las mismas células que se han transfectado con DNA conexina43 y que sepresume participan en ía comunicación intercelular a través de las uniones de abertura se desarrollan en una masa tumoral mucho más pequeñadurante un periodo similar. (Según Christian C. Naus y cois. Cáncer Res. 52:4210, 1992.)


de insectos.6 Según estimaciones del tamaño de estas molécu-las, los investigadores concluyeron que el diámetro interno delcanal era alrededor de 10 a 15 A (1.0 a 1.5 nm), valor queconcuerda estrechamente con el estimado por micrografía dealta resolución de las uniones de abertura tomadas con mi-croscopio electrónico.7

PAPEL DE LAS UNIONES DE ABERTURAEN EL CÁNCER

Una de las primeras cuestiones consideradas por Kanno yLoewenstein luego de su descubrimiento de los contactos in-tercelulares permeables fue si este mismo tipo de contacto es-taba presente en las células cancerosas. Se sabía que el índicede crecimiento de las células normales era influido por estímu-los procedentes de su ambiente. Tal vez uno de los factoresque permitieron a las células cancerosas apartarse de los meca-nismos de control del crecimiento que prevalece en las célulasnormales era la pérdida de su capacidad para recibir moléculasreguladoras de sus células vecinas. Kanno y Loewenstein in-vestigaron esta posibilidad midiendo_el flujo de corriente ióni-ca en tejido hepático normal en comparación con el flujo entrecélulas de varios tumores hepáticos. Se pudo descubrir co-rriente iónica que fluía con rapidez entre las células del hígadonormal de una rata, pero no hubo paso de corriente entre lascélulas de ninguno de los tumores hepáticos investigados.8

A partir de estos estudios iniciales se han analizado cien-tos de células cancerosas de diferente tipo en relación con sucapacidad para efectuar comunicación intercelular por unio-nes de abertura. Se ha notado que los resultados iniciales deLoewenstein y Kanno siguen siendo válidos para la mayorparte, pero no para todas las células cancerosas investiga-das.Revisado en 9'10 No es sorprendente que no todas las célulascancerosas muestren las mismas propiedades en relación conla comunicación intercelular por uniones de abertura. La con-versión de una célula normal a célula maligna es un fenómenode múltiples etapas que pueden ocurrir como resultado decambios en una gran variedad de genes diferentes (capítulo16). Está claro que hay diferentes mecanismos por los cualesuna célula puede perder el control del crecimiento. Algunosde estos mecanismos parecen implicar la pérdida de la capaci-dad de las células para transmitir señales a través de las unio-nes de abertura. En los tumores donde ocurre esto, a menudohay pérdida progresiva de comunicación intercelular por unio-nes de abertura conforme la célula se maligniza cada vez más.11

Además, hay correlación entre la pérdida de comunicaciónintercelular por uniones de abertura y el incremento del po-tencial metastático de una población de células.12 El potencialmetastático es una propiedad que requiere que las células can-cerosas ignoren a las células adyacentes y avancen por sí solas;por lo tanto, no es sorprendente que esta conducta requieraque una célula interrumpa sus vías de comunicación con lascélulas vecinas.

Los datos obtenidos por correlación entre una situación (osea, pérdida de comunicación intercelular por uniones de aber-tura) y otra (o sea, malignidad) quizá sólo sean circunstanciales.La mejor prueba de una relación causal directa entre las dos

situaciones proviene de estudios en los cuales se "obliga" a lascélulas cancerosas a expresar proteínas de unión de abertura(conexinas) por microinyección de moléculas de DNA quecodifican dichas proteínas. Cuando a las células glioma C6, untipo de células de tumor cerebral, se les inyecta DNA que co-difica la proteína conexina43, se incrementa de manera especta-cular la comunicación intercelular por uniones de aberturaentre las células tumorales (fig. VE 7-2), con disminución co-rrespondiente de la tasa de división celular.13 De igual mane-ra, cuando las células glioma C6 que se les ha transferido DNAque codifica conexina43 son implantadas en el cerebro de ratasadultas, generan tumores mucho más pequeños que las célu-las glioma a las cuales no se les ha transferido DNA (fig. VE7-3).14 Estos datos apoyan el papel propuesto de comunicaciónintercelular por uniones de abertura en el crecimiento de tu-mores cerebrales. Si los defectos en este tipo de unión desem-peñan un papel en la formación de tumores, entonces se debenobtener datos mediante mutaciones en genes que afectan laestructura y función de la unión de abertura. Con esta idea enmente, se han iniciado ahora estudios de detección de muta-ciones de conexinas en tumores humanos.15

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272 CAPITULO 7 • Interacciones entre ias células y su entorno

SINOPSIS

El espacio extracelular se extiende por fuera de la superficieexterna de la membrana plasmática y contiene varios mate-riales secretados que influyen en la conducta de las células.El glucocáliz incluye porciones carbohidrato de glucoproteí-nas y glucolípidos de la membrana junto con proteínas y poli-sacáridos relacionados que protegen la célula y gobiernan susinteracciones con sustratos no vivientes y otras células. Lostejidos epiteliales se apoyan sobre una membrana basal queconsta de una delgada red entretejida de materiales extra-celulares. Varios tipos de tejido conectivo, incluyendo tendones,cartílago y el estroma corneal, contienen una matriz extracelularexpansiva que confiere al tejido sus propiedades caracterís-ticas, (p. 239).

Los principales componentes de las matrices extrac chilaresincluyen colágena, proteoglicanos y una variedad de proteí-nas, como fibronectina, laminina y tenascinas. Cada proteínade la matriz extracelular tiene una estructura modular com-puesta de dominios que contienen sitios de enlace para uniruna célula con otra y receptores sobre la superficie celular.Como resultado, estos diferentes materiales extracelulares in-teractúan para formar una red interconectada unida a la su-perficie celular. La colágena consiste en proteínas fibrosas muyabundantes que confieren a la matriz extracelular capacidadpara resistir fuerzas de tensión. Los proteoglicanos constan deun núcleo de proteína al cual se unen cadenas de glucosami-noglicanos con carga negativa. A su vez, los proteoglicanosindividuales pueden juntarse en complejos masivos sumamentehidratados que sirven como material amorfo de empaque quellena el espacio extracelular (p. 241).

Las integrinas son receptores de la superficie celular impli-cadas en interacciones dependientes de calcio entre las célu-las y su sustrato. Las integrinas son proteínas integrales demembrana heterodiméricas cuyos dominios citoplásmicospueden interacruar con los componentes del citoesqueleto ysus dominios extracelulares a veces contienen sitios de enlacepara varios materiales extracelulares. Los materiales extrace-lulares que se enlazan a las integrinas lo hacen por enlace alrripéptido RGD. El enlace de un ligando extracelular a unaintegrina puede enviar señales al interior de la célula y desen-cadenar cambios en las actividades celulares (p. 247).

Las células se fijan a su sustrato por medio de sitios especia-lizados en la superficie celular, como contactos focales yhemidesmosomas. Los contactos focales son sitios donde lascélulas cultivadas se fijan a la superficie del plato de cultivo.La membrana plasmática de un contacto focal contiene agru-pamientos de integrinas cuyos dominios citoplásmicos estánunidos a microfilamentos del citoesqueleto que contiene actina.Los hemidesmosomas son sitios de unión de células in vivo auna membrana basal subyacente. En un hemidesmosoma, lamembrana plasmática contiene grupos de integrinas conecta-dos a la membrana basal sobre su superficie externa y a fila-mentos intermedios que contienen queratina sobre la superfi-cie interna (p. 249).

La adherencia de células a otras células es mediada por va-rias familias distintas de proteínas integrales de membrana:selectinas, integrinas, cadherinas y miembros de la superfa-milia de inmunoglobulinas (IgSF). Las selectinas se enlazana disposiciones específicas de grupos de carbohidratos quesobresalen de la superficie de otras células y median interac-ciones transitorias dependientes de calcio entre leucocitos cir-culantes y las paredes de los vasos sanguíneos en sitios deinflamación y coagulación. Las moléculas de adherencia celularde la superfamilia Ig son mediadoras de la adherencia célula acélula independiente de calcio, como se ejemplifica con molé-culas de adherencia a células neurales, que desempeñan unpapel importante en el desarrollo del sistema nervioso. Unaproteína IgSF sobre una célula puede interactuar con una inte-grina o con la misma, o con otra proteína IgSF de otra célula.Las cadherinas median la adherencia célula a célula depen-diente de calcio al unirse a la misma especie de cadherina en lacélula opuesta, y por lo tanto facilitan la formación de tejidoscompuestos de tipos similares de células. Las cadherinas pue-den ser particularmente importantes durante el desarrolloembrionario, según se puede ejemplificar por su papel en laconversión de células mesenquimatosas en epiteliales. Ade-más de su papel en la adherencia celular, todas estas proteínastienen potencial para actuar como intermediarias en las seña-les transmembrana (p. 251),

La firme adherencia entre las células se facilita por la forma-ción de uniones adherentes especializadas y desmosomas.Las uniones adherentes rodean una célula cerca de su superfi-cie apical, lo que permite el contacto entre la célula y todas susvecinas que la rodean. Las membranas plasmáticas de las unio-nes adherentes contienen núcleos de cadherinas que formancontactos adherentes entre sí en el espacio extracelular situadoentre la superficie de las células. Los dominios citoplásmicosde las cadherinas se unen por medio de proteínas intermediasa los filamentos de actina del citoesqueleto. Los desmosomasson placas entre las células caracterizados por una concentra-ción de materiales extracelulares entre las membranas plasmá-ticas y las placas citoplásmicas densas sobre la superficie inter-na de la membrana. Los desmosomas son sitios de concentra-ción de proteínas integrales de la familia cadherina que se creeconectan el material extracelular situado entre las membranasplasmáticas en aposición con filamentos intermedios de iat,placas citoplásmicas (p. 256).

Las uniones herméticas son sitios especializados de contactoque impiden la difusión de solutos entre las células a travésdel epitelio. Una sección transversal a través de las unionesherméticas muestra que la superficie externa de las célulasadyacentes entra en contacto directo en sitios intermitentes. Elexamen de la membrana por fracturas por congelación mues-tra los sitios que contienen hileras de partículas alineadas queforman fibras dentro de las membranas plasmáticas de célulasadyacentes (p. 262),

Uniones de abertura y plasmodesmosomas son sitios espe-cializados de comunicación entre células adyacentes en ani-


males y vegetales, respectivamente. Las membranas plasmá-ticas de células adyacentes en la región de la unión de aberturacontienen canales formados en disposición hexagonal de sub-unidades de conexina que forman un conexón. El conexón deuna membrana se encuentra a la misma altura que el conexónde la membrana adyacente y forma un conducto central queconecta el citoplasma de una célula con el citoplasma de lacélula adyacente. El conducto central de un conexón tiene undiámetro aproximado de 1.5 nm, que permite la difusión di-recta entre las células de sustancias hasta de unos 1000 daítons.El paso de corrientes iónicas a través de las uniones de abertu-ra desempeña un papel crítico en numerosos procesos fisioló-gicos, incluyendo la propagación de la excitación a través deltejido muscular cardiaco y del tejido muscular liso en la pareddel conducto digestivo. Los plasmodesmosomas son canalescitoplásmicos cilindricos que se extienden entre células vege-tales adyacentes directamente a través de la pared celular in-terpuesta. Estos canales, que de ordinario contienen un túbulo

membranoso en forma de barra, permiten el libre paso demoléculas de soluto de unos 1 000 daítons o menos (p. 262).

Las células vegetales están rodeadas por una compleja paredcelular compuesta de varios materiales secretados que lesuministran apoyo mecánico y la protegen de influenciaspotencialmente nocivas. Las microfibrillas de celulosa, com-puestas de haces de moléculas de celulosa y secretadas porenzimas que residen dentro de la membrana plasmática, pro-porcionan rigidez y resistencia a la tracción. Las moléculas dehemicelulosa actúan para entrelazar transversalmente a lasfibras de celulosa, en tanto que las pectinas, una clase hetero-génea de polisacáridos con carga negativa, forman un gel ex-tensamente unido que llena los espacios situados entre loselementos fibrosos de las paredes celulares. Igual que la matrizextracelular de las células animales, las paredes de las célulasvegetales son estructuras dinámicas que pueden modificarseen respuesta a cambios en las condiciones ambientales (p. 266).

PREGUNTAS DE REPASO

1. Distinguir entre glucocáliz, membrana basal y matrizextracelular de tejido cartilaginoso.

2. Contrastar el papel de colágena, proteoglicanos y fibronec-tina en el espacio extracelular.

3. Elaborar una lista de unas cuantas funciones de la matrizextracelular en tejidos animales.

4. ¿Qué tipos de proteína integral de membrana desempeñanun papel clave en la mediación de interacciones entre lasuperficie celular y la matriz extracelular? ¿Entre las su-perficies celulares de células vecinas? ¿Cuál de estas inter-acciones requiere la presencia de Ca2+ o Mg2+?

5. ¿Cuál es la diferencia entre el proteoglicano de la matrizcartilaginosa en cuanto a estructura y función, y el sindecanode la superficie celular?

6. ¿Cómo puede una proteína de la superficie celular partici-par tanto en ía adherencia celular como en la transducciónde señales a través de la membrana?

7. Distinguir entre un contacto focal y un hemidesmosoma;un hemidesmosoma y un desmosoma; un desmosoma yuna unión adherente.

8. ¿Qué tipo(s) de uniones intercelulares contienen filamen-tos de actina? ¿Cuáles contienen filamentos intermedios?¿Cuáles contienen integrinas? ¿Cuáles contienen cadhe-rinas?

9. ¿Qué datos nos suministra el análisis de una fractura porcongelación acerca de la estructura de una unión, que nopueden obtenerse por el examen de cortes de tejido teñi-dos?

10. Comparar la disposición de las proteínas integrales demembrana en la unión hermética en comparación con launión de abertura.

11. ¿En qué son similares los plasmodesmosomas y las unio-nes de abertura? ¿En qué son diferentes? ¿Se podría espe-rar que una proteína de tamaño moderado pase a travésdel plasmodesmosoma?

12. Describir los componentes que constituyen la pared de unacélula vegetal y el papel de cada uno en la estructura yfunción de la pared.

PREGUNTAS ANALÍTICAS1. La adherencia de las células a menudo se puede impedir in

vitro tratando las células con agentes específicos. ¿Cuál delas siguientes sustancias se podría esperar que impidiera laadherencia de células mediada por selectinas? ¿Con la ad-herencia de células mediada por moléculas de adherenciaa células neurales? Las sustancias son tripsina, que digiereproteínas; un péptido, que contiene RGD; neuraminidasa,que elimina ácido siálico de un oligosacárido; colagena-sa, que digiere colágena; hialuronidasa, que digiere ácidohialurónico; EGTA, que se enlaza a iones Ca2+ en el medio.

2. ¿Qué sustancia se podría añadir a un cultivo para impedirla migración de las células de la cresta neural? ¿Para evitarel crecimiento de un axón? ¿Para suprimir la adherencia defibroblastos al sustrato?

3. En el texto se hizo notar que los ratones que carecen de ungen para fibronectina no sobreviven durante las primerasetapas del desarrollo embrionario. Mencione dos procesosque se interrumpen en esos embriones.

4. ¿Cómo piensa usted que cambiarían las propiedades delcartílago si careciera de una matriz extracelular? ¿Cómoafectaría esto a las propiedades del estroma corneal, o a laspropiedades de un tendón?

5. ¿En qué son similares las matrices extracelulares de losanimales y las paredes celulares de las plantas en cuanto asu estructura?

6. Ya se mencionó que dos diferentes enfermedades porautoinmunidad, una que produce anticuerpos contra uncomponente de los hemidesmosomas y otra que produce


anticuerpos contra un componente de los desmosomas,causan ampollas graves en la piel. ¿Por qué se pensaríaque estas dos enfermedades tienen síntomas similares?

7. ¿Cuál de los diferentes tipos de moléculas que median laadherencia celular es más probable que se encargue de laespecie de clasificación mostrada por las células de la figu-ra 7-19? ¿Por qué? ¿Cómo se podría demostrar esa conclu-sión?

8. FSH es una hormona hípofisaria que actúa sobre las célu-las foliculares del ovario para iniciar la síntesis de AMPcíclico que estimula varios cambios metabólicos. Normal-mente, FSH no tiene efectos sobre células musculares car-diacas. Sin embargo, cuando se desarrollan juntas las célu-las del folículo ovárico y las células musculares cardiacasen un cultivo mixto se observa que algunas células muscu-lares cardiacas se contraen después de añadir FSH al me-dio. ¿Cómo puede explicarse esta observación?

9. En la primera descripción de uniones de abertura se em-plearon tejidos sumergidos en una solución de sales delantano. Considerando el modelo de la figura 7-31, ¿cómo

cree usted que este tratamiento ayudó a revelar la presen-cia de las uniones de abertura? Utilizando un procedimientosimilar, ¿en qué sería diferente una unión de abertura deuna unión hermética?

10. ¿Por qué sería de esperar que disminuyendo la temperatu-ra del medio en el cual crecen las células se afectara lacapacidad de las mismas para formar uniones de aberturaentre sí?

11. Algunas de las uniones intercelulares ocurren como cintu-rones que abarcan a la célula, en tanto que otras ocurrencomo placas discretas. ¿Cómo se correlacionan estos dostipos de arreglos estructurales con las funciones de las res-pectivas uniones?

12. Proponer algún mecanismo que pueda explicar por qué elvirus del mosaico del tabaco puede alterar la permeabili-dad de un plasmodesmosoma. ¿Cómo podría usted de-mostrar su proposición?

13. ¿Por qué piensa usted que las células animales puedensobrevivir sin el tipo de paredes celulares que se observanen las células de casi todos los otros grupos de organismos?

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Capitulo 7

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