Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 1 EPITELI: GENERALITÀ E RIVESTIMENTO 1 – INTRODUZIONE Al termine dello studio della citologia viene analizzata la sezione di istologia. L’istologia costituisce un collegamento tra la citologia e l’anatomia microscopica e indaga le modalità attraverso cui le cellule possono interagire e formare elementi a sé s tanti: i tessuti; questi ultimi combinandosi formano gli organi. “L’istologia è il ramo della biologia che studia la struttura microscopica e ultramicroscopica dei tessuti e degli organi dal punto di vista morfologico, istochimico e funzionale. ” Questo stu dio, dunque, prevede sia l’analisi della composizione chimica sia l’analisi della struttura di tessuti e organi; morfologia e istochimica permettono così di determinare la funzione peculiare di quel tessuto o di quell’organo. 1.1 – Introduzione ai tessuti “ Un tessuto è un insieme di cellule specializzate, in genere simili per struttura, e delle loro matrici cellulari che, nel loro insieme, costituiscono un’entità anatomicamente definibile e cooperano per una o più funzioni in maniera integrata” Il tessuto è un’organizzazione che più cellule possono avere per andare a formare un’entità dalla composizione più o meno omogenea ma soprattutto finalizzata all’espletamento di una certa funzione (sia essa meccanica, biochimica, funzionale, fisiologica ...). Le capaci tà differenti delle cellule di svolgere determinate funzioni possono andare a caratterizzare la funzionalità di un tessuto nella sua completezza o talvolta solo in parte. L’errore che si fa spesso è di trascurare un altro elemento del tessuto, ossia le por zioni della sostanza intercellulare, definita matrice extracellulare . Essa è costituita da diversi tipi di molecole, alcune delle quali altamente organizzate a formare complessi particolari (ad esempio la membrana basale). La matrice extracellulare è in ma ggior parte secreta dalle cellule stesse ed ha diversa composizione, dato che questa dipende dalla natura delle cellule secernenti. Molti anni fa si pensava che la matrice extracellulare avesse un ruolo solo di supporto meccanico delle cellule, che serviss e solo a riempire gli spazi lasciati vuoti dagli elementi cellulari. Queste matrici extracellulari, in realtà, influenzano la vita delle cellule stesse e, talvolta, controllano la loro vita. Quindi, la visione più moderna di tessuto è che le cellule e la m atrice vadano a costituire quello che viene chiamato un continuum funzionale . Le cellule producono la matrice extracellulare, ma la matrice extracellulare, dalla sua parte, collabora e reagisce insieme alle cellule quando il tessuto viene sollecitato anche da fattori chimici o di altra natura. Quindi matrice e cellule viaggiano insieme continuamente influenzandosi a vicenda. Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 2 I tessuti rappresentano un secondo livello gerarchico di costruttività: siamo appena al di sopra della cellula. Nonostante il corpo um ano sia notevolmente complesso, esso è costituito esclusivamente da quattro istotipi. Dunque, i tessuti non sono in numero infinito, ma ricadono all’interno di quattro grosse famiglie. La cosa eccezionale è che, però, questi quattro istotipi derivano tutti da delle specie di matrici cellulari che si formano durante lo sviluppo embrionale. 1.2 – Lo sviluppo embrionale Nell’immagine di fianco vediamo riassunto il percorso che porta alla formazione delle matrici cellulari da cui originano i diversi tessuti. Al momento della fecondazione si forma uno zigote , ossia una cellula con un normale numero di cromosomi. Immediatamente esso entra in un percorso costituito da numerose divisioni mitotiche. Quindi, da una cellula “madre” continuano a formarsi n cellule figlie nello stesso volume spaziale dello zigote: pr ocesso questo denominato segmentazione Importante nella definizione istologica è il sesto giorno quando, in seguito alle numerose mitosi, si ha la formazione di una struttura simile ad una sfera cava che prende il nome di blastocisti . Essa è costituita es ternamente da un insieme di cellule chiamato trofoblasto , il quale in seguito ai processi di sviluppo andrà ad impiantarsi nell’endometrio e a costituire la placenta. Le cellule della massa interna ( Inner Cell Mass ), invece, si differenziano nei tre foglie tti embrionali (schematizzati nell’immagine) da cui origineranno tutti i tipi cellulari che comporranno il corpo del feto 1 . I foglietti germinativi sono tre strati così disposti: il più esterno prende il nome di ectoderma , quello intermedio mesoderma e qu ello più interno endoderma 1 Le cellule della massa interna sono per definizione pluripotenti e non totipotenti poiché da esse non possono originare gli annessi extraembrionali ( Istologia di Mo nesi , 7ª Edizione, pag. 214); Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 3 Il processo che porta alla formazione dei diversi istotipi da queste matrici cellulari si chiama differenziamento cellulare o istogenesi . Tutte le differenti cellule di un organismo derivano dallo zigote e condividono lo stes so patrimonio genetico o genoma. La diversità fenotipica e funzionale tra i diversi tipi di cellule è quindi riconducibile all’espressione differenziale di una parte del genoma e alla sua regolazione epigenetica; ciò determina i caratteri morfologici e fun zionali distintivi, cioè l’identità cellulare. Segnali estremamente variegati possono contribuire alla regolazione del differenziamento cellulare, ma non saranno analizzati in questa sede. Tra i diversi istotipi che si generano: i tessuti muscolare, conn ettivo e nervoso derivano da uno dei tre foglietti in modo univoco; il tessuto epiteliale proviene invece da tutti e tre i foglietti embrionali. Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 4 2 - I QUATTRO ISTOTIPI I quattro istotipi sono il tessuto epiteliale, il tessuto connettivo, il tessuto muscolare e il tessuto nervoso. Queste sono quattro grosse famiglie che mantengono delle caratteristiche generali, nonostante l’ampio numero di sottofamiglie che li costituisc ono. 2.1 – Il tessuto epiteliale ricopre superfici esterne del corpo umano o le cavità interne degli organi (stomaco, intestino...). Una sottofamiglia del tessuto epiteliale è il tessuto epiteliale ghiandolare, in grado di produrre secreti. In quest’immagine, il tessuto epiteliale è rappresentato d alla parte colorata in rosa. In essa i puntini più intensamente colorati sono i nuclei, la cui vicinanza ci fa dedurre che è sicuramente un tessuto ad alta cellularità. Il tessuto sottostante è molto più lasso, i nuclei infatti sono meno e troviamo molta p iù matrice cellulare (colorata in azzurro), a differenza del tessuto epiteliale che appare compatto e privo di sostanza intercellulare. 2.2 – Il tessuto connettivo si trova al di sotto degli epiteli. In questa immagine, nella parte alta troviamo un tess uto epiteliale (vedi i nuclei molto ravvicinati) mentre nella parte più profonda osserviamo un tessuto connettivale, con nuclei molto distanziati e tanta matrice extracellulare interposta, che gli conferisce un aspetto plastico. Questo tipo di tessuto ha i l ruolo di riempire gli spazi, fare da sostegno strutturale all’organismo e agli organi (tessuto osseo e cartilagineo) e immagazzinare energia (tessuto adiposo). Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 5 2.3 – Il tessuto muscolare è caratterizzato da cellule molto allungate. Qui non siamo in grad o di riconoscere le singole cellule, però se studiamo la forma dei singoli nuclei notiamo che, mentre negli epiteli i nuclei sembravano dei pallini rotondi, nel muscolo ricordano lineette allungate. La forma del nucleo spesso ricalca la forma della cellula nel suo complesso, quindi dei nuclei così allungati sono sintomatici di una cellula anch’essa allungata. La caratteristica che accomuna tutti gli elementi dei tessuti muscolari è quella di essere in grado di produrre delle contrazioni . Abbiamo tre tipi di cellule muscolari differenti tra di loro con anche delle differenze strutturali importanti. 2.4 – Il tessuto nervoso è sicuramente il più affascinante di tutti, ma anche estremamente delicato. Scopriremo che i neuroni con cui nasciamo non sono in grado d i continuare il loro differenziamento, ovvero non sono in grado di andare incontro a mitosi e produrre nuove cellule. Queste cellule (colorate in rosso intenso), che si presentano come elementi cellulari con molte propaggini che dipartono da un corpo cellu lare più o meno sferoidale, hanno la caratteristica di produrre degli impulsi elettrici attraverso degli scambi ionici. Grazie ai loro allungamenti, saranno inoltre in grado di portare informazioni agli altri tessuti che, se necessario, attueranno risposte 🡪 Esempio Consideriamo lo stomaco: una sezione della sua parete ci mostra come tutti i tessuti cooperino insieme a formare un elemento discreto ben differenziato. All’interno di esso i quattro tessuti assumono una collocazione ben precisa che consente loro di svolgere funzioni specifiche integrate. Il tessuto epiteliale assorbe i nutrienti, il tessuto connettivo crea un basamento per il tessuto epiteliale e costituisce un collegamento con il tessuto muscolare che genera movimenti peristaltici comandati dal tessuto nervoso. 3 – IL TESSUTO EPITELIALE Il tessuto epiteliale riveste la superficie esterna del corpo e delimita le cavità interne e i condotti corporei in comunicazione e non con l’esterno. Il tessuto epiteliale costituisce anche la porzione secr etoria (parenchima) delle ghiandole e i loro dotti. Inoltre, cellule epiteliali specializzate fungono da recettori di senso. 3.1 – Origine Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 6 ECTODERMA 🡪 epidermide, epitelio della bocca e del retto; MESODERMA 🡪 endotelio dei vasi, vie urogenitali, mesotel io; ENDODERMA 🡪 tratto gastrointestinale, respiratorio, ghiandole annesse; 3.2 – Caratteristiche fondamentali 1. La prima caratteristica, messa in evidenza da un’immagine qualsiasi, è che le cellule sono giustapposte , ossia le cellule che costituiscono il tessuto sono strettamente ravvicinate tra di loro. Lo vediamo molto bene in questa immagine in cui le cellule (naturalmente non vediamo i limiti cellulari, ma riconosciamo i diversi nuclei essendo intensamente colora ti) si trovano ben a contatto tra di loro. Diversa, invece, la parte apicale di questo tessuto: percepiamo i limiti cellulari, ovvero le lineette grigio chiaro che denotano la morfologia e la vicinanza cellulare. Indipendentemente dal punto che andiamo ad analizzare di questo tessuto le cellule sono a mutuo contatto, cioè si toccano le une con le altre, e non percepiamo degli spazi liberi o vuoti tra gli elementi cellulari. La matrice cellulare, prodotta dalle cellule stesse, è presente, ma solo in minima p arte poiché gli interstizi sono estremamente limitati (oscilla tra 10 - 30 nm, uno spazio infinitesimale, non visibile in microscopia ottica). 2. Un’altra caratteristica del tessuto epiteliale è quella di avere cellule di forma geometrica : vedremo che quando andremo a classificare i diversi epiteli ci riferiremo a termini di geometria solida (es. cellule cilindriche, isoprismatiche o cubiche). Inolt re proprio grazie alla forma geometrica le cellule possono impilarsi, ammassarsi tra di loro. 3. Un’altra caratteristica che appare evidente è che queste cellule possono organizzarsi in più strati . Questo è un esempio, infatti, di tessuto epiteliale pluristra tificato. Gli strati non possono certamente essere contati o identificati singolarmente ma si è certi dell’esistenza di più di uno strato cellulare. 3.3 - Le caratteristiche generali del tessuto epiteliale - Cellularità Il tessuto epiteliale è caratterizzato da alta cellularità, quindi è un tessuto dove prevale la componente cellulare. Lo spazio intercellulare è estremamente ridotto: pertanto la matrice extracellulare amorfa interposta tra le cellule è scarsissima. - Rigenerazione Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 7 Il tessuto epiteliale è costi tuito da cellule che vanno continuamente incontro a divisione mitotica e si sostituiscono con dei tempi abbastanza rapidi. Torniamo all’immagine precedente. Il colore intenso del nucleo delle cellule sullo strato basale è dato dalla loro intensa attività d i sintesi proteica. Lo strato basale è, infatti, il bacino di rigenerazione per mitosi del tessuto, che spinge sempre più in alto le cellule invecchiate, le quali subiscono molto spesso anche attività di maturazione o modificazione prima di arrivare alla r egione apicale, dove poi vengono eliminate attraverso diversi processi. Chiaramente, i tempi di rigenerazione dipendono da localizzazione a localizzazione. L’epidermide è l’esempio più emblematico, ma questa rigenerazione avviene anche a livello di tessuti che troviamo in organi viscerali. - Ancoraggio Secondo la teoria del mosaico fluido i vari elementi costituenti le membrane sono in grado di muoversi liberamente lungo la superficie di una cellula. Tuttavia, la presenza di sistemi di ancoraggio come le giun zioni occludenti 2 , funge da barriera alla diffusione di lipidi e proteine di membrana tra la porzione apicale e quella basolaterale della membrana plasmatica, mantenendo l’integrità di questi due domini. Ne consegue ancora che determinate proteine traspor tatrici, come le proteine trasportatrici del glucosio, all’interno di un tessuto, si troveranno sul dominio apicale e non in quello basale. I tessuti epiteliali hanno molti sistemi di ancoraggio particolarmente espressi anche se non esclusivi. - Avascolarità Il tessuto epiteliale non è raggiunto da strutture vascolari e non riceve un afflusso di sangue direttamente. Le cellule sopravvivono grazie alla stretta connessione con il tessuto connettivo che è, in modo diametralmente opposto, estremamente vascolarizz ato. Questo permette alle sostanze nutritive di recarsi nel tessuto epiteliale. Sia che il tessuto epiteliale sia costituito da un unico strato di cellule, sia – e a maggior ragione – che sia costituito da più strati di cellule, il meccanismo con cui si nu tre è esattamente lo stesso. Per di più, se ci sono dei meccanismi per passarsi le sostanze nutritive le cellule lo faranno, ma non è automatico. Viene più sfruttata la matrice extracellulare, che ha una struttura atta a questo compito, e il meccanismo di diffusione attraverso gli spazi intracellulari infinitamente piccoli. - Polarità Le cellule del tessuto epiteliale, sia grazie alla loro forma geometrica che ai meccanismi di ancoraggio, sono delle cellule orientate. Dunque percorrendo la superficie di quest e cellule lungo la membrana plasmatica notiamo che la dislocazione degli elementi (fosfolipidi, proteine transmembrana, colesterolo...) non è uguale su tutte le facce della cellula. La polarità comporta 2 Come si vedrà le giunzioni occludenti sono localizzate nel punto più apicale tra cellule epiteliali adiacenti; Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 8 anche un particolare posizionamento degli organuli in tracitoplasmatici: una posizione basale del nucleo ed un apparato del Golgi in posizione sovra nucleare. L’immagine che stiamo vedendo è un semplice schema con cellule di forma cilindrica, piuttosto allungata, con nucleo di forma ovalare. Queste cellule tu tte ben allineate tra di loro, separate da piccoli interstizi di matrice extracellulare, sono appoggiate alla membrana basale , una struttura complessa che sarà in relazione al tessuto connettivo il quale garantirà i loro nutrimenti (vedi paragrafo sottosta nte). Se andiamo ad analizzare la superficie di queste cellule per le loro caratteristiche, identificheremo: ● Un dominio apicale o lato apicale o superficie apicale (tipicamente quello che si affaccia sul lume dell’organo o sulla superficie corporea); Cara tterizza la funzionalità principale della cellula. Ha specifici adattamenti strutturali per svolgere funzioni ben precise. Troviamo non soltanto specializzazioni della membrana, ma anche enzimi, come idrolasi, specifici canali di trasporto, canali ionici ( come le acquaporine che consentono il passaggio molto rapido di acqua). Si caratterizza per specializzazioni di membrana tra cui: microvilli, stereociglia e ciglia; ● Due domini laterali (superfici che le cellule utilizzano per interagire con le altre); ● Un dominio basale (in stretta connessione con la membrana basale e il tessuto connettivo); 4 – DOMINIO APICALE 4.1 – Microvilli Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 9 I microvilli sono estroflessioni a dito di guanto (o digitiformi) della membrana plasmatica, che consentono alla cellula di aumentare la propria superficie di contatto. Il loro scopo ultimo è quello di incrementare alcune funzioni legate alla quantità di p roteine di membrana (enzimi, numero di trasportatori, etc). In aggiunta, è necessario che nell’intimità delle estroflessioni sia presente un’impalcatura idonea del citoscheletro per sorreggerla (impalcatura di actina). I microvilli aumentano le capacità di assorbimento (fino a 600 volte) di vari organi, come l’intestino (vedi immagine A - intestino tenue). Nell’esempio B possiamo osservare una pleura, ovvero il rivestimento polmonare, che presenta microvilli. La loro morfologia è diversa, sono più diradati, p iù lunghi. Entrambi i tessuti hanno un’attività assorbente, ma con dei livelli di capacità di assorbimento ben differenti. Nell’intestino siamo alla massima potenzialità di assorbimento possibile, vediamo numerosi microvilli allineati e della stessa altezz a, molto ravvicinati tra di loro. L’esempio C, infine, mostra microvilli più corti e diradati: concludiamo che i livelli di assorbimento sono più modesti rispetto a quelli dell’intestino. Potrebbe anche essere il vetrino di una zona più distale dell'intest ino, dove l’assorbimento è meno importante, come il crasso. Al di là delle diverse caratteristiche dobbiamo tener conto che i microvilli hanno una descrizione classica: possiamo identificarne diametro (0,1 μm) e lunghezza media (1 - 3 μm). Essi non sono dun que risolvibili al microscopio ottico e per visualizzare il singolo microvillo bisogna utilizzare come mezzo di indagine il microscopio elettronico. Infatti di queste specializzazioni apicali, in microscopia ottica, si nota l’effetto d’insieme che per la f orma a banda prende il nome di orletto a spazzola o cuticola striata . Si distingue come striatura, in rosa e azzurro, sulla porzione apicale delle cellule epiteliali. La loro struttura interna è costituita da un core proteico di actina e miosina; la pres enza di miosina tuttavia non ha funzione di motilità, bensì caratterizza la Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 10 caratteristica espansione e restringimento dei microvilli; il core si ancora a filamenti sottili di actina che costituiscono la trama terminale o terminal web Di base, queste estroflessioni digitiformi devono per forza ancorarsi al citoscheletro della cellula e, in particolar modo, i microvilli si ancorano ai filamenti sottili di actina che vanno a costituire una specie di rete, la quale si trova subito al di sotto della membrana citoplasmatica. Questa prende il nome di trama terminale o, in inglese, terminal web. Sono riportate nell’immagine le diverse proteine che costituiscono il core; è riportata anche la presenza della miosina che consente l'aggancio al termin al web. La presenza della miosina sia nella parte del core, che nella parte del terminal web, consente ai microvilli un certo tipo di motilità. Sostanzialmente se i filamenti di actina e miosina si contraggono è possibile che i microvilli si allontanino tr a di loro, perché è come se si muovesse il pavimento sul quale il microvillo si inserisce. Dunque è il movimento del citoscheletro nel quale il microvillo si inserisce che, subendo degli spostamenti o delle contrazioni, causa il movimento del microvillo st esso. Tuttavia per la struttura che hanno, i microvilli sono estroflessioni immobili. 🡪 Riferimento patologico Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 11 4.2 – Stereociglia Un’altra specializzazione apicale è dovuta alle stereociglia: in alternativa ai microvilli, alcune cellule esprimono le ste reociglia. Possiamo considerare le stereociglia come dei microvilli molto allungati: hanno infatti una lunghezza che arriva fino a 30 μm. Dal punto di vista strutturale hanno una struttura in proteine, quindi a livello del core molto simile a quella dei microvilli - stiamo sempre parlando di filamenti sottili, cambiano un pochino i nomi di alcune proteine, però diciamo in generale la struttura è molto sovrapponibile. Le stereociglia differiscono dai microvilli perché essendo così allungate, qualche volta distalmente r amificano (cfr. immagine [1]). Al contrario dei microvilli le stereociglia sono risolvibili al microscopio ottico (cfr. immagine [2] e [3] 🡪 struttura canalicolare che presenta a livello delle superfici apicali delle stereociglia: strutture fibrose che si proiettano all’interno del lume del canale). Dove troviamo le stereociglia? Le stereociglia sono tipiche di regioni canalicolari dell'apparato genitale maschile. Per esempio, le troviamo all'interno dell’epididimo e in alcuni tratti del dotto deferente. Ma le troviamo anche a svolgere un ruolo, dicia mo pseudo - sensoriale, per esempio a livello di cellule che raccolgono informazioni acustiche all'interno dell'orecchio. Il ruolo delle stereociglia ad oggi non è ancora così ben definito; a livello delle vie genitali, si è visto che svolgono funzioni sia d i assorbimento che funzioni secretive. Avendo struttura molto simile a quella dei microvilli, possiamo desumere che neanche i microvilli siano dotati di motilità autonoma; anche queste protrusioni della membrana si inseriscono a livello basale sul terminal web, quindi hanno dei legami con i filamenti sottili di actina della trama terminale e la loro motilità può dipendere da eventuali contrazioni che abbiamo a livello del terminal web. 4.3 – Ciglia Qui il concetto è completamente diverso, proprio perché di versa è la struttura portante di queste estroflessioni di membrana plasmatica. Infatti il core, l'impalcatura centrale, cambia e in questo caso, invece che essere costituita da filamenti di actina, è costituita da microtubuli (tubulina). Le ciglia, proprio perché sono costituite da microtubuli, sono dotate di motilità e hanno un tipo di movimento che definiamo oscillatorio : si muovono oscillando su loro stesse. La struttura al microscopio elettronico appare 3 2 1 Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 12 molto particolare: se andiamo a sezionare trasvers almente (cioè tagliamo con un piano orizzontale, perpendicolare) troviamo che internamente il ciglio è costituito da microtubuli che si organizzano in 9 coppie laterali più una centrale. Queste nove coppie poi sono collegate tra di loro da proteine come la nexina, piuttosto che la dineina, che collegano le 9 coppie periferiche tra di loro e le collegano anche alla coppia centrale. Le ciglia sono risolvibili anche al microscopio ottico; Il diametro di un ciglio è almeno il doppio di quello di un microvillo : partiamo da una media di 0,2 μm. Inoltre hanno una lunghezza intermedia tra il microvillo e le stereociglia e cioè possono arrivare fino a un massimo di 10 μm. L'altra particolarità delle ciglia è il modo in cui si inseriscono a livello della trama ter minale: i microtubuli dell'asse del ciglio (che formano l’ assonema ), si inseriscono su una struttura che si trova alla loro base, sempre costituita da microtubuli, che prende il nome di corpo basale (organizzato in triplette). In microscopia elettronica, c he cosa ci permette di capire bene che si tratta di un di un ciglio rispetto a un microvillo? Proprio la presenza del corpo basale, che appare come una linea continua marcatamente colorata (che i microvilli non presentano). Naturalmente poi differisce anch e la struttura dell'assonema. Che ruolo hanno le ciglia? Proprio il fatto che sono dotate di motilità, fa sì che le ciglia siano localizzate in organi dove è necessario “trasportare qualcosa”, quindi in organi che per esempio hanno al loro interno dei flu ssi di liquidi o di macromolecole che vanno spostate. Troveremo le ciglia tipicamente a livello delle vie respiratorie; il movimento delle ciglia consente alle vie respiratorie di riportare verso l’esterno del pulviscolo atmosferico che è stato respirato o del muco che si è formato all'interno delle vie respiratorie. Dunque, attraverso il movimento di queste ciglia, noi riusciamo a far defluire del liquido, delle sostanze più viscose, verso una determinata direzione. Abbiamo strutture ciliari anche nelle vi e genitali femminili e la motilità delle ciglia aiuta il passaggio della cellula uovo fecondata da un organo all’altro. Quasi tutte le cellule hanno un unico ciglio ( ciglio primario ) che molto spesso si identifica sulla loro superficie e ha una funzione di meccanosensore, osmosensore o chemosensore; il ciglio ha un ruolo durante il differenziamento della cellula; la presenza di questo ciglio aiuta, per esempio durante lo sviluppo embrionale ( ciglio nodale ), a identificare all'interno dell'embrione la destra con la sinistra, il sopra con il sotto. La presenza di questo ciglio funziona evidentemente non tanto per la propria motilità, ma come trasmissione di segnali, dati da sollecitazioni superficiali della cellula. Bene, questo singolo ciglio aiuta la cellula ad orientarsi nello spazio, Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 13 per esempio durante lo sviluppo embrionale. Un singolo ciglio è presente anche in cellule, sempre con funzionalità recettoriale, a livello dell'orecchio, quindi sempre un po' come la funzione che abbiamo visto prima per le ster eociglia: raccogliere dei segnali sulla superficie della cellula stessa. Ci sono poi diverse patologie collegate a una mal strutturazione delle ciglia o a danni a carico delle ciglia. Per esempio, ci sono diverse sindromi a carico delle vie respiratorie, d ove l'assenza delle ciglia porta ad accumuli di muco che non riesce a essere espettorato, quindi ci sono delle difficoltà varie a seconda della sede in cui queste mal strutturazioni sono presenti. 5 – SUPERFICIE LATERALE Per garantire la giustapposizione cellulare a livello di una superficie laterale è ragionevole trovare meccanismi di ancoraggio: infatti le cellule epiteliali aderiscono fra loro mediante specifiche molecole di adesione che formano specializzate giunzioni intercellulari. Un sistema giunzionale può avere lo scopo di tenere le cellule vicine ma anche quello di far comunicare le cellule tra di loro. I sistemi giunzionali sono gli stessi che ritroviamo in citologia: sistemi occludenti, sistemi ancoranti, sistem i comunicanti. 5.1 – Complesso Giunzionale Le giunzioni intercellulari hanno la funzione di separare il dominio apicale della membrana plasmatica dai domini laterali e basale permettendo ai singoli domini di specializzarsi e riconoscere differenti segnal i molecolari. Infatti le tre diverse strutture giunzionali (le occludenti, le ancoranti e le comunicanti) a livello di un tessuto epiteliale o di cellule epiteliali, molto spesso si trovano espresse sulle superfici laterali con un ordine logico ben definit o, proprio perché questi sistemi giunzionali hanno strutture diverse e funzioni diverse. Quando le troviamo tutte così ben organizzate parliamo di complesso giunzionale . Il complesso giunzionale non è qualcosa che si limita ai tessuti epiteliali, diciamo c he nei tessuti epiteliali trova la sua massima rappresentazione. Un complesso giunzionale è formato da giunzioni, come le vediamo in queste immagini di microscopia elettronica, che si dispongono dalla regione apicale delle cellule andando verso le region i basali. Qui siamo Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 14 sulla superficie laterale di due cellule e queste due linee nere sono le loro membrane laterali, i domini laterali. Partendo dalla regione apicale e addentrandoci lungo il dominio laterale la prima struttura giunzionale che si trova è l a zonula occludente, o restando più nel generale, la giunzione occludente. 5.2 – Giunzione Occludente Le giunzioni occludenti sono impermeabili e consentono alle cellule epiteliali di funzionare come barriera fisica e chimica insormontabile in quanto sigi llano ciascuna membrana a quelle delle due cellule adiacenti in modo da impedire il passaggio di molecole anche piccole nello spazio intercellulare. Limitando il movimento di acqua ed altre molecole attraverso lo spazio intercellulare, esse mantengono l’is olamento fisico chimico dei due compartimenti tissutali separati dall’epitelio. La giunzione occludente, per come è costituita, rappresenta dei punti di saldatura delle due membrane: è costituita da dei punti in cui le due membrane sono praticamente fuse t ra di loro. Ma perché le giunzioni occludenti le ritroviamo proprio nella zona apicale? Perché si tratta di casi in cui le molecole devono seguire necessariamente un percorso transcellulare senza che sfruttino invece gli spazi intercellulari. Quindi un epitelio che ha delle zonule 3 occludenti è un epitelio che crea una barriera perfettamente ermetica, e tutto quello che deve superare questa barriera, deve per forza transitare all'interno della cellula. Questa barriera può essere diversamente e rmetica. Che cos'è che cambia la capacità delle macromolecole di infiltrarsi leggermente o infiltrarsi del tutto? Dipenderà dal numero di punti di fusione delle due membrane. 🡪 Esempio Nel caso dell’epitelio intestinale sono presenti sicuramente giunzioni occludenti in modo tale che l'assorbimento sia transcellulare: però, anche se sfugge qualcosa negli spazi intercellulari, prima o poi la cellula in qualche modo se lo recupererà. Immagi niamo invece la parete della vescica. L'urina, che è altamente tossica, non deve assolutamente fluire negli spazi intercellulari, ma deve rimanere all'interno della cavità della vescica, non può essere assorbita dalle cellule e non deve passare negli spazi intercellulari; quindi è necessaria una giunzione molto serrata, molto chiusa, e di conseguenza i punti di fusione tra le due membrane saranno notevoli, molto di più di quelli che troviamo a livello intestinale. 3 La parola zonula identifica una giunzione che si dispone lungo tutto il perimetro tridimensionale della cellul a; Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 15 5.3 – Giunzioni Aderenti Quando parliamo di complesso giunzionale, più in profondità rispetto alla giunzione occludente, troviamo le giunzioni aderenti, quindi le giunzioni aderenti si spostano verso la metà della cellula, verso l'equatore della cellula. La zonula aderente morfologicamente si pr esenta in modo molto diverso rispetto alla zonula occludente. Se nella zonula occludente abbiamo le due membrane che si fondono e quindi non troviamo più la trilaminalità della membrana di destra e della membrana di sinistra (abbiamo semplicemente una line a scura nera unica), nel caso della zonula aderente si mantiene uno spazio intercellulare, tanto è vero che riconosciamo la membrana della cellula di destra e la membrana della cellula di sinistra. Perché? Le giunzioni aderenti connettono il citoscheletro di una cellula con quello delle cellule confinanti tramite proteine intercellulari, consentendo a gruppi di cellule di un epitelio di funzionare come una robusta unità strutturale. Quindi la parola aderente si riferisce alla capacità di creare connessioni tra le cellule. Ma è altrettanto importante il ruolo che svolgono nel contesto intracitoplasmatico, cioè dove agganciano il citoscheletro. Perché? Perché le sollecitazioni meccaniche che queste proteine raccolgono le trasferiscono al citoscheletro stesso, e queste sollecitazioni diventano dei segnali, dei segnali che eventualmente fanno partire delle attività all'interno della cellula stessa. Quindi la giunzione aderente non è soltanto qualcosa che tiene insieme le cellule – un pochino distanziate ma le ti ene vicine tutto sommato – ma molto spesso ha la capacità di trasdurre dei segnali che innescano poi meccanismi cellulari di varia natura. 🡪 Esempio Dove troveremo degli epiteli con tante giunzioni aderenti? Li troveremo in quegli epiteli che sono soggett i a molte trazioni meccaniche. L'esempio più emblematico, cioè dove troviamo molte giunzioni aderenti, è la pelle. Ogni volta che noi ci muoviamo la pelle è sollecitata da diverse direzioni, in tutte le direzioni possibili, e quindi per evitare che ci sian o degli strappi nel tessuto, delle cellule che si allontanano tra di loro, naturalmente il numero delle giunzioni aderenti sarà notevole. 5.3.1 – Zonule e Desmosomi Si possono distinguere due tipi di giunzioni aderenti: le zonule aderenti e i desmosomi. L e zonule aderenti si estendono lungo tutto il perimetro cellulare e stabiliscono contatti tra i filamenti di actina di cellule adiacenti; i desmosomi sono giunzioni circoscritte, “a moneta”, che connettono i filamenti intermedi. Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 16 Lo spazio intercellulare è mantenuto in entrambi i casi: le membrane sono separate nel desmosoma e sono separate nella zonula aderente. C'è una piccola variabilità di distanza proprio perché le proteine transmembrana non sono le stesse. Il fatto che non siano le stesse fa sì che la zonula aderente abbia una distanza che può oscillare tra i 15 e i 20 nm, il desmosoma di solito ha una distanza media tra le due membrane di 30 nm. Ma l'aspetto più significativo è determinato dal fatto che le proteine transmembrana quando si rivolgono ve rso il citoscheletro, si rivolgono verso i microfilamenti per quanto riguarda la zonula aderente e verso i filamenti intermedi per quanto riguarda il desmosoma. Quindi hanno relazioni differenti con elementi del citoscheletro. 🡪 Esempi Dove sono state me sse le frecce ci sono dei punti di fusione della membrana stessa. Quindi in microscopia elettronica una zonula occludente appare in questo modo: punti in cui la membrana è separata e quindi percepisco lo spazio intercellulare e poi punti in cui invece la m embrana è fusa e non vedo più lo spazio intercellulare. Andiamo a vedere le zonule aderenti. Eccole qui: vedete due linee nere – imparerete ad utilizzare il termine elettrondense – che rappresentano le membrane delle due cellule che si affacciano l'una sull'altra, separate da un piccolo spazio, vi ricordo massimo 25 nm, e verso il versante citoplasmatico nessuna elettrondensità, perché non è presente la placca di adesione, quindi semplicemente le proteine transmembrana si collegano a elementi del citosc heletro che sono appunto i microfilamenti. Questa invece è un'immagine di un desmosoma, che è sempre una giunzione aderente, ma che come vedete mantiene la separazione tra le due membrane, che sono ben elettrondense quindi ben visibili, e poi nel versant e intracitoplasmatico questi baffi elettrondensi che identificano la presenza della placca di adesione a ridosso della membrana plasmatica. La placca di adesione è costituita da desmoplachine (sono tutte le proteine transmembrana che si ancorano poi tra di loro). Sappiamo che alla fine queste proteine poi a loro volta trovano aggancio ai filamenti intermedi del citoscheletro. 5.4 – Gap Junction Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 17 L'ultima tipologia di giunzione che possiamo trovare a costituire il complesso giunzionale è rappresentato dalle giunzioni comunicanti. Questo tipo di giunzione la troviamo più in profondità. Anche nel caso della gap junction, rimane una separazione tra le due membrane, ma è infinitesimale: sono talmente vicine le membrane quasi da sembrare totalmente fuse, perché lo spazio è di 2 nm. Le gap junction sono le uniche strutture cellulari conosciute che consentono il passaggio diretto di molecole da una cellul a all’altra. Una giunzione gap è rappresentata da un canale circolare transmembrana denominato connessone. Il connessone ha un diametro di circa 2 μm, quindi passano molecole inferiori a 2 μm, ma è un passaggio facilitato. Le gap junction dunque non hanno significato di tenere le cellule vicine tra di loro, ma hanno significato di farle comunicare in modo facilitato. Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 18 6 - SUPERFICIE BASALE A livello del dominio basale la membrana plasmatica si relaziona con il pavimento di tessuto connettivo, necessario per gli aspetti trofici del tessuto epiteliale. È quindi necessario che le membrane, a livello basale, presentino dei sistemi che garantisca no la perfetta adesione col tessuto connettivale. Lo stretto rapporto tra la membrana basale e la superficie basale è garantito da giunzioni cellulari. A livello della superficie basale non si trovano complessi funzionali come sulle superfici laterali, ma troviamo singole strutture di adesione come le ade sioni focali e gli emidesmosomi, entrambi appartenenti alla famiglia delle integrine Le adesioni focali sono proteine transmembrana che si legano con la laminina, proteina che si trova a livello della membrana basale. Nel versante intracitoplasmatico si à ncora invece con il citoscheletro di actina. Queste giunzioni non sono particolarmente salde e si trovano a livello di cellule che hanno dei forti cambiamenti dinamici; per esempio in cellule in grado di migrare, o per la riparazione di tessuti o per lesio ni di varia natura. Grazie al contatto focale queste cellule sono in grado di rompere temporaneamente la giunzione, per poi andare a ricostituirle una volta svoltosi il cambiamento dinamico. Inoltre, poiché si ha un contatto a livello intracitoplasmatico c on il citoscheletro, queste adesioni focali partecipano a una raccolta di informazioni cellulari e trasduzione del segnale. Per esempio possono individuare forze contrattili causate da cambiamenti della matrice cellulare caratterizzante il tessuto connetti vo sottostante, le quali forze vengono percepite dalle adesioni focali, e dunque tradotte in segnali biochimici Gli emidesmosomi invece sono caratteristici di tessuti soggetti a forti sollecitazioni meccaniche perché rispetto alle adesioni focali vanno a conferire una più forte adesione alla membrana plasmatica. La struttura è quella di un desmosoma, dove però come controparte si trova la membrana basale. Anche in questo caso le proteine transmembrana si ancorano ai filamenti intermedi del citoscheletro, m entre dall’altra parte le integrine sono in contatto con le laminine delle membrane basali. Lezione n°6 – Prof. Matteo Giovarelli – Istologia – Epiteli: Generalità e Rivestimento – Reviewer: Paolo Maresca 19 Inoltre, a livello della membrana basale, talvolta sono presenti delle specializzazioni, che consentono l’ampliamento della superficie di contatto della cellula stessa. Tra le specializzazioni troviamo delle introflessioni della membrana plasmatica, che sp esso accolgono i mitocondri , organelli