Comunicazione cellulare

Biosegnalazione

Per biosegnalazione si intende una serie di processi molecolari utilizzati dalle cellule per comunicare e che sono alla base dei meccanismi di comunicazione cellulare. L'intero processo può essere riassunto brevemente in questi passi principali:

• Una cellula segnalatrice produce una molecola segnale o messaggero chimico, in grado di raggiungere il bersaglio.
• La cellula bersaglio è in grado di riconoscere la molecola segnale, grazie ai recettori presenti sulla sua superficie.
• I recettori a sua volta sono in grado di produrre segnali intracellulari.

L'intero processo che traduce l'informazione portata dal messaggero extracellulare in cambiamenti intracellulari viene definito trasduzione del segnale.

Molecole segnale

Come descritto in precedenza, le molecole segnale rappresentano una componente fondamentale del sistema di comunicazione cellulare. Queste molecole sono extracellulari e sono secrete (prodotte e rilasciate nell'ambiente extracellulare) da altre cellule o dalla cellula bersaglio stessa. Esse possono agire quindi sulla cellula stessa, a brevi e a lunghe distanze.

Le molecole segnale o messaggeri chimici conosciute ad oggi, sono migliaia e vengono divise in due categorie principali:

• Molecole idrosolubili o idrofiliche: in genere molecole troppo grandi o troppo idrofiliche per attraversare la membrana e quindi interagiscono con recettori per consegnare il messaggio.
• Molecole liposolubili o idrofobiche: in genere molecole di piccole dimensioni e liposolubili, quindi in grado di attraversare la membrana tramite diffusione.

Le molecole segnale idrosolubili comprendono ad esempio i neurotrasmettitori e la maggior parte degli ormoni. I messaggeri liposolubili comprendono ad esempio gli ormoni steroidei.

Ciascuna cellula riceve e interagisce con specifiche tipologie di molecole segnale in base ai recettori presenti sulla sua superficie o nel citoplasma. Ciò è determinato dalla specializzazione della cellula e contraddistingue anche la risposta al segnale.

Strategie di segnalazione

Come accennato le molecole segnale possono essere secrete da diverse cellule, inclusa la cellula bersaglio stessa e possono agire in diversi modi. La cellula bersaglio può infatti corrispondere con la cellula che ha rilasciato la molecola segnale, mentre in altri casi le molecole segnale possono consegnare il messaggio chimico in cellule molto distanti tra loro.

In generale, possono essere descritte quattro possibili vie di comunicazione cellulare:

• Via di comunicazione autocrina: la cellula bersaglio è la stessa cellula di segnalazione.
• Via di comunicazione dipendente da contatto: le molecole di segnalazione rimangono sulla superficie della cellula di segnalazione interagendo con le cellule bersaglio senza dover abbandonare la cellula di segnalazione.
• Via di comuicazione paracrina: la molecola di segnalazione agisce a brevissima distanza su cellule bersaglio diverse ma situate nei pressi della cellula di segnalazione.
• Via di comunicazione endocrina: la molecola di seganalazione viene secreta nel flusso sanguigno e trasportata alla cellula bersaglio, situata a grande distanza.

Recettori, secondi messaggeri e segnalazione intracellulare

E' stato descritto in precedenza, in breve, il significato ed il ruolo di alcune proteine in grado di legarsi con specifiche molecole segnale (ligandi) definite recettori e coinvolte nei meccanismi di segnalazione cellulare. Hai potuto apprendere anche che ogni cellula esprime sulla sua superficie specifici recettori, contribuendo a determinare le interazioni con molecole segnale e la specializzazione della cellula stessa.

Di seguito verranno descritte più nel dettaglio le caratteristiche dei recettori più comuni.

• Recettori di superficie: sono epressi sulla superficie della membrana cellulare e interagiscono con molecole idrofiliche o di grandi dimensioni, non in grado di attraversare la membrana. Rappresentano i recettori più comuni e possono essere collegati a canali ionici, collegati a proteine G o legati ad enzimi. L'interazione con il ligando (molecola segnale) scatena una cascata di reazioni partendo da cambiamenti conformazionali del recettore stesso e/o delle proteine ad esso legate.
• Recettori nucleari: sono situati nel nucleo cellulare e interagiscono con le molecole segnale lipofile in grado di attraversare la membrana e raggiungere il nucleo.

Il messaggio chimico consegnato dalle molecole segnale ai recettori passa spesso attraverso l'azione di secondi messaggeri e/o proteine di segnalazione intracellulare. Spesso accoppiate ai recettori, i messaggeri secondari sono piccole molecole, come enzimi o proteine G, in grado di amplificare il segnale derivante dall'interazione tra ligando e recettore. In poche parole esse rappresentano una cassa di risonanza per diffondere il segnale all'interno della cellula e consentire la sua propagazione fino al bersaglio o i bersagli finali.

Regolazione del segnale

Esistono due principi attraverso il quale i meccanismi di segnalazione vengono regolati:

• Feedback negativo: un segnale in "uscita" da una cellula, inibisce (stoppa) la produzione del segnale stesso. Questo può essere regolato ad esempio da un incremento e accumulo della molecola target prodotta come risposta al segnale, e una volta accumulata il suo aumento di concentrazione servirà come segnale (feedback) per stoppare la sua "produzione".
• Feedback positivo: un segnale in "uscita" da una cellula che induce o stimola l'incremento della produzione di una specifica molecola o della molecola segnale in grado di stimolarne la sintesi. Considerando l'esempio precedente ma all'opposto, quando la concentrazione di una sostanza diminiusce al di sotto di una determinata soglia, si attivano meccanismi cellulari in grado di indurre il rilascio (secrezione) di molecole segnali che comporteranno un aumento della produzione della molecola target.