Reconhecimento célula-célula - Cell–cell recognition
O reconhecimento célula-célula é a capacidade da célula de distinguir um tipo de célula vizinha de outra. Este fenômeno ocorre quando moléculas complementares em superfícies celulares opostas se encontram. Um receptor na superfície de uma célula se liga ao seu ligante específico em uma célula próxima, iniciando uma cascata de eventos que regulam os comportamentos celulares que variam da simples adesão à diferenciação celular complexa. Como outras funções celulares, o reconhecimento célula-célula é afetado por mutações prejudiciais nos genes e proteínas envolvidas e está sujeito a erros. Os eventos biológicos que se desdobram devido ao reconhecimento célula-célula são importantes para o desenvolvimento animal, microbiomas e medicina humana.
Fundamentos
O reconhecimento célula-célula ocorre quando duas moléculas restritas às membranas plasmáticas de células diferentes se ligam uma à outra, desencadeando uma resposta de comunicação, cooperação, transporte, defesa e / ou crescimento. Em vez de induzir uma resposta distal, como os hormônios secretados podem fazer, esse tipo de ligação requer que as células com as moléculas de sinalização estejam próximas umas das outras. Esses eventos podem ser agrupados em duas categorias principais: Reconhecimento intrínseco e Reconhecimento extrínseco . O reconhecimento intrínseco é quando células que fazem parte de um mesmo organismo se associam. Reconhecimento extrínseco é quando a célula de um organismo reconhece uma célula de outro organismo, como quando uma célula de mamífero detecta um microrganismo no corpo. As moléculas que completam essa ligação consistem em proteínas, carboidratos e lipídios, resultando em uma variedade de glicoproteínas , lipoproteínas e glicolipoproteínas. Estudos sugerem que as interações glicano-glicano, observadas em aproximadamente 200-300pN, também podem desempenhar um papel no reconhecimento célula-célula. Os carboidratos complexos, em particular, foram estudados para serem extremamente integrais no reconhecimento célula-célula, especialmente quando são reconhecidos por carboidratos complementares. A fim de garantir um local de ligação adequado, verificando as áreas circundantes ou garantindo uma ligação que anteriormente era feita, os carboidratos complexos e seus carboidratos complementares são capazes de criar sistemas de interação flexíveis. Estas interações, embora observadas como fracas, foram estudadas em uma variedade de assuntos de teste, incluindo, mas não se limitando a, células embrionárias de camundongo, células epiteliais da córnea e células de carcinoma embrionário humano.
Funções biológicas para reconhecimento intrínseco
Crescimento e desenvolvimento
Uma das versões mais básicas de reconhecimento célula-célula para adesão pode ser observada nas esponjas , o grupo mais primitivo do reino animal. As esponjas se desenvolvem por meio da agregação de células individuais em grupos maiores. Por meio de proteínas de ligação à membrana e íons secretados, as células esponjosas individuais são capazes de coordenar a agregação enquanto evitam a fusão entre diferentes espécies ou até mesmo diferentes indivíduos. Isso foi descoberto quando as tentativas de enxerto de células esponjosas de diferentes espécies ou indivíduos da mesma espécie falharam, enquanto as tentativas de usar células do mesmo indivíduo se fundiram com sucesso. Isso é provavelmente devido a caderinas distintas , uma proteína da membrana que se liga ao cálcio, expressa por diferentes espécies de esponjas e indivíduos. As caderinas também estão presentes em organismos mais complexos. Em embriões de camundongos, a caderina-E nas membranas celulares é responsável pela adesão das células necessárias para a compactação embrionária.
Reconhecimento de células para resposta a lesões
Quando um grande organismo multicelular sofre uma lesão, o reconhecimento célula-célula está frequentemente envolvido em trazer certos tipos de células para o local da lesão. Um exemplo comum disso são as células que expressam selectina em animais. A selectina é uma proteína receptora encontrada nas membranas dos leucócitos, células plaquetárias e células endoteliais que se ligam aos glicanos ligados à membrana. Em resposta a uma lesão, as células endoteliais expressam selectina, que se liga aos glicanos presentes na superfície da célula leucocitária. As células plaquetárias, que estão envolvidas no reparo do tecido, usam suas selectinas para se associar aos leucócitos no caminho para as células endoteliais. Os leucócitos então usam suas próprias selectinas para reconhecer patógenos potenciais no local da lesão. Desta forma, as células apropriadas são trazidas para o local de uma lesão para lidar com o reparo imediato ou microorganismos invasores.
Funções biológicas para reconhecimento extrínseco
Reconhecimento de patógenos no sistema imunológico
As células com habilidades de reconhecimento do sistema imunológico incluem macrófagos, células dentríticas, células T e células B. O reconhecimento célula-célula é especialmente importante no sistema imunológico inato, que identifica os patógenos de maneira muito geral. Central para este processo é a ligação de receptores de reconhecimento de padrões (PRRs) de fagócitos e padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs) em microrganismos patogênicos. Um tipo de PRR é um grupo de glicoproteínas de membrana integrantes chamadas receptores toll-like (TLRs), que podem reconhecer certas lipoproteínas, peptidoglicanos, DNA rico em CpG e componentes flagelares em células bacterianas, bem como glicoproteínas e fosfolipídeos de parasitas protozoários e conídios (esporos de fungos). A ligação de PAMPs a proteínas TLR geralmente resulta em uma cascata de sinalização interna incluindo uma série de fosforilações, a adição de um grupo fosfato e ubiquitinações, a adição de uma pequena proteína que marca moléculas para degradação, que eventualmente leva à transcrição de genes relacionado à inflamação. O uso de TLRs por células do sistema imune inato levou a uma batalha evolutiva entre células patogênicas que desenvolvem diferentes PAMPs que não podem ser reconhecidos e células imunes que desenvolvem novas proteínas de membrana que podem reconhecê-los.
Ecologia bacteriana
Organismos unicelulares podem se ligar uns aos outros por meio de receptores de superfície para cooperação e competição. Isso foi amplamente observado em bactérias. Por exemplo, as bactérias podem se ligar umas às outras através da ligação das proteínas da membrana externa TraA e TraB para facilitar um processo denominado troca da membrana externa (OME), que permite que as células bacterianas troquem lipídios, açúcares e toxinas da membrana. O reconhecimento de células e OME só podem ser alcançados se as variantes TraA e TraB do mesmo grupo de reconhecimento se ligarem. Essas interações podem gerar a diversidade fisiológica necessária para a resistência aos antibióticos em populações bacterianas. A proteína de membrana de Escherichia coli ChiA está envolvida no processo de inibição dependente de contato (CDI) em que se liga a receptores em cepas rivais de E. coli e libera uma toxina que impede o crescimento dessas cepas enquanto a célula inibidora e membros dessa cepa estão protegidos. A bactéria Proteus mirabilis usa a proteína T6SS para iniciar o enxame e destruição de outras colônias bacterianas após o reconhecimento, seja pela liberação de toxinas ou pela liberação de proteínas de sinal para outras células P. mirabilis . A ligação de receptores de superfície bacteriana para adesão também tem sido implicada na formação de biofilmes.
Reconhecimento de glóbulos vermelhos
Tipos de sangue
Os glóbulos vermelhos contêm antígenos em suas membranas plasmáticas que os distinguem como parte de uma categoria específica de glóbulos. Esses antígenos podem ser polissacarídeos, glicoproteínas ou proteínas ligadas a GPI (um glicolipídeo). Os antígenos variam em complexidade, desde pequenas moléculas ligadas ao lado extracelular da bicamada fosfolipídica, até grandes proteínas de membrana que se enrolam muitas vezes entre os dois lados da membrana. Os antígenos polissacarídeos menores classificam as células sanguíneas nos tipos A, B, AB e O, enquanto os antígenos protéicos maiores classificam as células sanguíneas nos tipos Rh D-positivo e Rh D-negativo. Embora o papel biológico do tipo de sangue correto não seja claro e possa ser vestigial, sabe-se que as consequências dos tipos de sangue incorretos são graves. As mesmas células que reconhecem PAMPs em patógenos microbianos podem se ligar ao antígeno de uma célula sanguínea estranha e reconhecê-la como um patógeno porque o antígeno é desconhecido. Não é fácil classificar o reconhecimento de glóbulos vermelhos como intrínseco ou extrínseco, pois uma célula estranha pode ser reconhecida como parte do organismo se tiver os antígenos corretos.
Mutações prejudiciais
Mutações TLR
Mutações em proteínas receptoras de mamíferos podem causar distúrbios no reconhecimento célula-célula, aumentando a suscetibilidade individual a certos patógenos e condições crônicas. Quando ocorrem mutações em genes que codificam para TLRs, as proteínas podem perder a capacidade de se ligar a polissacarídeos, lipídios ou proteínas na parede celular ou membrana de patógenos unicelulares, resultando em uma falha do sistema imunológico inato em responder à infecção que permite que a doença se desenvolva rapidamente. Em particular, mutações nos genes para TLR2 e TLR4 têm sido frequentemente implicadas no aumento da suscetibilidade a patógenos. Uma mutação de treonina em cisteína no gene TRL2 foi associada à falha no reconhecimento do Mycobacterium tuberculosis, o agente causador da meningite tuberculosa. A mesma mutação, T597C, foi posteriormente observada de forma consistente com a falha no reconhecimento do Mycobacterium leprae , o agente causador da hanseníase. Uma mutação de arginina para glutamina em TRL2, Arg753Gln, foi associada ao aumento de infecções do trato urinário pediátricas causadas por bactérias gram-positivas. Múltiplas mutações em TLR4, Asp299Gly e Thr399Ile, foram implicadas na suscetibilidade aos patógenos bacterianos que causam Periodontite. A conexão de mutações TLR com a doença de Chron também foi investigada, mas não produziu evidências conclusivas. A característica comum entre essas mutações missense é que os resíduos de aminoácidos que são substituídos têm propriedades notavelmente diferentes da cadeia lateral, o que provavelmente contribui para a função da proteína TLR defeituosa.