Polaridad epitelial

La polaridad epitelial es un ejemplo de la polaridad celular que es una característica fundamental de muchos tipos de células . Las células epiteliales presentan dominios de membrana plasmática "apical", "lateral" y "basal" distintos . Las células epiteliales se conectan entre sí a través de sus membranas laterales para formar láminas epiteliales que recubren cavidades y superficies en todo el cuerpo animal. Cada dominio de membrana plasmática tiene una composición proteica distinta, lo que les otorga propiedades distintas y permite el transporte direccional de moléculas a través de la lámina epitelial. No está claro cómo las células epiteliales generan y mantienen la polaridad, pero se ha descubierto que ciertas moléculas desempeñan un papel clave.

En la membrana apical se encuentran una variedad de moléculas , pero solo unas pocas moléculas clave actúan como determinantes necesarios para mantener la identidad de la membrana apical y, por lo tanto, la polaridad epitelial. Estas moléculas son las proteínas Cdc42 , proteína quinasa C atípica (aPKC), Par6 , Par3 /Bazooka/ASIP. ^[1] Crumbs, "Stardust" y proteína en uniones estrechas (PATJ). Estas moléculas parecen formar dos complejos distintos: un complejo aPKC-Par3-Par6 "aPKC" (o "Par") que también interactúa con Cdc42; y un complejo Crumbs-Stardust-PATJ "Crumbs". De estos dos complejos, el complejo aPKC es el más importante para la polaridad epitelial, siendo necesario incluso cuando el complejo Crumbs no lo es. Crumbs es la única proteína transmembrana en esta lista y el complejo Crumbs sirve como una señal apical para mantener el complejo aPKC apical durante cambios complejos en la forma celular. ^{[ cita requerida ]}

En el contexto de la fisiología del túbulo renal , el término membrana basolateral se refiere a la membrana celular que está orientada en dirección opuesta al lumen del túbulo, mientras que el término membrana apical o luminal se refiere a la membrana celular que está orientada hacia el lumen. La función principal de esta membrana basolateral es captar los productos de desecho metabólicos en la célula epitelial para su eliminación en el lumen, donde se transportan fuera del cuerpo en forma de orina . Una función secundaria de la membrana basolateral es permitir el reciclaje de sustratos deseables, como la glucosa , que se han rescatado del lumen del túbulo para ser secretados en los líquidos intersticiales . ^[2]

Las membranas basales y laterales comparten determinantes comunes, las proteínas LLGL1 , DLG1 y SCRIB . Estas tres proteínas se localizan en el dominio basolateral y son esenciales para la identidad basolateral y la polaridad epitelial.

Todavía no se comprende del todo cómo se polarizan las células epiteliales. Se han propuesto algunos principios clave para mantener la polaridad, pero aún quedan por descubrir los mecanismos que subyacen a estos principios.

El primer principio es la retroalimentación positiva . En los modelos informáticos, una molécula que puede estar asociada a la membrana o ser citoplasmática puede polarizarse cuando su asociación con la membrana está sujeta a una retroalimentación positiva: esa localización en la membrana ocurre con mayor fuerza donde la molécula ya está más concentrada. En modelos similares, los investigadores han demostrado que las células epiteliales pueden autoensamblarse en un rico conjunto de formas biológicas robustas. ^[3] En la levadura Saccharomyces cerevisiae , existe evidencia genética de que Cdc42 está sujeta a una retroalimentación positiva de este tipo y puede polarizarse espontáneamente, incluso en ausencia de una señal externa. En la mosca de la fruta Drosophila melanogaster , Cdc42 es reclutado por el complejo aPKC y luego promueve la localización apical del complejo aPKC en un probable bucle de retroalimentación positiva. Por lo tanto, en ausencia de Cdc42 o del complejo aPKC, los determinantes apicales no se pueden mantener en la membrana apical y, en consecuencia, se pierde la identidad y la polaridad apicales.

El segundo principio es la segregación de los determinantes de polaridad. La clara distinción entre los dominios apical y basolateral se mantiene mediante un mecanismo activo que impide la mezcla. La naturaleza de este mecanismo no se conoce, pero claramente depende de los determinantes de polaridad. En ausencia del complejo aPKC, los determinantes basolaterales se propagan hacia el antiguo dominio apical. Por el contrario, en ausencia de Lgl, Dlg o Scrib, los determinantes apicales se propagan hacia el antiguo dominio basolateral. Por tanto, los dos determinantes se comportan como si ejercieran repulsión mutua entre sí.

El tercer principio es la exocitosis dirigida . Las proteínas de la membrana apical se desplazan desde el Golgi hacia la membrana apical, en lugar de hacia la basolateral, porque los determinantes apicales sirven para identificar el destino correcto para la entrega de vesículas . Es probable que funcione un mecanismo relacionado para las membranas basolaterales.

El cuarto principio es la modificación de lípidos. Un componente de la bicapa lipídica, el fosfatidil inositol fosfato (PIP), puede ser fosforilado para formar PIP ₂ y PIP _3. En algunas células epiteliales, PIP ₂ se localiza apicalmente mientras que PIP ₃ se localiza basolateralmente. En al menos una línea celular cultivada, la célula MDCK, este sistema es necesario para la polaridad epitelial. La relación entre este sistema y los determinantes de polaridad en los tejidos animales sigue sin estar clara.

Dado que las membranas basales y laterales comparten los mismos determinantes, otro mecanismo debe marcar la diferencia entre los dos dominios. La forma y los contactos celulares proporcionan el mecanismo probable. Las membranas laterales son el sitio de contacto entre las células epiteliales, mientras que las membranas basales conectan las células epiteliales con la membrana basal , una capa de matriz extracelular que se encuentra a lo largo de la superficie basal del epitelio. Ciertas moléculas, como las integrinas , se localizan específicamente en la membrana basal y forman conexiones con la matriz extracelular.

Las células epiteliales tienen distintas formas que se relacionan con su función en el desarrollo o la fisiología. No se sabe bien cómo adoptan determinadas formas las células epiteliales, pero debe implicar el control espacial del citoesqueleto de actina , que es fundamental para la forma celular en todas las células vegetales.

Las ampollas apicales , también llamadas blebs apicales , son pequeñas protuberancias de citoplasma hacia el lumen. Se encuentran normalmente en las células apocrinas , y también pueden aparecer en la metaplasia apocrina y en los cambios de células columnares en la mama. ^[4]

Todas las células epiteliales expresan la molécula de adhesión transmembrana E-cadherina , una cadherina que se localiza principalmente en la unión entre las membranas apical y lateral. Los dominios extracelulares de las moléculas de E-cadherina de las células vecinas se unen entre sí a través de una interacción homotípica. Los dominios intracelulares de las moléculas de E-cadherina se unen al citoesqueleto de actina a través de las proteínas adaptadoras alfa-catenina y beta-catenina . ^[5] Por lo tanto, la E-cadherina forma uniones adherentes que conectan los citoesqueletos de actina de las células vecinas. Las uniones adherentes son las principales uniones que soportan fuerza entre las células epiteliales y son fundamentalmente importantes para mantener la forma de las células epiteliales y para los cambios dinámicos de forma durante el desarrollo del tejido. No se sabe cómo se localiza la E-cadherina en el límite entre las membranas apical y lateral, pero las membranas polarizadas son esenciales para mantener la E-cadherina en las uniones adherentes.

• Polaridad celular

Bruce Alberts; Alexander Johnson; Julian Lewis; Martin Raff; Keith Roberts; Peter Walter, eds. (2002). Biología molecular de la célula (4.ª ed.). Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3.