Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Caderina


Molecola del Mese di Marzo 2008

Caderina
Nel nostro corpo ci sono migliaia di miliardi di cellule che lavorano per mantenerci vivi.
E' naturale, quindi, che siano necessarie complesse infrastrutture per tenere insieme tutte queste cellule. Tali strutture sono articolate su più livelli. Alcune hanno dimensioni macroscopiche, come le ossa e i muscoli, che servono a sostenere e muovere il nostro corpo. Altre strutture hanno dimensioni intermedie, per esempio molti degli spazi tra gli organi sono riempiti con tessuto connettivo formato da un intreccio di fibre molto resistenti di collagene (mdm 4-2000). Infine vi sono strutture microscopiche, di dimensioni molecolari, che fanno aderire ogni cellula alle cellule vicine.


Proteine Adesive
Le caderine (dall'inglese Cell Adhere) sono molecole che incollano le cellule una all'altra. Sono costituite da lunghe proteine che si estendono fuori dalla membrana cellulare. La loro porzione esterna (mostrata qui a lato dal file PDB 1l3w) è composta da una serie di subunità poste una dopo l'altra per formare una fibra, inoltre vi sono ioni calcio legati in ogni subunità per dare rigidità alla struttura. Se il calcio viene rimosso, la catena diventa molle e viene facilmente distrutta dagli enzimi proteolitici. Sulla punta della catena si trova un amminoacido di tirosina, mostrato qui in rosso, che si lega alle caderine delle cellule vicine e in questo modo fa aderire le cellule tra loro.
La coda della catena di caderina, in basso, attraversa la membrana cellulare (mostrata qui schematicamente in grigio) e si lega al citoscheletro per mezzo di altre proteine chiamate catenine. La beta catenina (mostrata qui in blu dal file PDB 1i7x) si lega alla coda della caderina che sporge all'interno della cellula. L'alfa catenina (non mostrata qui) si lega poi alla beta catenina e ai filamenti di actina del citoscheletro.

Appiccicosità Selettiva
Ci sono molti tipi di caderine, costruite per i vari tipi di cellule. Ognuna è leggermente diversa dalle altre e si appiccica solo alle sue simili. Per esempio quella mostrata qui è la caderina delle cellule epiteliali. Le diverse caderine giocano un ruolo importante nello sviluppo degli embrioni perchè consentono alle cellule appena formate di trovare il loro tessuto e di fissarsi al posto giusto. Negli embrioni i legami tra le cellule sono più deboli dato che queste devono distribuirsi tra i vari tessuti, poi i legami si rinforzano nel tempo quando il tessuto matura.















Incollare le Cellule
Le molecole di caderina si uniscono tra loro fianco a fianco per formare un grosso filamento, chiamato giunzione adesiva, che incolla le cellule tra loro. C'è ancora qualche controversia su come le caderine siano organizzate in queste giunzioni. Le immagini ottenute al microscopio elettronico appaiono diverse a seconda del metodo con cui vengono preparati i campioni.
Alcune tecniche mostrano una struttura molto ordinata con le catene di caderina che partono da una cellula, restano allineate fianco a fianco in modo simmetrico e si legano poi al fascio di caderine della cellula vicina, anche queste allineate nello stesso modo.
Altre tecniche, invece, mostrano un groviglio di catene che si intrecciano e si connettono ad ogni altra catena con cui vengono in contatto.
Le strutture mostrate qui illustrano questi due punti di vista.
Sulla sinistra è mostrata una struttura ottenuta con la cristallografia a raggi X, nella quale le catene di caderina hanno una disposizione simmetrica (file PDB 1l3w).
La struttura in centro e quella sulla destra, invece, sono state ottenute riadattando la struttura molecolare della caderina per riprodurre quella di due strutture osservate al microscopio elettronico (file PDB 1q5a e 1q5c). Questi modelli mostrano una organizzazione molto più casuale delle catene.


Esplorando la Struttura
Il contatto adesivo tra due catene proteiche di caderina si realizza quando una tirosina di una catena si lega all'interno di una tasca dell'altra catena. Il punto di contatto è mostrato qui utilizzando il file PDB 1l3w. Notate i tre ioni calcio (verdi) legati tra i due domini che rendono rigida l'intera struttura. Se vorrete esplorare questa interazione da soli, scoprirete che il file PDB 1l3w è interessante da esaminare per la bella presenza degli ioni calcio e degli amminoacidi di tirosina, ma è composto di una sola catena. Qui a destra, artificialmente, ne sono state mostrate due utilizzando un'operazione di simmetria grafica al computer.

Nel file PDB 1nci, invece, (vedi figura in basso a destra) sono incluse le porzioni terminali di due catene di caderina e quindi è più facile osservare come queste interagiscano, però qui mancano gli ioni calcio.






Come si può vedere nell'immagine qui sopra a sinistra, l'amminoacido tirosina possiede un anello a sei atomi e un gruppo ossidrile in alto, legato all'anello.

E' interessante notare che le due catene di caderina (mostrate in rosso e in verde qui a lato) interagiscono tra loro avvicinando un amminoacido di tirosina su una catena ad uno di triptofano sull'altra catena (il triptofano è composto di due anelli fusi insieme, uno da sei e uno da cinque atomi).
Nell'immagine qui a lato, ottenuta dal file PDB 1nci, si vede, sulla sinistra, che è proprio il triptofano della catena verde coi suoi due anelli che si infila in una tasca nella catena rossa per avvicinarsi all'anello rosso della tirosina.
Questa interazione si ripete in modo simmetrico nella catena verde sulla destra.


Bibliografia

S. Pokutta and W. I. Weis (2007) Structure and Mechanism of Cadherins and Catenins in Cell-Cell Contacts. Annual Review of Cell and Developmental Biology 23, 237-261.

J. M. Gooding, K. L. Yap and M. Ikura (2004) The Cadherin-Catenin Complex as a Focal Point of Cell Adhesion and Signalling: New Insights from Three-dimensional Structures. BioEssays 26, 497-511.