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

Caderina


Molecola del Mese di Marzo 2008
La caderina è una proteina adesiva che tiene unite le cellule vicine

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 a fianco 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 a fianco 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 un triptofano (piccole sfere verdi e blu) di una catena si lega all'interno di una tasca apolare dell'altra catena dove è presente una tirosina (beige e rossa) e una leucina. Il punto di contatto è mostrato qui sotto utilizzando il file PDB 1l3w. Notate i tre ioni calcio (verdi) legati tra i due domini che rendono rigida l'intera struttura.

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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 e triptofano, ma è composto di una sola catena come si vede qui sotto.



Nel file PDB 1nci, invece, (qui sotto) sono incluse le porzioni terminali di due catene di caderina e quindi è più facile osservare come queste interagiscano, anche se, purtroppo, mancano gli ioni calcio.
Le due catene di caderina (una verde e l'altra arancione) interagiscono tra loro infilando il triptofano di una catena (piccole sfere), in una tasca dell'altra catena formata da una tirosina e una isoleucina.
Le interazioni apolari tra questi amminoacidi creano quella reciproca appiccicosità che tiene unite le due catene.



Bibliografia
S. Pokutta, 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.

 

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