L’inibizione del contatto è un meccanismo di regolazione che funziona per mantenere le cellule che crescono in uno strato di una cella di spessore (un monostrato). Se una cella ha molto spazio di substrato disponibile, si replica rapidamente e si muove liberamente. Questo processo continua fino a quando le cellule occupano l’intero substrato. A questo punto, le cellule normali smetteranno di replicarsi.
Quando le cellule mobili entrano in contatto in colture confluenti, mostrano una diminuzione della mobilità e dell’attività mitotica nel tempo. È stato dimostrato che la crescita esponenziale si verifica tra colonie in contatto per numerosi giorni, con l’inibizione dell’attività mitotica che si verifica molto più tardi. Questo ritardo tra il contatto cellula-cellula e l’inizio dell’inibizione della proliferazione si riduce man mano che la coltura diventa più confluente. Pertanto, si può ragionevolmente concludere che il contatto cellula-cellula è una condizione essenziale per l’inibizione da contatto della proliferazione, ma è di per sé insufficiente per l’inibizione mitotica. Oltre a entrare in contatto con altre cellule, le cellule inibite dal contatto devono anche essere costrette a ridurre la sua area cellulare sotto lo stress meccanico e i vincoli imposti dalle cellule circostanti. Infatti, è stato suggerito che la tensione meccanica agisce come un segnale inibitorio per la mitosi. Inoltre, è importante notare che tale inibizione dell’attività mitotica è un fenomeno locale; si verifica tra poche cellule selezionate in una coltura probabilmente eterogenea.
Ruolo nel cancroEdit
Le cellule umane non trasformate mostrano un comportamento cellulare normale e mediano la loro crescita e proliferazione tramite l’interazione tra nutrienti ambientali, segnalazione del fattore di crescita e densità cellulare. Quando la densità cellulare aumenta e la coltura diventa confluente, iniziano l’arresto del ciclo cellulare e riducono la proliferazione e le vie di segnalazione mitogene indipendentemente dai fattori esterni o dal metabolismo cellulare. Questa proprietà è nota come inibizione del contatto della proliferazione ed è essenziale per il corretto sviluppo embrionale, così come la riparazione dei tessuti, la differenziazione e la morfogenesi. Le cellule cancerose in genere perdono questa proprietà e quindi si dividono e crescono l’una sull’altra in modo incontrollato anche a contatto con cellule vicine. Ciò si traduce nell’invasione dei tessuti circostanti, nella loro metastasi agli organi vicini e infine nella tumorigenesi. Le cellule di ratti talpa nudi, una specie in cui il cancro non ha mai osservato, mostrano ipersensibilità all’inibizione del contatto. Questa scoperta può fornire un indizio per la resistenza al cancro. Inoltre, recenti studi hanno ulteriormente rivelato alcuni meccanismi di inibizione del contatto della proliferazione e le sue potenziali implicazioni nella terapia del cancro.
Inoltre, è stato dimostrato che la formazione di adesione cellula-cellula non solo limita la crescita e la proliferazione imponendo vincoli fisici come l’area cellulare, ma anche innescando vie di segnalazione che regolano la proliferazione. Uno di questi percorsi è il percorso di segnalazione Hippo-YAP, che è in gran parte responsabile dell’inibizione della crescita cellulare nei mammiferi. Questa via consiste principalmente in una cascata di fosforilazione che coinvolge le serin chinasi ed è mediata da proteine regolatrici, che regolano la crescita cellulare legandosi ai geni che controllano la crescita. L’ippopotamo serina / treonina chinasi (Mst1/Mst2 nei mammiferi) attiva una chinasi secondaria (Lats1 / Lats2), che fosforila YAP, un attivatore trascrizionale dei geni della crescita. La fosforilazione di YAP serve per esportarlo dal nucleo e impedirgli di attivare i geni che promuovono la crescita; questo è il modo in cui la via Ippopotamo-YAP inibisce la crescita cellulare. Ancora più importante, la via Hippo-YAP utilizza elementi a monte per agire in risposta al contatto cellula-cellula e controlla l’inibizione della proliferazione dipendente dalla densità. Ad esempio, le cadherine sono proteine transmembrana che formano giunzioni cellulari attraverso il legame omofilo e quindi fungono da rivelatori per il contatto cellula-cellula. Caderina – mediata attivazione della via inibitoria coinvolge la transmembrana E-caderina formando un legame omofilo al fine di attivare α – e β-catenina, che poi stimolano i componenti a valle della via ippopotamo-YAP alla fine downregulate crescita cellulare. Ciò è coerente con la scoperta che la sovraespressione di E-caderina ostacola la metastasi e la tumorigenesi. Poiché è dimostrato che YAP è associato alla segnalazione del fattore di crescita mitogenico e quindi alla proliferazione cellulare, è probabile che gli studi futuri si concentreranno sul ruolo della via Ippopotamo-YAP nelle cellule tumorali.
Tuttavia, è importante notare che le cellule inibite dal contatto subiscono l’arresto del ciclo cellulare, ma non senesce. In effetti, è stato dimostrato che le cellule inibite dal contatto riprendono la normale proliferazione e la segnalazione di mitogeno dopo essere state replicate in una coltura meno confluente. Pertanto, l’inibizione del contatto della proliferazione può essere vista come una forma reversibile di arresto del ciclo cellulare. Inoltre, per passare dall’arresto del ciclo cellulare alla senescenza, le cellule inibite dal contatto devono attivare percorsi di attivazione della crescita come mTOR. Una volta che le cellule in colture ad alta densità diventano abbastanza confluenti tale che l’area cellulare scende al di sotto di un valore critico, le formazioni di adesione innescare percorsi che downregulate segnalazione mitogeno e proliferazione cellulare. La via mTOR che promuove la crescita è quindi inibita e di conseguenza le cellule inibite dal contatto non possono passare dall’arresto del ciclo cellulare alla senescenza. Ciò ha implicazioni cruciali nella terapia del cancro; anche se le cellule tumorali non sono inibite dal contatto, le colture di cellule tumorali confluenti sopprimono ancora i loro macchinari di senescenza. Pertanto, questa può essere una spiegazione plausibile perché i farmaci per la terapia del cancro che inducono la senescenza sono inefficaci.
Cell motilityEdit
Nella maggior parte dei casi, quando due celle si scontrano tentano di muoversi in una direzione diversa per evitare collisioni future; questo comportamento è noto come inibizione del contatto della locomozione. Quando le due cellule entrano in contatto, il loro processo locomotore è paralizzato. Ciò avviene tramite un meccanismo multistep e sfaccettato che comporta la formazione di un complesso di adesione cellula-cellula in caso di collisione. Si pensa che lo smontaggio di questo complesso sia guidato in gran parte dalla tensione nelle cellule e alla fine provoca il cambiamento delle direzioni delle cellule in collisione.
In primo luogo, le cellule mobili si scontrano e si toccano attraverso le rispettive lamelle, la cui actina mostra un elevato flusso retrogrado. Un’adesione cellulare si forma tra le lamelle, riducendo la portata retrograda delle actine nell’area immediatamente circostante l’adesione. Di conseguenza, la velocità e la motilità delle cellule sono ridotte. Ciò consente quindi alle fibre di stress di actina e ai microtubuli di formarsi e allinearsi l’uno con l’altro in entrambi i partner in collisione. L’allineamento di queste fibre di stress accumula localmente la tensione elastica nelle lamelle. Alla fine, l’accumulo di tensione diventa troppo grande e il complesso di adesione cellulare si dissocia, collassa le sporgenze delle lamelle e rilascia le cellule in direzioni diverse nel tentativo di alleviare la tensione elastica. Un possibile evento alternativo che porta anche alla dissociazione dell’assemblaggio è che al momento dell’allineamento delle fibre di stress, i bordi iniziali delle cellule si ripolarizzano lontano dalle lamelle contigue. Ciò produce una significativa tensione elastica su tutti i corpi cellulari, non solo nel sito locale di contatto, e allo stesso modo causa lo smontaggio del complesso di adesione. La tensione elastica è stata pensata per essere la forza trainante primaria del collasso della protrusione, dello smontaggio complesso e della dispersione delle cellule. Sebbene questa ipotetica tensione sia stata caratterizzata e visualizzata, il modo in cui la tensione si accumula nelle lamelle e il modo in cui la ripolarizzazione cellulare contribuisce all’accumulo di tensione rimangono aperti all’indagine.
Inoltre, man mano che la replicazione aumenta la quantità di cellule, diminuisce il numero di direzioni in cui queste cellule possono muoversi senza toccarne un’altra. Le cellule tenteranno anche di allontanarsi da un’altra cellula perché si attaccano meglio all’area intorno a loro, una struttura chiamata substrato, che su altre cellule. Quando le due cellule che si scontrano sono diversi tipi di cellule, uno o entrambi possono rispondere alla collisione.
Alcune linee cellulari immortalate, pur essendo in grado di proliferare indefinitamente, continuano a sperimentare l’inibizione del contatto, anche se generalmente in misura minore rispetto alle normali linee cellulari.