Segnalazioni dirette

Le segnalazioni dirette avvengono tra due o poche cellule che si trovano in contatto tra loro. Uno dei due tipi di segnalazione diretta è quello che avviene mediante l'interazione di molecole (in genere proteine) presenti sulla membrana cellulare di due cellule vicine.

Le molecole interessate in questa interazione devono avere caratteristiche precise: si devono comportare come recettori, analogamente a quanto succede nella segnalazione indiretta, ma allo stesso tempo devono fungere da ligando per molecole presenti sulla membrana di altre cellule. Anche in questo caso, come per gli enzimi, sarà la struttura della proteina a determinare l'assoluta specificità dell'interazione, cioè il fatto che la proteina interagisca con un unico tipo di molecola presente sull'altra cellula coinvolta.

In genere, le proteine di membrana con caratteristiche di recettori sono molecole transmembrana, cioè attraversano la membrana cellulare, mettendo in qualche modo in comunicazione lo spazio extracellulare con l'interno della cellula. Queste molecole posseggono una porzione extracitoplasmatica che ha il compito di legarsi all'altra molecola specifica, una porzione transmembrana, che àncora la proteina alla membrana cellulare, e una porzione intracitoplasmatica che ha il compito di trasmettere all'esterno in diversi modi il messaggio dell'avvenuto legame. Una serie di altre molecole farà progredire il segnale all'interno della cellula. A volte le proteine che hanno la funzione di recettore non sono in grado di trasmettere il segnale all'interno della cellula perché il loro tratto intracitoplasmatico è troppo corto. In questi casi sono associate ad altre proteine che sono influenzate dal cambiamento di struttura del recettore dopo il legame con la molecola specifica, e quindi trasmettono il segnale all'interno della cellula. I segnali trasmessi sono identici a quelli della trasmissione indiretta mediata da molecole idrosolubili. L'interazione termina o per internalizzazione delle molecole di membrana, che quindi non possono più agire, o per distacco delle due molecole interagenti, dovuto a un cambiamento della struttura terziaria delle proteine provocato dalla risposta della cellula all'interazione. La trasmissione diretta di questo tipo coinvolge in genere due o poche cellule che vengono a contatto casualmente, interagiscono e poi si distaccano, ed è tipica delle cellule del sangue nel quale la mobilità cellulare è maggiore che in altri tessuti.

Quando un numero ristretto di cellule si trovano a contatto fra loro e sono impossibilitate a muoversi, come avviene nella maggior parte dei tessuti, la trasmissione di segnali può avvenire attraverso giunzioni cellulari comunicanti. Queste sono costituite da piccoli canali che collegano direttamente il citoplasma di due cellule adiacenti, permettendo il libero passaggio di piccole molecole idrosolubili da una cellula all'altra. I canali sono cilindri formati da sei subunità proteiche della membrana di una cellula e possono trovarsi in forma chiusa (non c'è comunicazione) o aperta (c'è comunicazione). Sperimentalmente sono state individuate le dimensioni dei canali delle giunzioni comunicanti. Le dimensioni dedotte indicano che le cellule possono scambiarsi attraverso questi canali molte piccole molecole come ioni inorganici, zuccheri semplici, aminoacidi, nucleotidi e vitamine. Sono escluse le macromolecole come le proteine e gli acidi nucleici, ma, come si può notare, è possibile trasferire tutte le subunità necessarie per la loro costruzione.

Quali conseguenze ha per le cellule la possibilità di essere direttamente in comunicazione? Innanzitutto vi è una cooperazione metabolica tra le cellule: infatti piccole molecole prodotte solamente da una sottopopolazione di cellule all'interno di un tessuto possono essere sfruttate anche dalle altre cellule del tessuto. Il fatto di condividere piccoli metaboliti e ioni offre un meccanismo per coordinare le attività e le risposte delle singole cellule di un tessuto. È importante osservare che fra le molecole scambiate ci sono anche quelle che svolgono il compito di messaggeri dei segnali all'interno della cellula (per esempio, l'AMP ciclico), regolando diverse attività metaboliche. Questo vuol dire che, se il segnale verrà trasmesso a più cellule, anche quelle non stimolate direttamente daranno una risposta comune. Immaginiamo che un ormone si leghi a una sola o a poche cellule di un organo, e che il segnale trasmesso produca dei messaggeri intracellulari in grado di passare attraverso le giunzioni comunicanti da una cellula all'altra. La risposta metabolica all'ormone che si è legato a una sola cellula sarà data in maniera uguale e sincronizzata da molte cellule, con il risultato di amplificare notevolmente il segnale ricevuto.