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25.7: Migração Celular
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Cell Migration
 
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25.7: Cell Migration

25.7: Migração Celular

Cell migration, the process by which cells move from one location to another, is essential for the proper development and viability of organisms throughout their life. When cells are not able to migrate properly to their ordained locations, various disorders may occur. For example, disruption in cell migration causes chronic inflammatory diseases such as arthritis.

General Mechanism

Generally, cellular migration begins when a cell, such as a fibroblast, responds to an external-polarizing-chemical signal. As a result, one end extends itself as a protrusion called the leading edge, which attaches itself to substrates via secreted adhesive compounds, in its microenvironment. The trailing edge—the area that serves as the back of the cell—also adheres to substrates to anchor the cell. After adhesion, the cell is propelled towards its destination by a sequence of contractions that are generated by cytoskeletal motility structures. Then, the adhesive attachment at the trailing edge gets released. These steps are repeated cyclically until the fibroblast reaches its destination.

Polarization

There is a diversity in the different types of signaling molecules that initiate cell migration. They illicit two types of responses: chemokinetic and chemotactic. Chemokinesis refers to movement that occurs when signaling molecules either symmetrically or asymmetrically stimulate cell migration without dictating the directionality of the resultant movement. Chemotaxis refers to a movement where a gradient of soluble (chemotactic) or substrate-bound (haptotactic) signaling molecules dictates the directionality of cellular movement.

Membrane receptors such as G-protein coupled receptors (GPCR) and receptor tyrosine kinase receptors (RTK) detect external signaling molecules and cause an accumulation of phosphatidylinositol (3,4,5) triphosphate (PIP3) at the leading edge. The accumulation of PIP3 then leads to the activation of Rho-family Ras-like small proteins called Rac, Cdc42, and Rho. Rac and/or Cdc42 cause cytoskeletal changes such as actin polymerization at the leading edge while Rho causes actin-myosin contractions at the trailing edge. As a result of actin polymerization, protrusions are generated at the leading edge.

Types of Protrusions

Actin serves as a physical scaffold for protrusions. Consequently, the shape of protrusion structures varies depending on how actin is assembled. Two commonly studied types of protrusions are lamellipodia and filopodia. Lamellipodia are broad, sheet-like protrusions that contain a branched network of thin, short actin filaments. When lamellipodia lift away from the substrate and move backward, a notably distinct ruffling movement occurs. Lamellipodia protrusions can be found in cells like fibroblasts, immune cells, and neurons. Filopodia are thin-finger-like protrusions that emanate from cell membranes. They are often observed in cells, such as neurons, working in tandem with lamellipodia during migration.

A migração celular, processo pelo qual as células se movem de um local para outro, é essencial para o desenvolvimento adequado e viabilidade dos organismos ao longo da sua vida. Quando as células não são capazes de migrar adequadamente para seus respectivos locais, vários distúrbios podem ocorrer. Por exemplo, a interrupção na migração celular causa doenças inflamatórias crónicas, como a artrite.

Mecanismo Geral

Geralmente, a migração celular começa quando uma célula, como um fibroblasto, responde a um sinal químico externo polarizador. Como resultado, uma extremidade estende-se como uma saliência chamada de borda dianteira, que se prende a substratos através de compostos de adesão secretados, no seu microambiente. A borda posterior—a área que funciona como a parte de trás da célula—também adere a substratos para ancorar a célula. Após a adesão, a célula é impulsionada para o seu destino por uma sequência de contrações que são geradas por estruturas de motilidade citoesqueléticas. Em seguida, a ligação de adesão na borda posterior é libertada. Estes passos são repetidos ciclicamente até que o fibroblasto chegue ao seu destino.

Polarização

Há uma diversidade nos diferentes tipos de moléculas de sinalização que iniciam a migração celular. Elas originam dois tipos de respostas: quimiocinética e quimiotática. A quimiocinese refere-se ao movimento que ocorre quando moléculas de sinalização simetricamente ou assimetricamente estimulam a migração celular sem ditar a direcionalidade do movimento resultante. A quimiotaxia refere-se a um movimento onde um gradiente de moléculas de sinalização solúveis (quimiotáticas) ou substratos (haptotáticos) dita a direcionalidade do movimento celular.

Receptores de membrana como receptores acoplados a proteína G (GPCR) e receptores de tirosina quinase receptora (RTK) detectam moléculas de sinalização externas e causam uma acumulação de fosfatidilinositol (3,4,5) trifosfato (PIP3) na borda dianteira. A acumulação de PIP3 leva então à ativação de pequenas proteínas semelhantes a Ras da família Rho chamadas Rac, Cdc42 e Rho. Rac e/ou Cdc42 causam alterações citoesqueléticas, como polimerização da actina na borda dianteira, enquanto que a Rho causa contrações de actina-miosina na borda posterior. Como resultado da polimerização de actina, são formadas saliências na borda dianteira.

Tipos de Saliências

A actina serve como uma matriz física para saliências. Consequentemente, a forma das estruturas de saliência varia dependendo de como a actina é montada. Dois tipos comumente estudados de saliências são lamelipodia e filopodia. Lamelipodia são saliências largas, semelhantes a folhas, que contêm uma rede ramificada de filamentos finos e curtos de actina. Quando a lamelipodia se afasta do substrato e move-se para trás, ocorre um movimento enrugado notavelmente distinto. As saliências de lamelipodia podem ser encontradas em células como fibroblastos, células imunitárias e neurónios. Filopodia são saliências semelhantes a dedos finos que se estendem de membranas celulares. Elas são frequentemente observadas em células, como neurónios, a trabalhar em conjunto com lamelipodia durante a migração.


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