Cnidocita - Cnidocyte

Micrografia Nomarski di una nematocisti macchiata di rosso rutenio da Aiptasia pallida , l'anemone pallido. Il colorante rosso colora le proteine ​​del veleno polianionico che si trovano all'interno della capsula di questa nematocisti parzialmente scarica.

Un cnidocita (noto anche come cnidoblasto o nematocita ) è una cellula esplosiva contenente un gigantesco organello secretorio chiamato cnidocisti (noto anche come cnida (plurale cnidae ) o nematocisti ) che può fornire una puntura ad altri organismi. La presenza di questa cellula definisce il phylum Cnidaria ( coralli , anemoni di mare , idre , meduse , ecc.). I Cnidae sono usati per catturare le prede e come difesa contro i predatori. Un cnidocita spara una struttura che contiene una tossina all'interno della cnidocisti; questo è responsabile delle punture fornite da uno cnidario.

Struttura e funzione

Ogni cnidocita contiene un organello chiamato cnida, cnidocisti, nematocisti, pticocisti o spirocisti. Questo organello è costituito da una capsula a forma di bulbo contenente una struttura di tubuli cavi a spirale attaccata ad essa. Un cnidocita immaturo è indicato come cnidoblasto o nematoblasto. Il lato orientato esternamente della cellula ha un grilletto simile a un capello chiamato cnidocil, che è un meccano e chemio-recettore. Quando viene attivato il grilletto, il tubo della cnidocisti viene espulso e, nel caso della nematocisti penetrante, il tubulo espulso con forza penetra nell'organismo bersaglio. Questa scarica richiede pochi microsecondi , ed è in grado di raggiungere accelerazioni di circa 40.000 g . Recenti ricerche suggeriscono che il processo avviene in appena 700 nanosecondi, raggiungendo così un'accelerazione fino a 5.410.000 g . Dopo la penetrazione, il contenuto tossico della nematocisti viene iniettato nell'organismo bersaglio, consentendo allo cnidario sessile di catturare la preda immobilizzata. Recentemente, in due specie di anemoni di mare ( Nematostella vectensis e Anthopleura elegantissima ), è stato dimostrato che la proteina neurotossina di tipo I Nv1 è localizzata nelle cellule della ghiandola ectodermica nei tentacoli, accanto ma non nei nematociti. All'incontro con una preda di crostacei, i nematociti scaricano e perforano la preda e Nv1 viene secreto in massa nel mezzo extracellulare dalle cellule della ghiandola vicine, suggerendo così un'altra modalità di ingresso per le tossine.

Composizione della capsula di cnidociti

La capsula cnidocita è composta da nuovi geni specifici per Cnidaria che combinano domini proteici noti. I geni del minicollagene sono uno dei principali componenti strutturali della capsula. Sono geni molto corti che contengono la caratteristica sequenza collagene-tripla elica, così come domini poliprolina e domini ricchi di cisteina. I trimeri delle proteine ​​del minicollagene si assemblano attraverso il loro dominio terminale ricco di cisteina, formando sovrastrutture altamente organizzate e rigide. I polimeri di Minicollagen 1 Ncol-1 si assemblano sul guscio interno mentre la capsula esterna è composta da proteine ​​NOWA (Nematocyst Outer Wall Antigen) polimerizzate. La nematogalectina, il minicollagene Ncol-15 e la condroitina sono nuove proteine ​​utilizzate per costruire il fusto del tubulo. Nei cnidociti perforanti, la nuova proteina spinalina viene utilizzata per rendere presenti le spine alla base dell'asta.

Meccanismo di scarico

Meccanismo di scarico di una nematocisti

La capsula di cnidocisti immagazzina una grande concentrazione di ioni calcio , che vengono rilasciati dalla capsula nel citoplasma del cnidocita quando viene attivato il grilletto. Ciò causa un grande gradiente di concentrazione di calcio attraverso la membrana plasmatica dei cnidociti. La pressione osmotica risultante provoca un rapido afflusso di acqua nella cellula. Questo aumento del volume d'acqua nel citoplasma costringe il tubulo dei cnidi a spirale a espellere rapidamente. Prima della scarica, il tubulo cnide arrotolato esiste all'interno della cellula in una condizione "dentro e fuori". La contropressione risultante dall'afflusso di acqua nello cnidocita insieme all'apertura della struttura apicale della capsula o opercolo, innesca la forte eversione del tubulo cnide facendolo raddrizzare mentre esce precipitosamente fuori dalla cellula con una forza sufficiente per impalarlo un organismo preda.

Rilevamento prede

I cnidi sono cellule "monouso", e questo costa molta energia. Negli idrozoi , per regolare la scarica, i cnidociti sono collegati come "batterie", contenenti diversi tipi di cnidociti collegati a cellule e neuroni di supporto. Le cellule di supporto contengono chemosensori che, insieme al meccanorecettore sul cnidocita (cnidocil), consentono solo la giusta combinazione di stimoli per causare la scarica, come il nuoto delle prede, e le sostanze chimiche presenti nella cuticola della preda o nel tessuto cutaneo. Ciò impedisce allo cnidario di pungersi, anche se gli cnidi eliminati possono essere indotti a sparare indipendentemente.

Tipi di cnidi

Oltre 30 tipi di cnidi si trovano in diversi cnidari. Possono essere suddivisi nei seguenti gruppi:

  1. Penetrante: Il penetrante o stenotele è il nematocisti più grande e complesso. Quando viene scaricato, perfora la pelle o l' esoscheletro chitinoso della preda e inietta il fluido velenoso, l' ipnotossina , che paralizza la vittima o la uccide.
  2. Glutinante: una superficie appiccicosa utilizzata per aderire alla preda, denominata pticocisti e trovata sugli anemoni scavatori (tubo), che aiutano a creare il tubo in cui vive l'animale
  3. Volvent: Il volvent o desmoneme è un piccolo nematocisti a forma di pera. Contiene un tubo di filo corto, spesso, senza spina dorsale, liscio ed elastico che forma un unico anello e chiuso all'estremità. Quando viene scaricato, si avvolge strettamente intorno alla preda. Sono le nematocisti più piccole. Una corda simile a un lazo viene sparata alla preda e si avvolge attorno a una proiezione cellulare sulla preda, che viene chiamata spirocisti.

I sottotipi di cnidociti possono essere differenzialmente localizzati nell'animale. Nell'anemone di mare Nematostella vectensis , la maggior parte dei suoi cnidociti appiccicosi non penetranti, gli spirociti, si trovano nei tentacoli e si pensa che aiutino la cattura delle prede attaccandosi alla preda. Al contrario, i due tipi penetranti di cnidociti presenti in questa specie mostrano una localizzazione molto più ampia, sullo strato epiteliale esterno dei tentacoli e della colonna corporea, nonché sull'epitelio della faringe e all'interno dei mesenteri .

La diversità dei tipi di cnidociti è correlata all'espansione e alla diversificazione dei geni strutturali delle cnidocisti come i geni del minicollagene. I geni del minicollagene formano cluster genici compatti nei genomi di Cnidari , suggerendo una diversificazione attraverso la duplicazione e la subfunzionalizzazione dei geni . Gli antozoi mostrano una minore diversità delle capsule e un numero ridotto di geni del minicollagene, mentre i medusozoi hanno una maggiore diversità delle capsule (circa 25 tipi) e un repertorio di geni del minicollagene notevolmente ampliato. Nella anemone mare Nematostella vectensis , alcuni minicollagens mostrano un pattern di espressione differenziale cnidocytes differenti sottotipi.

Sviluppo di cnidociti

I cnidociti sono cellule monouso che devono essere continuamente sostituite per tutta la vita dell'animale con diverse modalità di rinnovamento tra le specie.

Modalità di rinnovo

Nei polipi Hydra , i cnidociti si differenziano da una specifica popolazione di cellule staminali , le cellule interstiziali (cellule I) situate all'interno della colonna corporea. I nematociti in via di sviluppo subiscono prima più cicli di mitosi senza citochinesi , dando origine a nidi di nematoblasti con 8, 16, 32 o 64 cellule. Dopo questa fase di espansione, i nematoblasti sviluppano le loro capsule. I nidi si separano in singoli nematociti quando la formazione della capsula è completa. La maggior parte di essi migra verso i tentacoli dove viene incorporata nelle celle della batteria, che contengono diversi nematociti e neuroni . Le celle della batteria coordinano lo sparo dei nematociti.

Nella Idrozoi meduse Clizia hemisphaerica , nematogenesis avviene alla base dei tentacoli, così come nel manubrio . Alla base dei tentacoli, i nematoblasti proliferano per poi differenziarsi lungo un gradiente prossimale-distale , dando origine a nematociti maturi nei tentacoli attraverso un sistema di nastri trasportatori.

Nell'anemone di mare dell'Antozoo Nematostella vectensis , si pensa che i nematociti si sviluppino in tutto l'animale da progenitori epiteliali.

Maturazione cnidocisti

La nematocisti si forma attraverso un processo di assemblaggio in più fasi da un gigantesco vacuolo post-Golgi. Vescicole dal Golgi primo fusibile SU UN vescicola primario: la capsula primordium. La successiva fusione delle vescicole consente la formazione di un tubulo all'esterno della capsula, che poi si invagina nella capsula. Quindi, una fase di maturazione precoce consente la formazione di lunghe serie di spine uncinate sul tubulo invaginato attraverso la condensazione delle proteine spinali . Infine, una fase di maturazione tardiva dà origine a capsule non scaricate ad alta pressione osmotica attraverso la sintesi di poli-γ-glutammato nella matrice della capsula. Questa pressione osmotica intrappolata consente una rapida scarica del filo al momento dell'attivazione attraverso un massiccio shock osmotico.

Tossicità nematocisti

Nematocisti da Chironex fleckeri (ingrandimento 400x)

Le nematocisti sono armi molto efficienti. È stato dimostrato che un singolo nematocisti è sufficiente a paralizzare un piccolo artropode ( larva di Drosophila ). I cnidociti più mortali (almeno per l'uomo) si trovano sul corpo di una scatola medusa . Un membro di questa famiglia, la vespa marina, Chironex fleckeri , è "si dice che sia l'animale marino più velenoso conosciuto", secondo l' Australian Institute of Marine Science . Può causare un dolore lancinante agli esseri umani, a volte seguito dalla morte. Altri cnidari, come la medusa Cyanea capillata (la " criniera di leone " resa famosa da Sherlock Holmes ) o il sifonoforo Physalia physalis ( uomo da guerra portoghese , "Bluebottle") possono causare punture estremamente dolorose e talvolta fatali. D'altra parte, gli anemoni di mare aggreganti possono avere l'intensità di puntura più bassa, forse a causa dell'incapacità delle nematocisti di penetrare nella pelle, creando una sensazione simile al tocco di caramelle appiccicose. Oltre a nutrirsi e difendersi, le colonie di anemoni di mare e coralli usano i cnidociti per pungersi a vicenda per difendere o conquistare lo spazio.

Il veleno di animali come cnidari, scorpioni e ragni può essere specifico per specie. Una sostanza debolmente tossica per l'uomo o altri mammiferi può essere fortemente tossica per le prede naturali o i predatori dell'animale velenoso. Tale specificità è stata utilizzata per creare nuovi farmaci e bioinsetticidi, e biopesticidi .

Gli animali del phylum Ctenophora ("uva spina di mare" o "gelatine a pettine") sono trasparenti e gelatinosi ma non hanno nematocisti e sono innocui per l'uomo.

Alcuni tipi di lumache di mare, come gli eolidi nudibranchi, sono noti per subire cleptocnidia (oltre alla cleptoplastica ), per cui gli organismi immagazzinano nematocisti di prede digerite sulle punte dei loro cerata.

Guarda anche

  • Cnidosac , la sacca in cui un nudibranco eolide immagazzina i cnidociti delle sue prede

Riferimenti

link esterno