Atlante di istologia vegetale e animale

I cheratinociti sono i principali componenti cellulari dell’epidermide. Rilasciano pochissima matrice extracellulare in modo che la membrana plasmatica dei cheratinociti adiacenti sia molto vicina. La coesione dei cheratinociti è rafforzata da molti desmosomi che mantengono l’integrità dell’epidermide. Le cheratine, un tipo di filamento intermedio del citoscheletro, formano la principale famiglia di proteine sintetizzate dai cheratinociti. I cheratinociti passano attraverso un ciclo di vita caratteristico che inizia nello strato basale dell’epidermide e finisce nella superficie più superficiale o libera dell’epidermide.

Morfologia e differenziazione

La morfologia dei cheratinociti cambia durante il ciclo vitale, che nell’uomo dura circa 1 mese. I cambiamenti sono progressivi dallo strato basale, dove nascono i cheratinociti, fino allo strato superficiale, dove muoiono e si staccano dall’epidermide. Le differenze morfologiche dei cheratinociti producono le caratteristiche degli strati epidermici. Gli strati o strati (stratum al singolare) sono lo stratum basale, lo stratum spinosum, lo stratum granulosum e lo stratum corneum. Gli strati possono cambiare di spessore a seconda della regione del corpo (Figura 1). Così, lo spessore dell’epidermide, cioè lo spessore degli strati, può variare da 50 µm nelle regioni del corpo con poco stress meccanico a 1 mm in quelle regioni come i palmi delle mani e le piante dei piedi, dove l’attrito è maggiore.

Strato basale

Lo strato basale o strato basale (Figure 2 e 4) è uno strato cellulare spesso composto per lo più da cheratinociti che si trovano nella parte più profonda dell’epidermide. Queste cellule sono attaccate alla lamina basale attraverso gli emidesmosomi. Questa connessione aiuta a mantenere l’integrità dell’epitelio e controlla la proliferazione e la differenziazione dei cheratinociti.

Le cellule staminali dei cheratinociti si trovano nello strato basale. Hanno una forma da arrotondata a colonnare, dimensioni di circa 6-10 µm, e mostrano più affinità per i coloranti di base rispetto ai cheratinociti differenziati a causa del loro alto contenuto di ribosomi. Le cellule staminali dell’epidermide interfollicolare si differenziano in cheratinociti, ma non in altri tipi di cellule epidermiche. Ci sono anche cellule staminali cheratinocitarie nei follicoli piliferi che si differenziano in cellule del follicolo pilifero (cheratinociti e ghiandole sebacee) e in cheratinociti dell’epidermide interfollicolare.

I tassi di proliferazione e differenziazione delle cellule staminali cheratinocitarie e il tasso di sostituzione dei cheratinociti maturi devono essere simili nell’epitelio. Il tasso di sostituzione dipende da circostanze come la riparazione delle ferite, lo sfregamento o la crescita degli organi. Il contatto delle cellule staminali con la lamina basale sembra essere importante per regolare questo tasso di proliferazione. Per esempio, quando le integrine, proteine di adesione che attaccano i cheratinociti alla lamina basale, perdono il contatto con la lamina basale, le cellule staminali cominciano a differenziarsi e a migrare verso gli strati superiori dell’epidermide.

I cheratinociti dello strato basale sintetizzano parte della lamina basale. Le integrine che attaccano i cheratinociti alla lamina basale sono anche coinvolte nel mantenimento dell’integrità della lamina basale.

Strato spinoso

Lo strato spinoso si trova appena sopra lo strato basale (figure 2 e 4). È costituito da cheratinociti più o meno poliedrici di circa 10-15 µm, più grandi di quelli dello strato basale, con citoplasma più eosinofilo e uno o due nuclei chiaramente visibili. Nel citoplasma sono presenti molti fasci di cheratina, noti come tonofilamenti, che si uniscono per formare tonofibrille. Le tonofibrille possono essere osservate al microscopio ottico e contribuiscono alla colorazione citoplasmatica con l’eosina. In questo strato, i cheratinociti sono chiamati cheratinociti spinosi perché condividono molti desmosomi (Figura 3) e giunzioni aderenti. Queste giunzioni cellula-cellula sono distribuite radialmente nella membrana plasmatica e sono collegate da tonofibrille. Al microscopio ottico, le giunzioni cellulari assomigliano a spine, da cui il nome di questo strato.

I cheratinociti esprimono le cheratine a filamento intermedio nel citoplasma. Il tipo di cheratina espressa cambia man mano che i cheratinociti si spostano verso la superficie superiore dell’epitelio. Nella parte più superficiale dello strato spinoso, i cheratinociti assumono una forma più appiattita, probabilmente indotta dal progressivo cambiamento del tipo di cheratine sintetizzate.

Lo strato spinoso è più spesso nelle regioni della pelle esposte allo sfregamento o agli stiramenti meccanici. La forte adesione cellula-cellula in questo strato aiuta a ottenere un’epidermide più resistente.

Strato granuloso

Negli strati esterni dello strato granuloso, i cheratinociti cambiano l’espressione genica e producono granuli di cherato-ialina (figure 2 e 4). Lo strato granuloso è relativamente sottile, circa 15 µm, e i cheratinociti sono appiattiti e mostrano molti granuli di cherato-ialina nel citoplasma. Questi granuli sono poligonali, non delimitati da membrana e altamente basofili. Crescono progressivamente, rendono più forte la barriera epidermica e sono il punto di partenza per la cornificazione o cheratinizzazione degli strati epidermici superiori.

Si osservano corpi lamellari nello strato granuloso. Queste strutture cellulari non sono presenti nello strato basale, e cominciano ad essere visibili nello strato spinoso. Sono molto abbondanti nello strato granuloso. I corpi lamellari sono organelli, di dimensioni da 100 a 300 nm circa, costituiti da pile di strati lipidici, per cui mostrano una struttura lamellare. La loro funzione si svolge nello strato corneo ed è legata al processo di distacco cellulare in questo strato e all’impermeabilità dell’epidermide. I corpi lamellari sono esocitati e i loro componenti sono modificati extracellularmente per formare strati lipidici paralleli alla superficie della pelle.

Il nucleo e gli organelli delle cellule dello strato granuloso sono degradati, mentre il citoplasma è quasi pieno di filamenti di cheratina. La permeabilità al calcio e ad altri ioni è aumentata durante le ultime fasi della differenziazione cellulare. Gli ioni stimolano l’attivazione delle transglutaminasi e portano alla formazione di una struttura proteica sotto la membrana plasmatica nota come involucro cellulare. Questa struttura cresce di spessore man mano che i cheratinociti degenerano ed è importante per organizzare i filamenti di cheratina paralleli alla superficie epiteliale e per combinare questi filamenti con i corpi lamellari extracellulari.

Le giunzioni strette formate tra i cheratinociti dello strato granuloso formano una barriera sigillata che può essere attraversata solo da piccole molecole e ioni. I cheratinociti muoiono per un processo noto come cornificazione, e diventano una cellula anucleare cornificata. La cornificazione è un meccanismo diverso dall’apoptosi. Prima di morire, i cheratinociti sintetizzano proteine e lipidi che contribuiscono alla formazione della barriera superficiale dell’epidermide.

Lo strato lucido è uno strato di cheratinociti tra lo strato granuloso e lo strato corneo. Si trova nelle regioni cutanee con forte stress meccanico, come le suole.

Strato corneo

Lo strato corneo è costituito da cheratinociti degenerati, i cosiddetti corneociti (Figura 5). I corneociti sono collegati tra loro da desmosomi (corneosomi) e incorporati in una matrice extracellulare arricchita di lipidi non polari organizzati in strati. Durante le ultime fasi, i corneociti perdono il loro nucleo, si riempiono di cheratine e sono circondati da uno strato di proteine, oltre che da una copertura di lipidi legati chimicamente.

Lo spessore dello strato corneo è variabile e dipende dallo spessore generale dell’epidermide. Così, più cheratinociti sono prodotti nello strato basale, più spessore si osserva nello strato spinoso e corneo. La morte delle cellule nello strato granuloso porta alla perdita dei desmosomi lungo lo strato corneo, che rende più deboli le giunzioni cellula-cellula e quindi le cellule e i frammenti di cellule si staccano dall’epidermide. La filaggrina e la cheratina rappresentano l’80-90% delle proteine dello strato corneo.

Questo strato protegge dall’essiccazione, dagli agenti patogeni e dai danni chimici e fisici. L’elaborazione dei lipidi dei corpi lamellari è importante per l’epidermide. Per esempio, il glicerolo si forma dai corpi lamellari e aiuta l’epidermide a mantenere l’idratazione. I lipidi liberi della superficie contribuiscono a mantenere l’epidermide un po’ acida, con un pH intorno a 5 nell’uomo. Inoltre, il solfato di colesterolo si trasforma in colesterolo, che partecipa al distacco degli strati più superficiali dello strato corneo. I lipidi rilasciati sono organizzati in diversi fogli che rendono possibile l’impermeabilità dell’epidermide.

Funzioni

I cheratinociti formano l’epidermide della pelle e la loro funzione principale è quella di organizzare una barriera tra l’ambiente esterno e quello interno. Proteggono dai danni meccanici, dalla luce ultravioletta, dagli agenti patogeni e dalle sostanze chimiche nocive. È molto importante il ruolo dell’epidermide per prevenire la perdita di acqua. Inoltre, i cheratinociti sono molto attivi durante la riparazione dopo una ferita.

Barriera della perdita d’acqua

La prevenzione della perdita d’acqua si basa principalmente sullo strato corneo. È come un muro con rotture e malta, dove le rotture sono le cellule e la malta sono gli aggregati lipidici extracellulari.

Barriera contro gli agenti patogeni

L’epidermide è il primo ostacolo fisico che gli agenti patogeni devono superare per entrare nell’organismo. Inoltre, i cheratinociti rilasciano citochine che inibiscono e neutralizzano gli agenti patogeni. Dopo una ferita o un danno, i cheratinociti stimolano l’infiammazione e l’attivazione delle cellule di Lagerhans, che sono le cellule presentatrici di antigeni dell’epidermide.

Pigmentazione della pelle

La pigmentazione della pelle ha lo scopo di proteggere dalla luce ultravioletta. Nei mammiferi, la melanina è il pigmento che rende la pelle più scura. La melanina è sintetizzata dai melanociti, un tipo di cellule molto scarse che si trovano sparse nello strato basale dell’epidermide e nei follicoli piliferi. La melanina è confezionata in organelli del citoplasma chiamati melanosomi. La produzione e il rilascio dei melanosomi sono influenzati da variabili ambientali e da sostanze paracrine rilasciate dai cheratinociti. Prima di essere rilasciati, i melanosomi sono distribuiti attraverso il citoplasma dei melonociti e i processi cellulari che si estendono tra i cheratinociti circostanti. Il colore finale della pelle dipende dalla produzione di melanosomi e dalla loro distribuzione attraverso l’epidermide. Dopo un’elevata sintesi di melanina, i melanosomi vengono esocitati dai melanociti e catturati dai cheratinociti vicini. Si stima che ogni melanocita fornisca melanina a circa 45 cheratinociti. Una volta che i melanosomi sono stati incorporati nei cheratinociti dello strato basale, vengono spostati negli strati superiori dell’epidermide quando i cheratinociti carichi lasciano lo strato basale e si differenziano per formare gli strati superiori. In questo modo, tutti gli strati dell’epidermide hanno melanina, anche lo strato corneo. Complessivamente, il colore della pelle dipende dalla quantità di melanina che i melanociti e i cheratinociti contengono.

Riparazione delle ferite

Dopo una ferita, i cheratinociti passano da uno stato stazionario a un altro in cui cominciano a muoversi. Il distacco dalla membrana basale mediato dalla perdita dei desmosomi e il cambiamento nell’espressione delle integrine permettono la motilità dei cheratinociti, così come la risposta alle citochine rilasciate da altre cellule. In questo modo, i cheratinociti possono spostarsi e sigillare le aree danneggiate.

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