Matriz extracelular

La matriz extracelular es una intrincada red macromolecular que se encuentra en el espacio extracelular. La matriz está compuesta por polisacáridos y proteínas muy diversas, secretadas localmente y ensambladas formando una compleja red que rodea a las células. La matriz está muy desarrollada en el tejido conjuntivo y sus derivados.

En la interfase entre el epitelio y el tejido conjuntivo, la matriz forma una lámina BASAL fina pero resistente, que juega un importante papel en el control del comportamiento celular.

1. COMPONENTES DE LA MATRIZ EXTRACELULAR.

Las macromoléculas que constituyen la matriz proceden fundamentalmente de la secreción local por los fibroblastos (conjuntivo), condroblastos (cartílago) y osteoblastos (hueso). Las dos clases principales de macromoléculas que conforman la matriz son:

a) Proteoglicanos: 95% glucosaminoglicano (GAG) + 5% proteína. Forman la sustancia fundamental, altamente hidratada, que presenta propiedades de gel y en la que están englobadas las proteínas fibrosas.

b) Proteínas fibrosas, pertenecientes a dos tipos funcionales:

Estructurales: colágeno (resistencia mecánica) y elastina (elasticidad).

Adhesivas: fibronectina (adhesión de fibroblastos y células relacionadas a la matriz) y, laminina y entactina (adhesión de las células epiteliales a la lámina basal).

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2. PROTEOGLICANOS.

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2.1. LAS CADENAS DE GLUCOSAMINOGLICANOS (GAG).

Los GAG son largas cadenas no ramificadas de polisacáridos compuestas por unidades repetidas de disacárido. El disacárido que más se repite es la N-acetilglucosamina, que en la mayoría de los casos se presenta sulfatado y el segundo residuo es un ácido urónico. El resultado es un GAG con una elevada carga negativa.

Las cadenas de GAG son poco flexibles y altamente hidrofílicas. Así los GAG tienden a adoptar una conformación extendida, con plegamiento al azar, ocupando una gran cantidad de volumen respecto a su masa, y formando geles. Su alta densidad de carga negativa es la causa de la captación de numerosos cationes como el Na+, que son osmóticamente activos. Estos cationes conducen a la acumulación de grandes volúmenes de agua que dan lugar a una presión de hinchamiento o turgencia, que se opone a las fuerzas de compresión.

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TIPO SULFATADO PROTEÍNAS DISTRIBUCIÓN
Ac hialurónico NO NO Piel, cuerpo vítreo, cartílago, liquido sinovial, tejido conjuntivo
Condroitin sulfato SI SI Cartílago, córnea, hueso, piel, arterias
Dermatan sulfato SI SI Piel, vasos sanguíneos, corazón, válvulas cardíaca
Heparan sulfato SI SI Pulmón arterias, superficies celulares, lámina basal
Heparina SI SI Pulmón, hígado, piel, células cebadas
Queratan sulfato SI SI Cartílago, córnea, discos intervertebrales

2.2. SÍNTESIS DEL PROTEOGLICANO.

Exceptuando el Ac hialurónico, el resto de GAG están unidos covalentemente a una proteína, constituyendo proteoglicanos.

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– La proteína central se sintetiza en los ribosomas del RER y los GAG se unen en el complejo de Golgi.

– En primer lugar se une un “trisacárido de unión especial” formado por xilosa y galactosa, que se enlaza a un resto de serina de la proteína central y sirve de cebador para el crecimiento de la cadena polisacárida. Los disacáridos se van añadiendo paso a paso por una glucosiltransferasa específica.

– De manera simultánea a la elongación del GAG, la mayoría de los residuos de azúcar que han polimerizado son modificados mediante una serie de reacciones de sulfatación, por sulfotransferasa del A. de Golgi.

– Los proteoglicanos tienen una heterogeneidad potencial ilimitada. Pueden diferir en peso, carga, residuos, etc.

3. GLICOPROTEÍNAS.

3.1. EL COLÁGENO.

Es la principal proteína de la matriz extracelular.

3.1.1. ESTRUCTURA DEL COLÁGENO.

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a) Los colágenos constituyen una familia de proteínas fibrosas muy características que se encuentran en todos los animales pluricelulares. Son secretadas principalmente por las células del tejido conjuntivo (fibroblastos, condroblastos, osteoblastos).

b) Constituyen el 25% de la proteína total del cuerpo.

c) El rasgo más característico es la estructura RÍGIDA HELICOIDAL DE TRES HEBRAS (cadenas alfa) enrolladas unas alrededor de otra formando una superhélice regular. Tienen 300 nm de longitud y 1.5 nm de diámetro. Las cadenas alfa son levógira, y están formadas por tres residuos/vuelta, de los que el tercero siempre es Gli.

d) Son moléculas muy ricas en PROLINA y GLICINA:

– La prolina estabiliza la estructura helicoidal levógira en cada una de las cadenas alfa de tres residuos por vuelta.

– La glicocola es el aminoácido más pequeño y se distribuye de forma regular a lo largo de la región central de la cadena alfa (Gli-X-Y), permitiendo que las tres cadenas se empaqueten de forma apretada. Es el único aminoácido que puede ocupar el eje de la triple hélice.

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3.1.2. TIPOS DE COLÁGENO.

Hasta ahora se han identificado más de 20 tipos de cadenas alfa, cada una de las cuales está codificada por un gen diferente. Estos 20 tipos de cadenas han generado unos 10 tipos de colágeno, pero los mejor conocidos son I, II, III y IV.

– Los colágenos tipo I, II y III son los colágenos fibrilares del tejido conjuntivo. El colágeno es secretado en forma de monómeros y se polimeriza en el espacio extracelular, formando fibrillas filiformes de varias micras de longitud y de 10-300 nm de diámetro. Estas fibras se vuelven a agrupar para formar las fibras de colágeno (micras de diámetro).

– El colágeno tipo IV es exclusivo de las láminas basales, no forma fibrillas y sí redes laminares.

TIPO FORMA CARACTERÍSTICAS DISTRIBUCIÓN
I Fibrilla Bajo contenido en HyLys y en glúcidos, fibrillas gruesas Piel, tendones, hueso, córnea, ligamentos, vísceras (90% del total del colágeno)
II Fibrilla Alto contenido en HyLys y en glúcidos Cartílago, discos intervertebrales, notocorda, cuerpo vítreo
III Fibrilla Alto contenido en HyPro y bajo contenido en HyLys y en glúcidos Piel, vasos, sanguíneos, vísceras
IV Lámina basal Muy rico en HyLys, rico en glúcidos Láminas basales

3.1.3. SECRECIÓN DEL COLÁGENO.

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a) La síntesis del colágeno se inicia en los ribosomas del RER, donde se sintetizan como grandes precursores (procadenas alfa). Estos precursores tienen el peptido señal y otros aminoácidos suplementarios, denominados propéptidos, situados en las regiones N-t y C-t.

b) En el lumen del RER se hidroxilan residuos de prolina y lisina por la hidroxiprolina y la hidroxilisina. En las demás proteínas del organismo, raramente se encuentran residuos de HyPro e HyLys. Las funciones de estos aminoácidos son:

HyPro: forma puentes de hidrógeno entre las cadenas, estabilizando la triple hélice. En el escorbuto hay déficit de Vit C, que es necesaria para que se produzca la hidroxilación de prolina (se forma un colágeno inestable).

HyLys: es necesaria para la glicosilación ligada a la lisina, y el extenso entrecruzamiento que se produce en las moléculas de colágeno mientras tiene su ensamblaje en el espacio extracelular. El latirismo es una enfermedad producida por la ausencia de lisil-hidroxilasa.

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c) Cada cadena alfa se combina con otras dos mediante puentes de hidrógeno, formando moléculas helicoidales de triple helicoidales (PROCOLÁGENO). El procolágeno es secretado por exocitosis.

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3.1.4. PROCESAMIENTO DEL COLÁGENO EN EL ESPACIO EXTRACELULAR.

a) Colágeno tipo I, II y III: Después de la secreción, los propeptidos de las moléculas de procolágeno son eliminadas por proteasas específicas del espacio extracelular, transformándose en TROPOCOLÁGENO (1.5 nm de diámetro). Las moléculas de tropocolágeno se asocian, formando las fibrillas de colágeno (10-300 nm diámetro) que está facilitada por la tendencia de las moléculas a autoensamblarse. El procesamiento es cerca de la membrana plasmática, en invaginaciones. En el síndrome de Ehlers-Danlos, el proceso de eliminación de los propeptidos está alterado, provocando una anómala formación de fibrillas.

Los propeptidos tienen dos funciones:

– Dirigen la formación intracelular de la triple hebra de colágeno.

– Previenen la formación intracelular de grandes fibrillas de colágeno que causarían la muerte de la célula.

Una vez formadas las fibrillas, se refuerzan con la formación de puentes covalentes cruzados entre residuos de lisina de las moléculas de colágeno (específico del colágeno y la elastina). La cantidad y tipo de puentes cruzados varía según los tejidos, lo mismo que la organización de las fibrillas.

b) Colágeno tipo IV:

– Se organiza en una RED LAMINAR.

– La secuencia repetida Gli-X-Y está alterada, y la estructura de la triple hélice está desorganizada en otras regiones.

– Las moléculas de procolágeno tipo IV no son escindidas después de la secreción. Las moléculas secretadas interaccionan a través de sus domínios propeptidos, formando una red laminar estratificada. Primero se forman dímeros por asociación cabeza-cabeza en el extremo C-terminal. El paso siguiente es la asociación de los dímeros por interacción entre la triple hélice que se estabiliza por PUENTES DISULFURO y otros enlaces no covalentes.

3.2. ELASTINA.

Es una proteína enrollada al azar que presenta puentes cruzados, la cual proporciona a los órganos elasticidad. Es una proteína muy hidrofóbica, no glicosilada, rica en prolina y glicocola, con bajo contenido en HyPro y ausencia de HyLys. Es menos elástica que el colágeno.

Las moléculas de elastina son secretadas al exterior, donde crean filamentos y láminas, dando lugar a una extensa red. Los enlaces cruzados son entre residuos de Lys por el mismo mecanismo que en el colágeno.

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La elastina se pliega formando espirales al azar que desaparecen cuando se estira. Intercaladas entre las fibras de elastina, se encuentran largas fibras de colágeno, inelásticas, que limitan la extensión de la fibra, previniendo así que el tejido se desgarre.

La insolubilidad de la elastina se debe a enlaces transversales entre las subunidades de la elastina, que forman dos peptidos exclusivos de la elastina (desmina e isodesmina). Este enlace transversal es formado durante el proceso de formación de la elastina por la lisil-oxidasa que une cuatro residuos de lisina.

3.3. FIBRONECTINA.

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3.3.1. LA FIBRONECTINA ES UNA PROTEÍNA EXTRACELULAR ADHESIVA QUE CONTRIBUYE A LA ADHESIÓN DE LA CÉLULA A LA MATRIZ.

Es una glicoproteína de gran tamaño que forma fibrillas. Es un dímero compuesto por dos unidades semejantes, unidas entre sí mediante dos enlaces disulfuro situados cerca del extremo C-terminal. La fibronectina se encuentra bajo tres formas:

Una dimérica y soluble, denominada fibronectina plasmática, que circula por la sangre y por otros fluidos orgánicos donde se cree que facilita la coagulación, la reparación de heridas y la fagocitosis.

Una forma oligomérica, unida transitoriamente a la superficie celular (fibronectina de la superficie celular).

Una forma fibrilar, altamente insoluble, localizada en la matriz extracelular (fibronectina de la matriz).

La fibronectina es una molécula multifuncional en la que los diversos dominios globulares juegan distintos papeles (unión al colágeno, heparina, Rc específico de la superficie de varias células). De este modo, la fibronectina contribuye a la organización de la matriz y facilita el anclaje a ella de las células. La fibronectina también participa en la migración de las células.

3.3.2. LAS DIVERSAS FORMAS DE FIBRONECTINA SON PRODUCTO DE UNA MADURACIÓN ALTERNANTE POR CORTE/EMPALME (splicing) DEL RNA.

La fibronectina puede presentar diversas formas, pero sólo hay un gen de 70 Kb y 50 exones (uno de los más largos que se conocen). La transcripción del gen produce una única molécula de RNAhn que madura por splicing alternativo, generando alrededor de 20 RNAm diferentes, en función del tipo de célula.

3.4. TENASCINA.

Es una glucoproteína de la matriz extracelular, secretada por las células del tejido, que participa en la adhesión célula-matriz. Su distribución preferente es en tejidos embrionarios.

Es una molécula formada por 6 proteínas que se disponen como los radios de una rueda de carro, y están unidas por puentes disulfuro.

4. LAMINA BASAL.

Las láminas basales están constituidas por una matriz extracelular especializada compuesta por colágeno tipo IV, proteoglicanos (heparan-sulfato), LAMININA y ENTACTINA.

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Se sintetiza por las células que se apoyan en ella. Se sitúa en la base de los epitelios, fibras musculares y células de Schwann, separando a las células del tejido conjuntivo adyacente. En el glomérulo renal y alvéolos pulmonares, separan dos capas celulares diferentes y funciona como filtro altamente selectivo.

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Otras funciones de la lámina basal:

– Determinan la polaridad celular.

– Influyen en el metabolismo celular.

– Organizan las proteínas de la membrana plasmática adyacente.

– Inducen la diferenciación celular.

– Sirven de autopista específica para la migración celular.

La LAMININA es una glicoproteína que forma parte de la lámina basal asociada a otras proteínas como el colágeno, entactina, proteoglucanos y fibronectinas. Tiene una longitud de 120 nm, y atraviesa toda las capas de la lámina basal. Su función sería la de anclar las células epiteliales a la lámina densa pues tiene sitios de unión para moléculas de integrinas de la membrana plasmática de la base celular.La LAMININA tipo I es un complejo (850 Kd) formado por tres largas cadenas polipeptídicas dispuestas en forma de cruz y unidas pos puentes disulfuro. Presenta varios domínios funcionales de unión al colágeno, heparan-sulfato, Rc de laminina de la superficie celular.

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La ENTACTINA, también conocida como nidogen-1, es una proteina que en humanos está codificadaa por el gene NID1 que participa en las interacciones de las células con la matriz extracelular. Es un componente de la membrana basal, junto con la colágena tipo IV, los proteoglicanos (heparan sulfato y los glucosaminoglucanos), laminina y fibronectina.

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