Tipos de matrices extracelulares: estructura y propiedades

RESUMEN

La matriz extracelular (MEC) es una red macromolecular tridimensional no celular compuesta de colágenos, proteoglicanos / glicosaminoglicanos, elastina, fibronectina, lamininas y varias otras glicoproteínas. Los componentes de la matriz se unen entre sí, así como los receptores de adhesión celular que forman una red compleja en la que las células residen en todos los tejidos y órganos. Los receptores de superficie celular transducen las señales en las células de la MEC, que regulan diversas funciones celulares, como la supervivencia, el crecimiento, la migración y la diferenciación, y son vitales para mantener una homeostasis normal. MEC es una red estructural altamente dinámica que se somete continuamente a la remodelación mediada por varias enzimas degradantes de la matriz durante condiciones normales y patológicas. La desregulación de la composición y estructura de la MEC se asocia con el desarrollo y progresión de varias condiciones patológicas. Este artículo hace hincapié en la compleja estructura de la MEC para proporcionar una mejor comprensión de su dinámica multipotencia estructural y funcional. En su caso, se presenta también la implicación de las distintas familias de macromoléculas de MEC en salud y enfermedad.

1.  Tipos de matrices extracelulares: estructura y propiedades

Todos los tejidos y órganos contienen una mezcla de células y componentes no celulares, que forman redes bien organizadas llamadas matrices extracelulares (MEC). Las MEC proporcionan no sólo andamios físicos en los que las células están incrustadas, sino que también regulan muchos procesos celulares incluyendo crecimiento, migración, diferenciación, supervivencia, homeostasis y morfogénesis. El MECs consisten en una gran variedad de macromoléculas de la matriz cuya composición precisa y estructuras específicas varían de tejido a tejido.
Los constituyentes principales de las MEC son las proteínas formadoras de fibrosas, tales como colágenos, elastina, fibronectina (FN), lamininas, glicoproteínas, proteoglicanos (PGs) y glicosaminoglicanos (GAG), que son moléculas altamente ácidas e hidratadas. En la mayoría de los tejidos, el colágeno formador de fibrillas tipo I y principalmente en el colágeno tipo II del cartílago son los constituyentes principales de los MEC. Se asocian con otros colágenos, así como proteínas MEC y PGs para construir grandes estructuras fibrilares. Estas estructuras multi-moleculares están interconectadas con las moléculas de la MEC, asociadas entre sí para la construcción de la compleja red de matriz tridimensional.

Los ECM se pueden clasificar en dos tipos principales que varían en composición y estructura: las matrices intersticiales y pericelulares. Las matrices intersticiales rodean a las células, mientras que las matrices pericelulares están en estrecho contacto con las células. Por ejemplo, la membrana basal, que es un tipo de matriz pericelular, se encuentra en la interfase entre el parénquima y el tejido conectivo, proporcionando una capa de anclaje en forma de hoja para las células parenquimatosas, para mantenerse juntas, evitando que se desgarren. Las membranas basales se componen de colágeno tipo IV, lamininas, nidógeno 1 y 2, y PGs tales como perlecan, agrina, colágeno tipo XV y colágeno tipo XVIII. Las membranas basales consisten en un polímero de laminina que proporciona principalmente sitios de adhesión de células epiteliales y una red de colágeno tipo IV que estabiliza la estructura global. Ambas redes interactúan con otros componentes de la membrana basal, que actúan como conectores moleculares que interconectan las dos redes. Por ejemplo, los agregados que contienen perlecan están implicados en la conexión estrecha de las redes de colágeno tipo IV y laminina [6], pero también influyen en la hidratación y, por tanto, en las propiedades biomecánicas de las membranas basales. Aunque las membranas basales muestran una ultraestructura simétrica con una lámina densa colocada entre dos estructuras de lámina rarae, presentan una asimetría bioquímica y mecánica que permite la disposición alternante del epitelio y tejido conectivo. Por ejemplo, la red de laminina se encuentra en el lado epitelial proporcionando el sustrato para la unión de células epiteliales, mientras que la red de colágeno tipo IV está localizada en el lado del estroma. Las células epiteliales se anclan a la membrana basal a través de estructuras específicas denominadas hemidesmosomas. Se forman cuando las integrinas de la superficie celular interactúan con lamininas en el nivel extracelular e intracelularmente con filamentos intermedios.

Las células incrustadas en ECM interactúan con esta red macromolecular a través de sus receptores de superficie, tales como integrinas, receptores de dominio de discoidina (DDR), PG de superficie celular y el receptor de hialuronano (HA) CD44. En este sentido, las células integran señales de ECMs que dictan sus funciones y comportamiento. Todos los tipos de células (es decir epitelial, fibroblastos, células inmunitarias, células endoteliales) sintetizan y secretan macromoléculas de matriz bajo el control de múltiples señales, participando así en la formación de ECMs. Las variaciones en la composición y estructura de los componentes de los ECMs afectan tanto a la estructura general como a las propiedades biomecánicas de la red formada, sino también a las señales transmitidas a las células, modulando así sus respuestas. Varios factores de crecimiento, citoquinas y quimiocinas se depositan dentro de las ECMs a través de la unión a moléculas de ECM específicas y son capaces de liberarse a partir de procedimientos bien orquestrados y operar a tiempo de desarrollo y fisiológicamente relevantes. Los ECMs son cruciales para la homeostasis normal, pero también muchos síndromes y condiciones patológicas / letales surgen de anormalidades en los componentes de ECMs que emerjan las moléculas de ECM como blancos potenciales para el tratamiento farmacológico dirigido.

ECM remodelación se produjo durante condiciones fisiológicas y como parte de los procesos de enfermedad modula la estructura y las propiedades de ECMs de múltiples maneras (Fig. 1]. Por ejemplo, la degradación proteolítica mediada por enzimas, tales como metaloproteasas de matriz (MMPs), una desintegrina y metaloproteasas (ADAM), ADAMs con motivos de trombospondina (ADAMTSs), activadores de plasminógeno, así como degradación de cadenas de heparán sulfato (HS) mediadas por Heparanasa, liberan heparina (Hep) que unen factores de crecimiento que a su vez activan la angiogénesis y el crecimiento celular durante la tumorigénesis. Especialmente, durante la tumorigénesis, se producen alteraciones marcadas en las ECM que conducen a la formación de estroma fibrótico con mayor rigidez, deposición excesiva de componentes ECM y liberación de enzimas proteolíticas que al activarse dan lugar a un remodelado anormal de ECM. La actividad de la lisil oxidasa (LOX) se mejora y promueve la reticulación de las fibras de colágeno con componentes ECM dando como resultado la rigidez de la matriz. Varios tipos de células dentro del estroma tumoral, tales como fibroblastos asociados al cáncer, células endoteliales, células inmunes, pericitos, pero también células tumorales, participan en la formación de ECM desreguladas y desorganizadas que favorecen y promueven la tumorigénesis.

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