Matriz Extracelular

1. Matriz Extracelular Alves M.; Conceição C., Gomes M., Silva m. Serviço de Biologia Celular da Faculdade de Medicina da Universidade do Porto • Lamina basal • Exemplo de matriz em forma de placa fina e rígida, localizada por baixo de epitélios, nas células musculares, adipócitos, células de Schwann, glomérulo renal. Constituída por colagénio tipo IV, perlecano e proteínas de adesão como entactina ou laminina. Tem como funções: • - separação das células que nela assentam do tecido conjuntivo envolvente; • - determinação da polaridade celular; • - diferenciação celular; • - participação na migração celular e na regeneração tecidular; • “filtração” de moléculas de grande dimensão.1 Figura 4: Lâmina basal das cordas vocais (in www.scielo.br/img/revistas/ rhc/v59n2/a03fig01.gif) Figura 1: Matriz Extracelular vista ao Microscópio Electrónico(In http://bio.winona.edu/bates/Bio241/images/figure-04-28-1-photo.jpg) Glicocálice • A matriz extracelular pode definir-se como um aglomerado tridimensional complexo de macromoléculas biológicas que interagem entre si e se ligam a receptores celulares, localizado no espaço intercelular1.É constituída por 4 grandes famílias de moléculas:2 • Colagénios • Proteoglicanos • Glicoproteínas • Proteínas elásticas Zona periférica de algumas células rica em glicídeos, especialmente exuberante no pólo apical de certas células epiteliais. Tem como funções a protecção da superfície celular e acção como marcadores para interacções celulares.1 Figura 5: Glicocálice (in escuela.med.puc.cl/.../ fotosBig/Fotos/Fig18.jpg) Estes componentes permitem que ocorram interacções entre células, mediadas por receptores. É graças a esta rede de conecções que se realizam os processos celulares, como aderência, morfogénese e apoptose, e se criam as características tecidulares (solidez, transparência).2 A diferente proporção de componentes determina diferentes tipos de matriz produzida pela globalidade dos tecidos, com função diferente. Podem distinguir-se dois compartimentos da matriz: um compartimento intersticial, mais vocacionado para conferir suporte físico e força mecânica (sobretudo em tecidos conjuntivos densos) ou para manter um ambiente hidratado em tecidos conjuntivos laxos; e um compartimento pericelular, com funções de adesão, migração, proliferação/ apoptose celular, influenciando a expressão genética e o comportamento celular. Zona Pelúcida A zona pelúcida é a camada de glicoproteína que envolve o oócito. Acredita-se que esta estrutura não celular é produzida pelo oócito e pelas células que o envolvem durante o desenvolvimento folicular. Ela consiste de duas camadas: uma camada externa espessa e uma camada interna fina que é mais difícil de penetrar. É importante durante a interacção do oócito/espermatozóide por causa dos receptores de espermatozóides na superfície do oócito e serve para proteger os oócitos e pré-embriões de antigénios durante o período de pré-implantação.1 Figura 6: (in www2.uerj.br/~micron/ atlas/repfem/imagef7.jpg) • Glicoproteínas • Proteínas conjugadas contendo um ou mais resíduos de hidratos de carbono ligados covalentemente.4 Alguns exemplos de glicoproteínas são: • Laminina–proteínas multiadesivas da lâmina basal que ligam colagénio tipo IV a receptores celulares específicos. É a proteína mais eficiente. Existe evidencia de que a laminina está relacionada com o crescimento e progressão de tumores.5 • Mutações nos genes que codificam a laminina LAM A3, LAM B3 e LAM C2, podem causar a forma Herlitz da Epidermolise Bullosa: grupo de perturbações de fragilidade da pele, geneticamente determinadas que se caracterizam por formação de bolhas na pele e mucosa seguida de trauma mecânico. • Fibronectinas – proteínas multiadesivas que ligam colagénio e outras proteínas da matriz às integrinas que estão na membrana, ligando as células à matriz.3,6 • Fibrilhina –componente principal das microfibrilas, importante na deposição de tropoelastina e formação de fibras elásticas. A função das microfibrilas ainda não está bem esclarecida, pois parecem ter várias funções globais. Actuam como base para a deposição de tropoelastina e formação da fibra elástica, podem contribuir para as propriedades mecânicas do tecido elástico maduro, permite ligação estrutural em tecido não elástico e liga células endoteliaias e epiteliais através de domínios de ligação. A fibrilhina é sintetizada como profibrilhina, que é segregada pela célula e desagregada na matriz extracelular, numa reacção que depende do cálcio. Posteriormente forma-se um grande agregado insolúvel. • Mutações no gene para a fibrilhina-1 (FBN1) são a causa do síndrome de Marfan, um distúrbio dominante autossómico do tecido conjuntivo, incluído nas microfibrilopatias e que se manifesta nos tecidos ocular, esquelético e cardiovascular.1,2,6 Algumas anormalidades que decorrem do síndrome de Marfan são dolicostenomelia, aracnodactilia, escoliose, deformidades da parede torácica, estatura alta, laxidez ligamentar, mobilidade articular anormal e protusão acetabular. A maioria das manifestações cardiovasculares no síndrome de Marfan afectam as válvulas auriculoventriculares e a aorta. Nos pacientes com este síndrome verifica-se uma diminuição na síntese, secreção e reduzida deposição de fibrilhina na matriz extracelular. 3 Figura 2: Tecido conjuntivo laxo: células residentes, como fibroblastos, ou migratórias, como macrófagos, separadas por fibras elásticas e colagénio. (In http://escuela.med.puc.cl/paginas/Cursos/segundo/histologia/HistologiaWeb/paginas/fotosBig/c95CK200_2.html) Figura 3: Tecido conjuntivo denso: poucas células, principalmente fibroblastos. Matriz extracelular muito abundante sendo o principal componente o colagénio. Pouca substância fundamental, como proteoglicanos. (inhttp://escuela.med.puc.cl/paginas/Cursos/segundo/histologia/HistologiaWeb/paginas/fotosBig/c96K403.html) Proteínas Fibrilares Estruturas complexas que contém Elastina, microfibrilas de 10-12 nm, oxídase de lisil e proteoglicanos. Possuem dois componentes principais: uma fracção amorfa que não tem qualquer estrutura regular e que constitui cerca de 90% da fibra madura (é exclusiva em elastina) e um componente microfibrilar, que consiste em microfibrilas de 10-12 nm. 3 As células produtoras de Elastina segregam Tropoelastina, que se transforma numa “rede” através da acção da oxidase de lisil, formando Elastina madura. 3 As propriedades da Elastina são essenciais para a função de tecidos como pulmões, a aorta e a pele. 3 A Síndrome de Williams esta relacionada com a delecção do gene que codifica a Elastina, afectando o sistema nervoso central e o tecido conjuntivo. Uma diminuição anormal de Elastina leva ao envelhecimento, provoca enfisema pulmonar e cutis laxa, enquanto uma aumento da deposição de Elastina provoca doenças dermatológicas. Figura 7: Fibras elásticas vistas ao microscópio eléctrónico de varrimento. (in Molecular Biology of the Cell; 4th ed.Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter New York: Garland Publishing; c2002) Colagénio Proteína mais abundante nos animais, com estrutura em hélice tripla e repetições da sequencia de aminoácidos: Glicina (importante para o empacotamento da proteína), x - normalmente Prolina, y - normalmente Hidroxiprolina (importantes para estabilizar a forma helicoidal e o grupo hidroxilo para formar ligações de hidrogénio entre prolina e hidroxiprolina). O colagénio é sintetizado fora da célula, por remoção da porção não-helicoidal do pré-colagénio sintetizado dentro da célula. Existem vários tipos de colagénio: Proteoglicanos São constituídos por proteínas específicas ligadas covalentemente a glicosaminoglicanos – GAGs – (cadeias polissacarídicas formadas pela repetição de dissacarideos nos quais um resíduo é um açúcar aminado e o outro é um acido urónico, geralmente). Função: -conferem resistência aos tecidos; regulam o tráfego de moléculas e proporcionam uma difusão mais rápida (funções que advêm das suas características de moléculas hidratadas); -participam em cascatas de sinalização -regulam actividade de proteases e inibidores de proteases, O grupo dos proteoglicanos é muito heterogéneo, sendo que estas moléculas diferem na localização tecidular, na natureza da proteína e do GAG e na função que desempenham.Exemplos de proteoglicanos: perlecano, agrecano, sindecano, neurocano. Figura 10: Colagénio (in Ushiki T.; Collagen fibers, reticular fibers, elastic fibers. A comprehensive understanding from a morphological viewpoint; Arch. Hist. Cytol.; 2002; vol 65:109-126) • Algumas doenças relacionadas com Colagénio: Síndrome de Marfan Síndrome de Ehlers-Danlos • Grupo heterogéneo de doenças genéticas do tecido conjuntivo não cartilagíneo (estão classificadas seis diferentes tipos); • Caracterizado por pele hiper-extensível, articulações anormalmente móveis e vasos frágeis; • Anomalias moleculares no colagénio e enzimas responsáveis pela sua maturação. A forma clássica da síndrome é devida a mutações do colagénioV. • Anomalias no colagénio I podem também ser responsáveis por esta síndrome. • Doença hereditária autossómica dominante caso a alteração genética se refira aos colagénios, ou recessiva caso se refira á tenascina. Osteogénese Imperfeita • Estão descritos 4 tipos de Osteogénese Imperfeita (O.I.), no entanto a fragilidade óssea é um componente importante de várias outras síndromes descritas. A forma mais frequente é a OI tipo I caracterizada por baixa estatura, fracturas, escleróticas azuladas e esperança média de vida normal. • Estão descritas mais de 200 mutações nos genes que codificam o Colagénio tipo I – COL 1 A1, COL 1 A2 e cerca de 80 mutações no gene COL 3 A1, que provocam Osteogénese Imperfeita.9 Epidermólise Bullosa Distrófica • Mutações no gene COL 7 A1, que codifica o Colagénio 7, provoca diminuição do número de fibrilas de ancoragem, o que induz os sintomas desta complicação: fragilidade da pele, bolhas, escaras, alterações das unhas.8 Figura 8: Perlecano (in ww.neuro.wustl.edu/.../muscle/perlecanmtjh.jpg) Figura 9: Agrecano (in medweb.uni-muenster.de/.../buddeck/imagwe016.gif) Glicoproteínas e Proteoglicanos - Componentes da Matriz e Remodelação Cerebral10 Os componentes da matriz extracelular influenciam vários processos de remodelação da matriz do cérebro adulto relacionados com plasticidade sináptica, doenças inflamatóias, gliomas e angiogénese, daí a importância do seu estudo molecular para conhecimento do possível estado patológico do cérebro. Tenascina-c, glicoproteína matricial Neurocano, versicano, brevicano, proteoglicanos cujo GAG é Sulfato de Condroitina;apresentam dois domínios terminais globulares separados por uma longa região glicosilada Ácido Hialurónico Localiza-se em filamentos centrais associados a proteínas e proteoglicanos, no cérebro adulto. Aumento de ac.hialuronico associado a aumento de hialunoridase fragmentos mais pequenos Moléculas sujeitas a digestão endocítica  Aumento da angiogénese Aumento incidência epilepsia, meningite, encefalite 1 - Azevedo, C., Biologia Celular e Molecular, 3ª edição, Lidel, Porto, 1999 2 - Fichard A.; Chanul-Delalande H.; Ruggiero F; Le syndrome d’Ehlers-Danlos: l’arquitecture matricielle en question; Medecine/Sciences; 2003;19:443-52 3 - Robinson P.N.; Godfrey M.; The molecular genetics of Marfan syndrome and related microfibrilopathies; J Med Genet; 2000; 37:9-25 4 - http://cancerweb.ncl.ac.uk/cgi-bin/omd?query=glycoproteins 5 - Miyazaki K.; Laminin-5 (laminin-332): Unique biological activity and role in tumor growth and invasion; Cancer Sci.; 2006; 97(2):91-8 6 - http://www.exelinfo.com/espaniol/edicion_02/nota15.html# 7 – Grahame R.; Joint hipermobility and genetic collagen disorders: are they related?; Arch Dis Child; 1999; 80:188-191 8 - Solovan, C., The biomolecular and ultrastructural basis of epidermolisis bullosa, Acta Dermatovenerologia, APA vol 14, nº 4, 127-35 9 - Graham R., Joint hypermobility and genetic collagen disordes: are they relaated?, Arch. Dis Child. , 1999, 188-91 10 - Rauch, U., “Extracelular matrix components associated with remodeling processes in brain”, Cellular and Molecular Life Sciences, 2004, vol.61:2031-45