C. de Duve propuso en A guide tour of the living cell (Scientific American books, vol. 2, 1984) un viaje por la célula. Si nos convirtiéramos en seres del tamaño de moléculas y nos dirigiéramos a una célula de un tejido animal, antes de toparnos con ella tendríamos la sensación de estar avanzando por una jungla de troncos ramas y lianas. A esta maraña la denominamos matriz extracelular. La matriz extracelular es un entramado de moléculas, proteínas y carbohidratos que se disponen en el espacio intercelular y que es sintetizado y secretado por las propias células. Tiene múltiples funciones: aporta propiedades mecánicas a los tejidos (tanto en animales como en vegetales), mantiene la forma celular, permite la adhesión de las células para formar tejidos, permite la sirve para la comunicación intercelular, forma sendas por las que se mueven las células, modula la diferenciación celular y la fisiología celular, secuestra factores de crecimiento, etcétera. La cantidad, la composición y la disposición de la matriz extracelular depende del tipo de tejido considerado. Hay algunos como el epitelial y el nervioso que carecen o tienen muy poca matriz extracelular, mientras que en otros como el tejido conectivo es el elemento más importante en volumen.
En los tejidos vegetales la pared celular se puede considerar, aunque no siempre hay acuerdo, como una matriz extracelular especializada con unas características muy diferentes a la de los tejidos animales. Su papel es crucial para dar rigidez a las células y por extensión a la planta, es una barrera a la permeabilidad, protege frente a las agresiones de patógenos o mecánicas, entre otras funciones.
En esta imagen se presentan ejemplos de distintos tipos de matrices extracelulares teñidas con diferentes colorantes. Los asteriscos señalan la matriz extracelular. A) Cartílago hialino, B) Matriz ósea compacta, C) Conectivo denso regular (tendón), D) Conectivo gelatinoso del cordón umbilical, E) Paredes celulares del sistema vascular de un tallo de una planta, F) Células epiteliales. Obsérvese que prácticamente no hay sustancia intercelular, G) Imagen de microscopía electrónica del tejido nervioso donde prácticamente no existe matriz extracelular
Esquema de las principales moléculas que aparecen en la matriz extracelular de un tejido conectivo.
Las principales macromoléculas que componen la matriz extracelular son: colágeno, elastina, glucosaminoglucanos, proteoglucanos y glucoproteínas. Todas ellas se encuentran en un medio acuoso junto con otras moléculas de menor tamaño, además de los iones. Es la cantidad, la proporción y el tipo de cada una de estas macromoléculas lo que distingue a unas matrices extracelulares de otras.
i. Matriz extracelular de tejidos animales
Algunos tejidos pueden llevar a cabo las funciones que tienen encomendadas en el organismo gracias a las propiedades de sus matrices extracelulares, que varían en el tipo y en la cantidad de las moléculas que las componen. Esto es cierto para los tejidos animales y para los tejidos vegetales. A la matriz extracelular de las plantas se le denomina pared celular. Nosotros vamos a considerar a la pared celular como una matriz extracelular muy especializada, aunque no todos los autores la consideran como tal puesto que es radicalmente diferente a la que nos encontramos en los tejidos animales.
Pared celular
Organización de las fibras de celulosa que componen la pared celular.
Las células vegetales no se entienden sin la pared celular y es una característica distintiva respecto a las célula animales, considerándola algunos autores como un orgánulo celular más. Es el sostén de la célula vegetal y determina la forma y el tamaño celular, así como las características de los tejidos. Las células vegetales son más frágiles que las células animales puesto que no poseen un citoesqueleto tan desarrollado, por ello todas poseen pared celular. Una característica importante es que la pared celular sigue realizando su función incluso cuando las células que la sintetizaron han muerto, como ocurre en la madera de los árboles. La molécula más importante de la pared celular es la celulosa, la molécula orgánica más abundante de la Tierra. No todas las paredes celulares son iguales y sus caracteríscas varían según los tejidos en los que se encuentren. Más información sobre funjciones de las paredes celulares se puede encontrar en el apartado de histología vegetal.
Organización de las diferentes capas de la pared celular de las células con crecimiento secundario
Capas. La pared celular varía en grosor según el tipo y la edad de la célula que la produce. Nos podemos encontrar hasta 3 capas en las paredes celulares: la lámina media, la pared primaria y la pared secundaria. Las células sintetizan estas capas en el orden descrito y siempre la capa más reciente es la que está más próxima a la célula. Todas las células tienen lámina media, que comparten con la célula contigua, y pared celular primaria, más o menos gruesa, pero sólo algunas desarrollan pared secundaria. La pared primaria permite a la célula crecer en tamaño puesto que es extensible gracias presiones hídricas, lo que se denomina turgencia celular. La pared celular secundaria se deposita en las células que tienen que resistir fuertes presiones o que forman los vasos conductores, y puede subdividirse en subcapas. La síntesis de pared secundaria implica que la célula ya no crecerá más puesto que no es extensible como la primaria. Posee normalmente aberturas por donde puede circular el agua entre células vecinas ya que es impermeable al agua.
Componentes. El principal componente de la pared celular es la celulosa, un polisacárido de glucosas conectadas con enlaces del tipo β1-4. Las largas cadenas de glucosa se asocian paralelamente entre sí para formar microbrillas, las cuales pueden tener un diámetro variable, que a su vez se asocian para formar las fibras de celulosa. Estas fibras son visibles al microscopio y tienen una resistencia enorme a la tensión, parecida a la del acero. Las fibras de celulosa están formadas, además de por las microfibrillas, por hemicelulosa, pectinas, que también son glúcidos, y glucoproteínas. La hemicelulosa es una familia de polisacáridos que varía entre los distintos tipos celulares, siendo los xiloglucanos el tipo de hemicelulosa más abundante. Las pectinas son el tipo de polisacárido más variado de las paredes celulares primarias, mientras que están ausentes de las secundarias. Son moléculas altamente hidrofílicas. La calosa es un polisacárido que se sitúa entre la membrana de la célula y la porción celulosítica. Su síntesis aumenta en respuesta a heridas o patógenos y cierra la comunicación entre células. La lignina es un polifenol que se deposita en las paredes secundarias, y restringe la difusión de agua. En las paredes celulares de los tejidos de protección como la epidermis se depositan sustancias como la cutina y la suberina, que son depósitos lipídicos que impiden la pérdida de agua de los tejidos.
Lámina basal.
La lámina basal es una delgada capa de matriz extracelular que se encuentra en la base de todos los epitelios, también envolviendo a las células musculares y a las células nerviosas que se encuentran fuera del sistema nervioso central. Sus principales funciones son dar soporte físico y actuar como barrera con una permeabilidad selectiva. En los glomérulos del riñón es importante en la filtración de la sangre. La lámina basal está formada por varios tipos de moléculas que forman un entramado en forma de malla. Están presentes el colágeno tipo IV, la laminina, el proteoglucano perlecano y la proteína nidogen. La lámina basal se une a las membranas celulares por la adhesión entre las integrinas, situadas en las membrana plasmática, y las lamininas.
Matriz extracelular de tejidos conectivos propiamente dicho laxo y denso.
El tejido conectivo propiamente dicho de tipo laxo está formado por una matriz extracelular poco densa formada sobre todo por hialuronato y proteglucanos, con poca proporción de moléculas de colágeno y de fibras elásticas. Su principal misión es rellenar e hidratar espacios intercelulares y ser el medio por el que viajan una gran diversidad de células que se pueden encontrar en este tejido, además de los fibroblatos. Sin embargo, en el tejido conectivo propiamente dicho de tipo denso abundan las fibras de colágeno que se disponen paralelas a la tensión mecánica que soportan estos tejidos, como ocurre en los tendones, o de forma más desorganizada como ocurre en la dermis o en el sistema digestivo. En este tipo de matriz extracelular pueden ser abundantes las fibras elásticas, como ocurre en la pared de las arterias.
Cartílago.
La resistencia y elasticidad del cartílago es debida a la matriz extracelular producida por los condrocitos. Esta matriz extracelular está formada principalmente por fibras de colágeno tipo II que forman aproximadamente el 25 % de la masa seca, aunque también están presentes el colágeno tipo IX y XI en menor poporción. La segunda molécula más abundante son los glucosaminoglucanos, como el hialuronato o el agrecano, los cuales se asocian para formar grandes agregados. Así, el colágeno resiste fuertes tensiones de estiramiento y los glucosaminoglucanos resisten grandes presiones mecánicas. En el cartílago de tipo elástico abundan las fibras elásticas y aporta elasticidad a estructuras tales como la faringe, la epiglotis o al pabellón auditivo.
Hueso.
En el hueso existen fibras de colágeno tipo I inmersas en una matriz de cristales de fosfato cálcico (suponen dos tercios del peso seco del hueso). Ambos elementos aportan al hueso sus propiedades: el colágeno permite la elasticidad para que no sea frágil y los cristales de fosfato cálcico su dureza. La magtriz extracelular del hueso contiene diversos tipos de proteoglucanos y de glucoproteínas en menores proporciones, aunque son muy importantes para la organización del colágeno, la mineralización y la reabsorción del hueso.
Suero sanguíneo.
Algunos autores consideran que el suero sanguíneo es una matriz extraordinariamente especializada donde más del 90 % del peso corresponde al agua. Otros no lo encuadran dentro del término matriz extracelular. Sin embargo, es el elemento que rodea a las células sanguíneas. La proteína más abundante del suero es la albúmina, cuya principal misión es mantener una presión osmótica correcta entre el interior de los vasos sanguíneos y los tejidos que los rodean, por ejemplo evitando la formación de edemas. Otras proteínas abundantes son las γ-inmunoglobulinas, anticuerpos del sistema inmune, y otras sin actividad defensiva como son las α- y β-globulinas. Éstas últimas sirven para transportar determinados productos como el hierro o el cobre. En el suero también aparecen moléculas como la fibronectina que se pueden intercambiar con el tejido conectivo que rodea a los vasos sanguíneosa. El fibrinógeno presente en el suero es una molécula esencial para la coagulación de la sangre. Las demás moléculas de bajo peso molecular que están en el suero también se pueden encontrar en los tejidos circundantes puesto que atraviesan libremente los capilares sanguíneos.
ii. Biosíntesis de colagenaLa matriz extracelular está formada principalmente por proteínas, glucosaminoglucanos, proteoglucanos y glucoproteínas, organizados en entramados diversos que constituyen las diferentes matrices extracelulares de los distintos tejidos. Las proteínas más abundantes son el colágeno y la elastina.
Colágeno
Se denomina colágeno a una familia de proteínas muy abundante en el organismo de los animales. En los vertebrados hay más de 40 genes que sintetizan unas cadenas de aminoácidos denominadas cadenas α, las cuales se asocian de tres en tres para formar hasta 28 tipos de moléculas de colágeno diferentes. Las moléculas de colágeno pueden representar del 25 al 30 % de todas las proteínas corporales. Tradicionalmente se ha usado el colágeno para fabricar pegamentos y colas, de ahí su nombre. Su principal misión en los tejidos es formar un armazón que hace de sostén a los tejidos y que resiste las fuerzas de tensión mecánica. Actúa como las barras de acero que refuerzan el hormigón en las obras. La organización de las moléculas de colágeno en estructuras macromoleculares tridimensionales es variada. Pueden formar fibras paralelas para resistir tensiones unidireccionales, como ocurre en tendones y ligamentos, o fibras orientadas en forma de malla para soportar tensiones que pueden venir de todas las direcciones, como ocurre en el hueso, en el cartílago y en el tejido conectivo. Las células se "agarran" a las moléculas de colágeno mediante diversas proteínas de adhesión como las integrinas, inmunoglobulinas, anexinas, etcétera.
Las moléculas de colágeno se caracterizan por:
a) Una composición poco frecuente de aminoácidos. En las moléculas de colágeno abunda el aminoácido glicina, que es muy común, y otros menos comunes como la prolina e hidroxiprolina. La glicina se repite cada 3 aminoácidos (...-Gly - x - y - Gly - x - y -...), donde x e y suelen ser prolina e hidroxiprolina, respectivamente. Esta secuencia repetida de glicina es la que permite la disposición en hélice levógira de las cadenas α, debido al pequeño tamaño de este aminoácido.
b) Pueden organizarse formando fibras, mallas o especializarse en formar uniones entre moléculas. Todo ello depende de la composición química de sus subunidades α y de los tipos de subunidades que lo formen.
Forman fibras. Son los más abundantes de todas las formas de colágeno y están formadas por repeticiones de moléculas de colágeno, tres cadenas α arrolladas en forma de triple hélice dextrógira que forman las unidades repetidas. El colágeno se sintetiza en el interior celular en forma procolágeno, formado por 3 subunidades α inmaduras, que es exocitado al exterior celular. Tras la liberación sufre un tratamiento enzimático que elimina una secuencias terminales de cada cadena α, transformando el procolágeno en colágeno. Tras ello las moléculas de colágeno se ensamblan automáticamente para formar las fibrillas de colágeno, que a su vez se unen para formar las fibras de colágeno. De los colágenos que forman fibras los más frecuentes son el tipo I, que abunda en huesos, cartílago y piel, y que representa el 90 % de todo el colágeno del organismo. Otros tipos abundantes son el II, presente en el cartílago hialino, y el III, que abunda en la piel y en los vasos sanguíneos.
Esquema de la síntesis de las fibras de colágeno. Forman mallas. Estos tipos de colágeno suelen formar láminas de entramados moleculares. Se encuentran rodeando los órganos o formando la base de los epitelios. Entre éstos se encuentra el colágeno tipo IV que abunda en la lámina basal, localizada entre el epitelio y el tejido conectivo.
Establecen conexiones. Forman puentes de unión entre moléculas de la matriz extracelular y el colágeno fibrilar o el colágeno que forma mallas. Por ejemplo, el colágeno tipo IX forma uniones entre los glucosaminoglucanos y las fibras de colágeno tipo II.
También existen moléculas de colágeno que poseen secuencias de aminoácidos hidrofóbicos y que se encuentran como moléculas transmembrana. Es el caso del colágeno tipo XIII y el tipo XVII. El colágeno tipo XVII forma parte de la estructura de los hemidesmosomas.
Imagen obtenida con un microscopio electrónico de transmisión a partir de tejido conectivo de un invertebrado marino, la oreja de mar. Con los asteriscos negros se indica el colágeno ya ensamblado en el exterior celular, mientras que con los asteriscos blancos las grandes vesículas intracelulares llenas de moléculas de procolágeno. La flecha blanca indica un posible punto de liberación de las moléculas de procolágeno al espacio extracelular.
iii. Glucosaminglicanos y proteoglicanos
Las proteínas colágeno, las fibras elásticas y otras moléculas presentes en la matriz extracelular se encuentran embebidas en un medio compuesto fundamentalmente por polímeros no ramificados de azúcares y agua. Los azúcares corresponden al tipo de los denominados glucosaminoglucanos o mucopolisacáridos. En las paredes celulares de las células vegetales no existen glucosaminoglucanos sino fundamentalmente celulosa, que es un polímero de glucosa.
Glucosaminoglucanos
Son polímeros no ramificados de azúcares que pueden formar cadenas muy largas. Están formados por repeticiones de parejas de monosacáridos donde uno de los azúcares tiene un grupo amino (N-acetilgalactosamina o N-acetilglucosamina) y el otro es normalmente la galactosa o el ácido glucurónico. Estos azúcares poseen grupos carboxilo (COO-) y grupos sulfatos (SO3-), cuyas cargas negativas permiten una fuerte y abundante asociación con moléculas de agua, aportando una gran hidratación a la matriz extracelular. Los glucosaminoclucanos son moléculas poco flexibles por lo que ocupan un gran volumen y gracias a su fuerte hidratación hacen que la matriz extracelular se comporte como un gel. Esto permite que los tejidos que poseen una alta proporción de glucosaminoglucanos puedan resistir fuertes presiones mecánicas y además favorece una alta tasa de difusión de sustancias entre las célula. Los tipos más comunes de glulcosaminoglucanos son el ácido hialurónico y los glucosaminoglucanos sulfatados: condroitín sulfato, dermatán sulfato, queratán sulfato y heparán sulfato.
Composición de los principales grupos de glucosaminoglucanos (Modificado de Lamoureux, 2007).
El ácido hialurónico o hialuronato es un caso especial de glucosaminoglucano puesto que no forma enlaces covalentes con otras moléculas de la matriz extracelular, se sintetiza extracelularmente por enzimas localizados en la superficie celular y no posee grupos sulfatos. Está compuesto por parejas formadas por el ácido glucurónico y la N-acetil-glucosamina, que pueden llegar hasta las 20.000 repeticiones. Se suele asociar con las moléculas de colágeno o a proteoglucanos, confiriendo a la matriz extracelular elasticidad, resistencia y lubricación. Su función es muy importante durante el desarrollo o en lugares del organismo donde se produce una fuerte proliferación celular puesto que facilita el desplazamiento celular, puesto que al ser una molécula grande y poco flexible ocupa un volumen grande con muchos espacios libres. También aparece en aquellos lugares donde se produce una fuerte fricción como en el cartílago de las articulaciones.
Los demás tipos de glucosaminoglucanos están sulfatados y unidos covalentemente a cadenas de aminoácidos. El condroitín sulfato es un glucosaminoglucano sulfatado compuesto por repeticiones de parejas de N-acetil-galactosamina y ácido glucurónico. Es abundante en el cartílago. El dermatán sulfato está formado por ácido glucurónico o ácido idurónico más N-acetil-galactosamina. El queratán sulfato es un polímero de N-acetil-glucosamina más galactosa, con los azúcares mostrando distinto tipo de sulfatación. El heparán sulfato lo producen la mayoría de las células, mientras que su derivado, la heparina, sólo la producen los mastocitos. La heparina es un antitrombótico muy usado en medicina como anticoagulante. Está formado por dímeros de N-acetil-glucosamina más ácido glucurónico o ácido idurónico, igual que el hialuronato, pero con distintos tipos de enlaces entre azúcares, que son sulfatados. Todos estos glucosaminoglucanos suelen estar unidos covalentemente a cadenas de aminoácidos formando los denominados proteoglucanos.
Esquema de un proteoglucano, el agrecano (Modificado de Lamoureux, 2007).
Proteoglucanos
Un proteoglucano es una molécula compuesta por la unión covalente entre una cadena de aminoácidos y uno o varios glucosaminoglucanos sulfatados. Es una familia de moléculas ubicua. Los proteoglucanos son sintetizados en el interior celular. La parte proteica se sintetiza en el retículo endoplasmático, donde también se inicia la adición de glúcidos. Sin embargo, la elongación de las cadenas de repeticiones de glucosaminoglucanos y la sulfatación se produce en el lado trans del aparato de Golgi. La mayoría de los proteoglucanos son exocitados al espacio intercelular, pero algunos formarán parte de la membrana plasmática gracias que su parte proteica contiene secuencias de aminoácidos hidrófobos que se insertan entre las cadenas de ácidos grasos de la membrana. Otras moléculas como el colágeno tipo IX, el XII y el XVII también contienen cadenas de glucosaminoglucanos.
Los proteoglucanos se diferencian sobre todo en la secuencia y en la longitud de la cadena de aminoácidos (desde 100 a 4000 aminoácidos). También se diferencian en el número y en el tipo de moléculas de glucosaminoglucanos que tiene unidos. Por ejemplo, la decorina tiene una sola molécula mientras que el agrecano contiene más de 200.
La función de los proteoglucanos depende de sus moléculas de glucosaminoglucanos: hidratación, resistencia a presiones mecánicas, lubricantes, afectan a la diferenciación, la movilidad y la fisiología celular, etcétera. Su acción mecánica es esencial en los cartílagos y en las articulaciones. Pero además son puntos de anclaje de las células a la matriz extracelular que le rodea, bien por su acción directa por ser moléculas integrales de la membrana plasmática, porque forman uniones con fosfolípidos de la membrana o porque son reconocidos por proteínas de adhesión presentes en las membranas plasmáticas como las integrinas.
Celulosa
Organización de las moléculas de celulosa y la interacción entre ellas mediante puentes de hidrógeno (líneas en rojo).
La celulosa es el principal componente de las paredes vegetales, la matriz extracelular de las plantas. Aunque algunos autores consideran que la pared celular de las plantas no se puede incluir en la categoría de matriz extracelular por sus características propias, nosotros la consideraremos como un tipo muy especializado de matriz extracelular. La celulosa es un polisacárido formado por monómeros de glucosa (más de 500 por molécula) unidos mediante enlaces tipo β(1-4) (ver figura =>). Aporta a los tejidos vegetales resistencia a tensiones mecánicas, tanto de estiramiento como de presión y es la que permite el soporte de las partes aéreas de la planta. Las moléculas de glucosa se asocian entre sí mediante enlaces de hidrógeno para formar estructuras cristalinas denominadas microfibrillas de celulosa, formadas por unas 50 moléculas de celulosa, orientadas con la misma polaridad. Las fibrillas se asocian entre sí mediante puentes formados por otros glúcidos, como hemicelulosa y pectinas, que resultan en las fibras de celulosa, visibles al microscopio óptico.
Al igual que ocurre con el hialuronato, la celulosa se sintetiza en el exterior celular gracias a la acción de la celulosa sintasa, una proteína transmembrana localizada en la membrana plasmática. Esta enzima recoge las unidades de glucosa desde el citosol, les hace cruzar la membrana y las enlaza en el exterior celular. Un aspecto interesante de la síntesis de celulosa es la orientación de las moléculas que se van sintetizando, ya que determina la orientación de las fibrillas y posteriormente de las fibras de celulosa. Esta orientación es muy importante porque determinará el eje de crecimiento de la célula vegetal, que siempre tenderá a ser perpendicular a la disposición de las fibras de celulosa. La orientación de la deposición de las moléculas de celulosa está condicionada por la orientación de los microtúbulos corticales que se localizan justo debajo de la membrana plasmática, en el citosol. De esta manera la célula puede controlar la orientación de las fibras de celulosa y por tanto su crecimiento, por ejemplo para que una estructura vegetal, tallos u hojas, crezcan hacia una fuente de luz.
Referencias:
Lamoureux F. Proteoglycans: key partners in bone cell biology. 2007. BioEssays. 29:758-771.
iv. Otras proteínas estructurales de matriz extracelular
iv. Otras proteínas estructurales de matriz extracelular
Elastina
Esquema de una porción de una fibra de elastina. Las moléculas de elastina están unidas entre sí mediante enlaces entre las regiones ricas en el aminoácido lisina (Modificado de Kielty 2007).
Es una proteína abundante en muchas matrices extracelulares y aparece como un componente de las denominadas fibras elásticas, las cuales son agregados insolubles de proteínas. Al contrario que las fibras de colágeno, las fibras elásticas tienen la capacidad de estirarse en respuesta a las tensiones mecánicas y de contraerse para recuperar su longitud inicial en reposo. La elasticidad de nuestros tejidos depende de las fibras elásticas. Se encuentran sobre todo en la dermis, en las paredes de las arterias, en el cartílago elástico y en el tejido conectivo de los pulmones. Además de la elastina, que representa el 90 %, las fibras elásticas están formadas por las denominadas microfibrillas de fibrilina y por otras glucoporteínas y proteoglucanos en menor proporción. Otras funciones de las fibras elásticas son aportar sostén a los tejidos o regular la actividad de los factores de crecimiento TGF-β mediado por la fibrilina.
La elastina posee una larga cadena de aminoácidos en la que hay numerosas secuencias con aminoácidos hidrófobos, separadas por otras secuencias que contienen parejas de glicinas y otros aminoácidos pequeños como la lisina. Esta composición de aminoácidos es la que confiere las propiedades elásticas, puesto que los aminoácidos hidrófobos permiten la disposición en estructuras arrolladas y la lisina la formación de α-hélices, que son los puntos donde se enlanzan dos moléculas de elastina próximas. La elastina parece ser una invención de los vertebrados, puesto que no se ha encontrado en invertebrados.
Las fibronectinas son glucoproteínas formadas por dos cadenas de polipéptidos unidos por uniones disulfuro. Poseen dominios en su estructura que permiten unirse al colágeno, a ciertos proteoglucanos, a glucosaminoglucanos, a la fibrina, a la heparina y a proteínas de la membrana plasmática celular como las integrinas. Por tanto establecen uniones entre moléculas de la matriz extracelular y entre moléculas de las células con la matriz extracelular. Las moléculas de fibronectina pueden aparecer formando fibras insolubles en los tejidos conectivos o solubles en el plasma de los fluidos corporales, como la sangre. Tienen un papel muy importante durante el desarrollo embrionario creando sendas por las que pueden migrar las células de un lugar a otro del embrión.
Esquema de una molécula de fibronectina. Está formada por dos cadenas de aminoácidos unidas por la zona próxima al extrremo carboxilo por puentes disulfuro. Se indican los dominios de la proteína que interaccionan con otras moléculas produciendo adhesión. (Modificado de Pankov 2002)
Las tenascinas son una familia de proteínas de gran tamaño que aparecen en tejidos embrionarios, en heridas y en tumores. Son capaces de unirse a las integrinas (proteínas transmembrana de las células), a los proteoglucanos y a los receptores del tipo de las inmunoglobulinas.
Otras glucoproteínas de adhesión presentes en la matriz extracelular son el fibrinógeno, que une receptores de superficie de las plaquetas y permite la coagulación sanguínea, la laminina que ayuda en el entramado de las láminas basales, la osteopondina presente en el hueso y el riñón, la denominada proteína de unión, que aparece en el cartílago donde reconoce a proteoglucanos, etcétera.
Proteínas transmembrana que unen la célula a la matriz extracelular.
Las integrinas son las moléculas más importantes en la adhesión de la célula a la matriz extracelular, aunque algunos proteoglucanos también pueden realizar esta función. Las integrinas son una gran familia de proteínas cuyos miembros se expresan diferencialmente según los tipos celulares y según las necesidades fisiológicas de los tejidos o de las células. Son proteínas transmembrana formadas por dos subunidades, cada una de ellas con un dominio intracelular que contacta con el citoesqueleto y otro extracelular globular que es capaz de unirse al colágeno, fibronectinas y lamininas, además del dominio transmembrana. Esta conexión entre matriz extracelular y citoesqueleto celular es fundamental para modificar el comportamiento celular en función de las moléculas presentes en la matriz extracelular. Esto es posible porque el estado de adhesión de la integrina se transmite a su dominio citosólico, el cual interactúa con proteínas que son capaces de viajar al interior del citoplasma para afectar a rutas moleculares o viajar al interior del núcleo para alterar la expresión génica. También la célula puede modificar su capacidad de adhesión, y por tanto su movilidad, cambiando el juego de proteínas receptoras en su superficie.
(Modificado de Luo, 2007)
Las integrinas suelen aparecer asociadas en la membrana plasmática formando las denominadas adhesiones focales y también a los hemidesmosomas.
Principales proteínas transmembrana que realizan contactos célula-célula (Modificado de Hynes, 1999)
Proteínas transmembrana que unen una célula a otra célula.
Estas moléculas se encargan de adherir directamente unas células a otras. Hay cuatro tipos: cadherinas, inmunoglobulinas, selectinas y algunos tipos de integrinas. Las cadherinas se encuentran en la superficie de la mayoría de las células animales y forman uniones homotípicas, es decir, reconocen a otras cadherinas en la célula adyacente. Son una gran superfamilia de proteínas cuyos miembros suelen aparecer característicamente en ciertos tejidos. Así, la N-cadherina se expresa en el tejido nervioso, la E-cadherina en el tejido epitelial, etcétera. Es por ello que juegan un papel importante en la segregación de poblaciones celulares de los distintos tejidos. Son especialmente importantes durante el desarrollo embrionario. Las cadherinas son parte estructural de los demosomas en mancha (macula adherens). Las moléculas de adhesión del tipo inmunoglobulina, también llamadas CAM (cell adhesion molecule) forman uniones homofílicas con inmunoglobulinas presentes en la célula adyacente, aunque también pueden realizar uniones heterofílicas con otro tipo de moléculas. Es también una gran familia de proteínas con distribución específica de sus miembros en los distintos tejidos. Por ejemplo, N-CAM aparece en el sistema nervioso. Sus uniones no son tan fuertes como las de las cadherinas y parece que actúan ajustando de forma más fina la asociación entre células de un mismo tejido. Las selectinas son también proteínas de adhesión entre células, pero forman uniones heterofílicas, es decir, se unen a glúcidos presentes en la célula vecina. Esto es gracias a que poseen un dominio que tiene apetencia por determinados azúcares (ácido siálico y fucosa). Son importantes en la unión de los glóbulos blancos a las paredes del endotelio cuando abandonan el torrente sanguíneo para adentrarse en los tejidos. Las integrinas, que antes vimos como moléculas que median la adhesión de las células a la matriz extracelular, también pueden mediar adhesiones célula-célula. En concreto, algunas integrinas pueden formar uniones con algunas moléculas transmembrana del tipo de las inmunoglobulinas.
Remodelación de la matriz extraceular: metaloproteinasas
La matriz extracelular de los animales necesita reorganizarse para satisfacer las necesidades fisiológicas de los tejidos. Además, necesita una regeneración constante mediante la degradación de componentes y la producción de otros nuevos por parte de las células. La degradación de la matriz extracelular la llevan a cabo enzimas como las metaloproteinasas. Son enzimas que se asocian a la cara externa de la membrana plasmática o forman parte integral de ella, siempre con su centro activo localizado extracelularmente. Inicialmente se producen en forma inactiva o prometaloproteinasas y para su activación es necesaria una proteolisis en su estructura, llevada a cabo por otras enzimas asociadas a la membrana plasmática. Existen múltiples tipos de metoloproteinasas, cada una de las cuales tiene apetencia por distintos componentes de la matriz extracelular.
Referencias:Heino J. The collagen family members as cell adhesion proteins. Bioessays. 2007. 29:1001-1010.
Canty EG, Kadler KE. Procollagen trafficking, processing and fibrillogenesis. Journal of cell sciences. 2005. 118:1341-1353.
Kadler CM, et al.,. Collagens at a glance. Journal of cell science. 2007. 120:1955-1958.
Kielty CM. Elastic fibres in health and disease. Expert reviews in molecular medicine. 2006. 8:1-23. Hynes RO. Cell adhesion: old and new questions. Trends in cell biology. 1999. 9:M33-M37.
Luo BH, et al. Structural basis of integrin regulation and signaling. Annual review of immunology. 2007. 25:619-647.
Pankov R, Yamada KM. Fibronectin at a glance. Journal of cell science. 2002. 115:3861-3863.
Canty EG, Kadler KE. Procollagen trafficking, processing and fibrillogenesis. Journal of cell sciences. 2005. 118:1341-1353.
Kadler CM, et al.,. Collagens at a glance. Journal of cell science. 2007. 120:1955-1958.
Kielty CM. Elastic fibres in health and disease. Expert reviews in molecular medicine. 2006. 8:1-23. Hynes RO. Cell adhesion: old and new questions. Trends in cell biology. 1999. 9:M33-M37.
Luo BH, et al. Structural basis of integrin regulation and signaling. Annual review of immunology. 2007. 25:619-647.
Pankov R, Yamada KM. Fibronectin at a glance. Journal of cell science. 2002. 115:3861-3863.
