Gartner, Leslie P. - Texto Atlas de Histologia, 2da Edición [4 Matriz Extracelular]

atriz extrace u ar

Las clulas de los microorganismos multicelulares se inte-gran para formar relaciones estructurales y funcionales conocidas como tejidos. Cada uno de los cuatro tejidos bsicos del cuerpo - epitelio, tejido conectivo, msculo y tejido nervioso- posee caractelisticas especficas y definidas que se detallan en captulos subsecuentes. Sin embargo, todos los tejidos estn compuestos de clulas y una matriz extracelular, un complejo de macro molculas inanimadas elaborado por las clulas y eliminado por ellas hacia el espacio extracelular.

Algunos tejidos, como el epitelio , forman lminas de clulas con slo una cantidad escasa de matriz extracelu-lar. En el extremo opuesto se encuentra el tejido conec-tivo , constituido principalmente de matriz extracelular, con un nmero limitado de clulas diseminadas en toda la matriz. Las clulas conservan sus relaciones con la matriz extracelular y forman uniones especializadas que las unen con las macro molculas circundantes. En este captulo se analizan la naturaleza de la matriz extracelu-lar y las relaciones de unin que forman entre s las c-lulas.

La matriz extracelular del tejido conectivo, el tejido conectivo ms comn del cuerpo , se compone de una sustancia fundamental hidratada similar a un gel, con fibras incluidas en ella. La sustancia fundamental resiste fuerzas de compresin y las fibras soportan fuerzas de tensin. El agua de hidratacin permite el intercambio rpido de nutrientes y productos de desecho transportados por el lquido extracelular a medida que se filtra a travs de la sustancia fundamental (fig. 4-1).

SUSTANCIA FUNDAMENTAL

La sustancia fundamental es un material amorfo semejante a gel compuesto de glucosaminoglicanos, proteoglicanos y glucoprotenas.

La sustancia fundamental se integra con glucosa-minoglicanos (GAG), proteoglicanos y glucoprotenas de adherencia. Estas tres familias de macromolculas

forman diversas interacciones entre s, con fibras y las clulas de tejido conectivo y epitelio (fig. 4-2).

G I ucosam i n09 I canos

Los GAG son cadenas parecidas a bastones, largas, con carga negativa y de disacridos repetidos que tienen la capacidad de unir grandes cantidades de agua.

Los GAG son polisacridos largos, inflexibles, sin rami-ficaciones, compuestos de cadenas de unidades repetidas de disacridos. Uno de los dos disacridos de repeticin siempre es un azcar amino (N-acetilglucosamina o N-ace tilgalactosamina); el otro es de manera caracterstica un cido urnico (idurnico o glucurnico) (cuadro 4-1 ). Debido a que el azcar amino suele sulfatarse y dado que estos azcares tambin tienen grupos carboxilo que se proyectan desde ellos, tienen una carga negativa y por tanto atraen cationes, como sodio (N a+). U na concentracin alta de sodio en la sustancia fundamental atrae lquido extracelular, que (por hidratacin de la matriz intercelu-lar) favorece la resistencia a fuerzas de compresin. A medida que estas molculas entran en proximidad cercana entre s, su carga negativa las repele, lo que da lugar a que tengan una textura resbaladiza, como lo demuestran el lustre del moco, el humor vtreo del ojo y el lquido sinovial.

Con excepcin de uno de los GAG mayores de la matriz extracelular, todos los dems son sulfatados y consisten en menos de 300 unidades de disacridos repetidas (cuadro 4-1 ). Los GAG sulfatados incluyen sulfato de queratn, sulfato de heparn, heparina, sullto de condroitina 4, sul-fato de condroitina 6 y sulfato de dermatn. Estos GAG se unen a menudo de manera covalente a molculas de protenas para formar proteoglicanos. El nico GAG no sulfatado es el cido hialurnico, que puede tener hasta 25 000 unidades de disacridos repetidas. Es una macro-molcula enorme que no forma enlaces covalentes con molculas de protenas (aunque los proteoglicanos se unen a ella mediante protenas de enlace) .

69

70 Matriz extracelular

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Fig. 4-1. Esquema del flujo de quido tisular, El plasma de capihlres y vnulas penetra en espacios del tejido conectivo como lquido extracelular que se filtra a travs de la sustancia fundamental. El lquido extracelular regresa nuevamente a las vnulas y tambin a los capilares linfticos,

Proteog I canos

Los proteoglicanos constituyen una familia de macromolculas; cada una de ellas est compuesta de un centro proteico al cual se unen de manera covalente los glucosaminoglicanos.

Cuando los GAG sulfatados forman uniones covalen-tes con un centro proteico, constituyen una familia de macromolculas conocida como proteoglicanos, muchos de los cuales ocupan dominios enormes. Estas estructuras grandes se ven como una brocha en un frasco, con el centro proteico que semeja el tallo de alambre y los diversos GAG sulfatados proyectndose desde su superficie en el espacio tridimensional, igual que las cerdas de la brocha (fig. 4-3).

Los proteoglicanos pueden tener un tamao variable, de unos 50000 dltones (decorn y betaglicn ) hasta 3 millones de dltones (agrecn) . Los centros proteicos de los proteoglicanos se elaboran en el retculo endoplsmico rugoso (RER) y los grupos GAG se unen de manera covalente a la protena en el aparato de Golgi. En este ltimo tambin ocurre la sulfatacin, catalizada por sulfotransferasas, y la epimerizacin (reordenamiento de diversos grupos alrededor de tomos de carbono de las unidades de azcar).

Muchos proteoglicanos , en especial el agrecn, una macro molcula que se encuentra en cartlago y tejido conectivo, se unen al cido hialurnico (fig. 4-3). La forma de unin incluye una interaccin inica no covalente entre los grupos azcar del cido hialurnico y la protena central de la molcula de proteoglucano. La unin se refuerza por protenas de enlace pequeas que forman uniones con la protena central del agrecn y los grupos de azcar del cido hialurnico. Puesto que este ltimo puede tener 20 )lm de largo, el resultado de su vinculacin es un compuesto de agrecn que ocupa un volumen enorme y puede tener una masa molecular tan grande como varios cientos de millones de dItones. Esta molcula inmensa tiene a su cargo el estado de gel de la matriz extracelular y acta como una barrera para la difusin rpida de depsitos acuosos, por ejemplo cuando se observa la desaparicin lentt de una burbuja acuosa despus de inyectarla en forma subdrmica .

CORRELACIONES CLlNICAS

Muchas bacterias patgenas, como Staphylococcus aureus, secretan hialuronidasa, una enzima que segmenta cido hialurnico en mltiples fragmentos pequeos y que convierte con frecuencia el estado de gel de la matriz extracelular en un estado de sol. La consecuencia de esta reaccin es permitir la diseminacin rpida de las bacterias a travs de los espacios del tejido conectivo.

Fig. 4-2. Fotomicrografa de luz de tejido conectivo areolar que muestra clulas , fibras de colgena (Ca), fibras elsticas (EF) y sustancia fundamental (GS ) (x 132).

Matriz extra celular 71

Cuadro 4-1. Tipos de glucosaminoglicanos (GAG)

GAG

Acido hia-lurnico

Sulfato de que-ratn

Sulfato de heparn

Heparina

Sulfato de con-droitina 4

Sulfato de con-droitina 6

Sulfato de der-matn

Masa molecular (Da)

10'-108

Repeticin de disacridos

Glucuronato y N -acetilgl ucosamina

10 000-30 000 Galactosa y N-acetilglu-cosamma

15 000-120 000 Glucuronato (o iduro-nato) y N-acetilgalac-tosamina

125000-20000 Glucuronato (o iduro-

10 000-30 000

10 000-30 000

10 000-30 000

nato) y N-acetilgluco-saml11a

Glucuronato y N -acetilgalactosamina

Glucuronato y N -acetilgalactosa-mllla

Glucuronato (o iduro-nato) y N-acetilgalac-tosamina

Funciones de los proteoglicanos

Los proteoglicanos tienen mltiples funciones. Al ocu-par un gran volumen, resisten la compresin y retrasan el movimiento rpido de microorganismos y clulas metast-sicas . Adems, en vnculo con la lmina basal, forman filtros moleculares con poros de tamaos y distribuciones de carga variables que seleccionan y retardan macromolculas de manera selectiva a su paso por ellos.

Los proteoglicanos tambin tienen sitios de unin para ciertas molculas de sealamiento , como el factor beta de transformacin del crecimiento. Mediante la unin de estas molculas de sealamiento, los proteoglicanos pueden impedir su funcin evitando que las molculas lleguen a sus destinos o concentrndolas en un sitio especfico.

Algunos proteoglicanos, como los sindecanos, en lugar de liberarse hacia la matriz extracelular, permanecen unidos a la membrana de la clula. Las protenas centrales de los sindecanos actan como protenas transmembranales y se unen a los filamentos de actina del citosqueleto . Sus molculas extracelulares se unen a componentes de la matriz extracelular y permiten as que la clula se fij e a componentes macromoleculares de la matriz. Adems, los sindecanos de los fibroblastos funcionan como correcep-tores porque unen el factor de crecimiento de fibroblastos y lo presentan a receptores de la membrana celular en

,

su cercama.

Azcar amino sulfatada

Ninguna

N-acetilgluco-samma

N-acetilgalac-tosamina

N-acetilglu-

cosamma

N -acetilgalac-tosamina



Enlace covalente

,

a protema

No

S

S

No

S

S

S

Glucoprotenas

Localizacin en el cuerpo

Casi todo el tejido conectivo, lquido sinovial, cartlago, der-mIs

Cartlago, crnea, disco inter-vertebral

Vasos sanguneos , pulmn, lmina basal

Grnulo de clula cebada, hgado, pulmn, piel

Cartlago, hueso, crnea, vasos ,

sangumeos

Cartlago, gelatina de Wharton, ,

vasos sangumeos

Vlvulas cardiacas, piel, vasos ,

sangumeos

Las glucoprotenas de adhesin celular tienen sitios de unin para varios componentes de la matriz extra celular y molculas de integrina de la membrana celular que facilitan la unin de clulas a la matriz extracelular.

La capacidad de las clulas para adherirse a com-ponentes de la matriz extracelular es mediada en gran parte por glucoprotenas de adhesin celular. Estas macromolculas grandes tienen varios dominios, uno de los cuales cuando menos suele unirse a protenas de la superficie celular llamadas integrinas, una para fibras de colgena y otra para proteoglicanos. En esta forma, las glucoprotenas de adhesin unen entre s los diversos componentes de los tejidos. Los principales tipos de gluco-protenas de adhesin son fibronectina, laminina, entactina, tenascina, condronectina y osteonectina.

La 6bronectina es un dmero grande compuesto de dos subunidades polipeptdicas similares, cada una de al-rededor de 220 000 dltones, unidas entre s en sus extre-mos carboxilo mediante enlaces disulfuro. Cada brazo de esta macromolcula en forma de V tiene sitios de unin para diversos componentes extracelulares (p. ej., colgena, heparina, sulfato de heparn y cido hialurnico) y para integrinas de la membrana celular. La regin de la fibrone-ctina especfica para adherirse a la membrana celular tiene


Fibrillas de colgena Molcula de cido hialu

Acido hialurnico

_--- protena de enlace

_--- Protena central

1-------- Sulfato de condroitina Proteoglicano

Colgena (tipo 11)

Fig. 4-3. Esquema de la relacin de molculas de agrecn con fibras de culgena. El recuadro muestra una amplificacin de la molcula de agrecn, que indica la protena central de la molcula de proteoglucano a la cual se fij an los glucosaminoglicanos. La protena central est unida al cido hialurnico por protenas de enlace. (Adaptado de Fawcett DW: Bloom and Fawcett's A Text-book of Histology, 11th ed. Philadelphia, WB Saunders, 1986.)

la secuencia de tres residuos arginina, glicina y aspartato , y se conoce como secuencia RGD. Esta secuencia de aminocidos es caracterstica del sitio de unin de inte-grina en muchas glucoprotenas de adhesin. Aunque la fibronectina la producen principalmente clulas de tejido conectivo, que se denominan fibroblastos, tambin se encuentra en la sangre como fibronectina del plasma. Adems, puede unirse de manera temporal a la membrana plasmtica como fibronectina de la superficie celular. La fibronectina marca las vas migratorias para clulas embrionarias de tal manera que las clulas en migracin del microorganismo en desarrollo pueden llegar a su des-tino.

La laminina es una glucoprotena muy grande (950 000 dltones ), compuesta de tres cadenas polipeptdicas gran-des, A, Bl Y B2. Las cadenas B se envuelven alrededor de

la cadena A para formar un patrn de tipo transversal de una cadena larga y tres cortas. Las tres cadenas se conservan en posicin por enlaces disulfuro. La localizacin de la laminina casi siempre se limita rgidamente a la lmina basal; por consiguiente, esta glucoprotena tiene sitios de unin para sulfato de heparn , colgena tipo IV, entactina y la membrana celular.

La glucoprotena sulfatada entactina se une a la mol-cula de laminina en donde se encuentran entre s los tres brazos cortos de dicha molcula. La entactina tambin se une a la colgena tipo IV y facilita as la unin de laminina a la malla de colgena.

La tenascina es una glucoprotena grande compuesta de seis cadenas polipeptdicas unidas entre s por enlaces disulfuro. Esta macromolcula, que semeja un insecto cuyas seis patas se proyectan en forma radial desde un cuerpo central, tiene sitios de unin para los proteogli-canos sindecanos transmembranales y para fibronectina. La distribucin de la tenascina suele limitarse a tejido embrionario, en donde marca vas migratorias para clulas especficas.

La condronectina y la osteonectina son similares a la fibronectina. La primera tiene sitios de unin para colgena tipo n, sulfato de condroitina, cido hialurnico e integrinas de condroblastos y condrocitos. La osteonectina posee dominios para colgena tipo l , proteoglicanos e integrinas de osteoblastos y osteocitos. Adems, puede facilitar la unin de cristales de hidroxiapatita de calcio a colgena tipo I en el hueso.

FIBRAS

Las fibras de colgena y las elsticas, las dos protenas fibrosas principales del tejido conectivo, tienen propiedades bioqumicas y mecnicas distintivas como consecuencia de sus caractersticas estructurales.

Las fibras de la matriz extracelular proporcionan fuerza de tensin y elasticidad a esta sustancia. Los histlogos clsicos describie ron tres tipos de fibras con base en su morfologa y reactividad con colorantes histolgicos: colgena, reticular y elstica (fig. 4-2). Aunque hoy en da se sabe que las fibras reticulares son de hecho un tipo de fibras de colgena, muchos histlogos conservan el trmino fibras reticulares no slo por razones histricas sino tambin por conveniencia cuando describen rganos que poseen grandes cantidades de este tipo particular de colgena.

Fibras de colgena: estructura y funcin

Las fibras de colgena estn compuestas de subunidades de tropocolgena cuya cadena alfa de secuencias de aminocidos permite la clasificacin de colgena cuando menos en 15 tipos de fibras diferentes.

La capacidad de la matriz extracelular para soportar fuerzas de compresin se debe a la presencia de la matriz hidratada formada por GAG y proteoglicanos. Las fuerzas de tensin las resisten fibras de la protena colgena no elstica, correosas y fuertes . Esta familia de protenas es muy abundante y constituye alrededor del 20% del total de protenas en el cuerpo. La colgena forma una fibra flexible (fig. 4-4), cuya fuerza de tensin es mayor que la del acero inoxidable de dimetro comparable.

Las grandes acumulaciones de fibras de colgena apa-recen de color blanco brillante en un individuo vivo; en consecuencia, los haces de fibra de colgena tambin se denominan fibras blancas. Las fibras de colgena del tejido conectivo suelen tener un dimetro menor de 10 pm y son incoloras cuando no estn teidas. Cuando se tien con hematoxilina y eosina, aparecen como haces de fibras de color rosa, largas y onduladas.

Las foto micrografas de fibras de colgena contrastadas con metales pesados muestran bandas transversales a intervalos regulares de 67 nm, una propiedad tpica de estas fibras formadas por agregados paralelos de fibrillas ms delgadas de 10 a 300 nm de dimetro (fig. 4-5). Las fibrillas estn formadas por un ensamble altamente regular de subunidades ms pequeas y uniformes, las molculas de tropocolgena, cada una de 280 nm de largo y 1.5 nm de dimetro. Las molculas individuales de tropocolgena estn compuestas de tres cadenas polipeptdicas, llamadas cadenas alfa, envueltas entre s en una configuracin heli-coidal triple.

Cada cadena alfa posee alrededor de 1 000 residuos aminocidos . Cada tercer aminocido es glicina y la mayor parte de los aminocidos restantes est compuesta de prolina , ldroxiprolina e hidroxilisina. Se piensa que, en virtud de su tamao pequeo, la glicina permite la vinculacin estrecha de las tres cadenas alfa; los enla-ces de hidrgeno de la hidroxiprolina conservan juntas las tres cadenas alfa; y la hidroxilisina permite la form a-

Fig. 4-4. Fotomicrografa electrnica de barrido de haces de fibra de colgena del epi-neurio del nervio citico de rata. El haz de colgena est compuesto de haces de fibras ms finas (X2 034). (Tomado de Ushiki T, Ide C: Three-dimensional organization of the collagen fibrils in the rat sciatic nerve as revealed by transmission and scanning electron microscopy. Cell Tissue Res 260:175-184, 1990 . Copyright Springer-Verlag. )

Matriz extracelular 73

ci n de fibrillas por la unin de molculas de colgena en-tre s.

Aunque se conocen cuando menos 15 tipos diferentes de colgena, de acuerdo con la secuencia de aminoci-dos de sus cadenas alfa, en este texto slo tienen inters seis de ellas. Cada cadena alfa est codificada por un cido ribonucleico mensajero (mRNA) separado. Estos diferentes tipos de colgena se localizan en regiones especficas del cuerpo, en donde tienen varias funciones (cuadro 4-2).

La colgena tipo 1, el tipo ms comn, forma fibras gruesas y se encuentra en tejido conectivo, hueso, dentina y cemento (fig. 4-6)

La colgena tipo 11 forma fibras ms delgadas y se encuentra casi de manera exclusiva en las matrices de cartlago hialino y elstico

La colgena tipo 111 tambin se denomina fibra reticular porque se pens que difera de la colge-na. Hoy en da se sabe que la fibra reticular es un tipo de colgena que se glucosila intensamente y forma fibras delgadas de 0.5 a 2.0 pm de dimetro. D ebido al gran contenido de carbohidratos , las fibras de colgena tipo III se tien de manera preferencial por sales argnticas o la reaccin del cido perydico de Schiff (PAS )

La colgena tipo IV no forma fibras ni muestra la periodicidad de 67 nm. En lugar de ello, crea una malla de molculas de procolgena entremezcladas entre s para formar una alfombra de sostn de la lmina basal

La colgena tipo V forma fibrillas muy delgadas, posee periodicidad de 67 nm y se relaciona con la colgena tipo I

La colgena tipo VII forma agregados pequeos, que se conocen como fibrillas de anclaje, que aseguran la lmina basal a los haces subyacentes de fibra de colgena tipos I y III


Regin suprayacente - ---1r-l

Tendn

Fibrilla

~

!+--Regin de intersticio

-.

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~~

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Empaquetamiento de molculas de tropocolgena

... -

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-

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--

----

Msculo

Triple hlice de tropocolgena Fig. 4-5. Esquema de los componentes de

una fibra de colgena. La disposicin ordenada de las molculas de tropocolgena da lugar a las regiones de intersticio y superpuesta que explican las bandas transversales de 67 nm de la colgena tipo 1.

En

Fig. 4-6. Fotomicrografa electrnica de fibras de colgena del perineurio del nervio citico de rata. Ep, epineurio; En, endoneurio; P, perineurio (X 22463). (Tomado de Ushiki T, Ide C: Three-dimensional organi7.ation of lhe co ll agen fibril s in the mt sciatic nerve, as reveaJed by transmission and scanning electron microscopy. Cell Tissue Res 260:17.5-184, 1990. Copyright Springer-Verlag. )


Cuadro 4-2. Principales tipos de colgena y sus caractersticas

Tipo Frmula I1wlecular molecular

1 [a1(1)]2a2(1)

II [al(II)h

III [a1(II1) lJ

IV [a1(IV)ha2(IV)

v [al(V)ha2(V)

VII [a l(VII) lJ

Clulas que las sintetizan

Fibroblasto, osteo-blasto, odontoblasto, cementoblasto

Condroblastos

Fibroblasto, clula reti-cular, clula de ms-culo liso, hepatocito

Clulas epiteliales, clulas musculares, clulas de Schwann

Fibroblastos , clulas mesenquimatosas

Clulas epidrmicas


Al final de una operacin se suturan cuidadosa-mente las superficies seccionadas de piel; por lo general, una semana despus se quitan las suturas. La fuerza de tensin de la dermis en ese punto slo es un 10% de la de la piel normal. En el transcurso de las cuatro semanas siguientes aumenta la fuer-za de tensin a un 80% aproximadamente respec-to de lo normal , pero en muchos casos nunca llega al 100%. La debilidad inicial se atribuye a la formacin de colgena tipo III durante la ci-catrizacin inicial de la herida, en tanto que la mejora ulterior de la fuerza de tensin se debe a la maduracin de la cicatriz en la que la colgena tipo III se reemplaza por colgena tipo 1.

Algunos individuos , en especial los de raza negra, estn predispuestos a una acumulacin exce-siva de colgena durante la cicatrizacin de heridas. En estos pacientes, la cicatriz forma un crecimiento elevado que se conoce como queloide.

Sntesis de colgena

Funcin

Resiste la tensin

Resiste la presin

Forma el marco estructural del bazo, hgado, ganglios linfticos , ms-culo liso, tejido adiposo

Forma la malla de la lmina densa de la lmina basal para proporcio-nar soporte y filtracin

Se relaciona con colgena tipo 1 y tambin con la sustancia funda-mental de la placenta

Forma fibrillas de anclaje que fijan la lmina densa a la lmina reticular subyacente

Localizacin en el cuerpo

Dermis, tendn, ligamen-tos, cpsulas de rganos, hueso, dentina, cemento

Cartlago hialino, cartlago elstico

Sistema linftico, bazo, hgado, sistema cardio-vascular, pulmn, piel

Lmina basal

Dermis, tendn, ligamen-tos, cpsulas de rganos, hueso, cemento, placenta

U nin de epidermis y der-

mIs

La sntesis de colgena se lleva a cabo en el RER en la forma de cadenas individuales de preprocolgena (fig. 4-7), que son cadenas alfa que poseen secuencias adicionales de aminocidos, conocidas como propptidos, en los extremos amino y carboxilo. A medida que se sintetiza una molcula de preprocolgena, entra en la cisterna del RER, en donde se modifica. Primero se remueve la secuencia de seal que dirige la molcula al RER; a continuacin se hidroxilan algunos de los residuos de prolina y lisina (por las enzimas hidroxilasa de peptidilprolina e hidroxilasa de peptidil-lisina) en un proceso que se co-noce como modificacin de postransduccin para formar hidroxiprolina e hidroxilisina, respectivamente. Ms ade-lante se glucosilan hidroxilisinas seleccionadas por la adicin de glucosa y galactosa.

Se alinean entre s tres molculas de preprocolgena y se ensamblan para formar una configuracin helicoidal ajustada que se conoce como molcula de procolgena. Se piensa que la precisin de su alineacin se lleva a cabo por los propptidos. Debido a que stos no se envuelven entre s, la molcula de procolgena semeja una cuerda enrollada apretadamente con extremos deshilachados. Al parecer, los propptidos tienen la funcin adicional de conservar solubles las molculas de procolgena y prevenir por tanto su agregacin espontnea en fibras de colgena dentro de la clula.

La sntesis de colgena ocurre en el retculo endoplsmico rugoso como cadenas individuales de preprocolgena (cadenas alfa).

Las molculas de procolgena salen del RER mediante vesculas de transferencia que las transportan al aparato de Golgi, en donde se modifican otra vez por la adicin de oligosacridos. Las molculas de procolgena modificadas


DNA Ncleo

mRNA

/\N'v~---

t t

~~ ~~~'\flJ&Z ~YiJ:S'& ~~~

>&~~

CD Transcripcin en el ncleo

Traduccin de preprocolgena en RER

Hidroxilacin (cO) en RER

8) Glucosilacin (V) en RER

Formacin de triple hlice de procolgena en RER

Secrecin de procolgena a travs de la red de Golgi trans

(f) Segmentacin de propptidos para formar molculas de tropocolgena

Autoensamblaje espontneo de tropocolgena para formar la fibrilla de colgena

Fig. 4-7. Esquema de la secuencia de fenmenos en la sntesis de colgena tipo 1.

se empaquetan en la red de Golgi trans y se transportan de inmediato fuera de la clula.

A medida que la procolgena entra en el ambiente extracelular, enzimas proteolticas, las peptidasas de procolgena, segmentan los propptidos (removiendo los extremos deshilachados ) de las te rminales amino y carboxilo (fig. 4-7). La molcula recin formada es ms corta (280 nm de longitud) y se conoce como molcula

de tropocolgena (colgena). Las molculas de tropo-colgena se autoensamblan de manera espontnea (fig . 4-7) en una direccin especfica cabeza con cola, en una disposicin escalonada con regularidad, formando fibrillas con bandas a 67 nm representativas de la colgena de tipos 1, II , III, V Y VII (fig. 4-5). La formacin y conservacin de la estructura fibrilar aumenta por enlaces covalentes formados entre los residuos de lisina e hidroxilisina de molculas de tropocolgena adyacentes.

A medida que se auto ensamblan las molculas de tropocolgena en una disposicin tridim ensional, se alinean los espacios entre las cabezas y las colas de molculas sucesivas en una sola hilera como regiones intersticiales repetidas (cada 67 nm), no en hileras adjuntas sino prximas (figs. 4-5 y 4-7). De igual forma, las superposiciones de cabezas y colas en hileras vecinas se encuentran en registro entre s como las regiones superpuestas. Los metales pesados que se utilizan en microscopia electrnica se depositan de manera preferencial en las regiones inters-ticiales . Por lo tanto , en la microscopia electrnica la colgena muestra bandas oscuras y claras alternadas; las primeras presentan regiones del intersticio llenas con el metal pesado y las bandas claras indican regiones super-puestas, en donde no puede depositarse el metal pesado (fig. 4-6).

La alineacin de las fibrillas de colgena y los haces de fibras est determinada por las clulas que los sintetizan. La procolgena se libera hacia los pliegues y grietas del plasmalema, que actan como moldes que disponen las fibrillas en formacin en una direccin apropiada. La orientacin de la fibrilla se incrementa adicionalmente a medida que las clulas remolcan las fibrillas y las arrastran fsicamente para ajustarse al patrn requerido.

En la colgena tipo IV no existe estructura fibrilar porque no se eliminan los propptidos de la molcula de procolgena. Sus molculas de procolgena se ensamblan en dmeros , que a continuacin forman una malla similar a un fieltro.


La hidroxilacin de residuos de prolina exige la presencia de vitamina C. En individuos con una deficiencia de esta vitamina, las cadenas alfa de las molculas de tropocolgena son incapaces de formar hlices estables y las molculas de tropocolgena no pueden agregarse en fibrillas. El trastorno, que se conoce como escorbuto, afecta primero los tejidos conectivos con un recambio elevado de colgena, como el ligamento periodontal y las encas (fig. 4-8). Debido a que estas dos estructuras tienen a su cargo la conservacin de los dientes en sus alveolos, los sntomas de escorbuto incluyen encas con hemorragia y dientes flojos . Si la deficiencia de vitamina e es prolongada, tambin se afectan otros sitios. Estos sntomas pueden aliviarse consumiendo alimentos ricos en vitamina C.

La deficiencia de la enzima hidroxilasa de lisilo, un trastorno gentico que se conoce como

sndrome de Ehlers-Danlos, produce un enlace transversal anormal entre molculas de tropocol-gena. Los individuos afectados con esta anormalidad poseen fibras de colgena anormales que dan lugar a articulaciones hipermovibles y piel hiperextensi-ble. En muchos casos, la piel de los pacientes se traumatiza con facilidad y el enfermo est sujeto a luxaciones de las articulaciones afectadas.

Fibras elsticas

A diferencia de la colgena, las fibras elsticas son sumamente ajustables y pueden estirarse una y media veces su longitud en reposo sin romperse. Cuando se libera la fuerza, las fibras elsticas regresan a su longitud en reposo.

La elasticidad del tejido conectivo se debe, en gran parte, a la presencia de fibras elsticas en la matriz extracelular (figs. 4-9 y 4-10; vase fig. 4-2). Estas fibras suelen ser ms delgadas, largas y ramificadas en el tejido conectivo laxo, pero pueden formar haces ms gruesos en ligamentos y vainas fenestradas. Estos haces se encuentran en el ligamento amarillo de la columna vertebral y ocu-rren en vainas concntricas en las paredes de los vasos sanguneos ms grandes.

Las fibras elsticas son elaboradas por fibroblastos y tejido conectivo y tambin por clulas de msculo liso de vasos sanguneos. Estn compuestas de elastina, una protena rica en glicina, lisina, alanina, valina y prolina, pero que carece de hidroxilisina. Las cadenas de elastina se conservan juntas en forma tal que cuatro molculas de lisina, cada una perteneciente a una cadena de elastina diferente, forman enlaces covalentes entre s para constituir enlaces cruzados de desmosina. Estos residuos de desmosina son muy deformables y confieren una gran elasticidad a las fibras elsticas a tal grado que estas ltimas pueden estirarse casi un 150% respecto de sus longitudes en reposo antes de romperse. Despus de estirarse, las fibras elsticas regresan a su longitud de reposo.


El centro de las fibras elsticas se compone de elastina y lo rodea una vaina de microfibrillas; cada microfibrilla tiene alrededor de 10 nm de dimetro y se integra con la glucoprotena fibrilina (fig. 4-11). Durante la formacin de fibras elsticas se elaboran primero las microfibrillas y a continuacin se deposita elastina en el espacio rodeado por las microfibrillas (fig. 4-12).

CORRELACIONES ClINICAS

La integridad de las fibras elsticas depende de la presencia de microfibrillas. Los paciente con sndrome de Marfan tienen un defecto en el gen del cromosoma 15 que codifica fibrilina; en conse-cuencia, sus fibras elsticas no se desarrollan de manera normal. Las personas afectadas gravemente con este trastorno estn predispuestas a una rotura mortal de la aorta.

MEMBRANA BASAL

La membrana basal, observable con la microscopia de luz, revela en la microscopia electrnica una composicin que incluye la lmina basal y la lmina reticular.

La interfaz entre el epitelio y el tejido conectivo est ocupada por una regin acelular y estrecha, la membrana basal, que se tie bien mediante la reaccin PAS y con otros colorantes histolgicos que detecta GAG. Una estructura similar a la membrana basal, la lmina externa, rodea clulas de msculo liso y esqueltico, adipocitos y clulas de Schwann.

La membrana basal, aunque visible con la microscopia de luz, se define mejor mediante la microscopia electrnica y revela dos constltuyentes: la lmina basal, elaborada por clulas epiteliales, y la lmina reticular, formada por clulas del tejido conectivo (fig. 4-13).

Fig. 4-8. Degradacin de colgena tipo 1 por fibroblastos. (Tomado de Ten Cate AR: Oral Histology: Development, Structure, and Function, 4th ed. Sto Louis , Mosby-Year Book, 1994. )


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Fig. 4-9. Obsrvese la presencia de fibras elsticas (flechas ) en la matriz en esta foto micrografa de cartlago elstieo (x270).

Centro de elastina

Microfibrillas

Fig. 4-11. Esquerna de una fib ra elstica. Las rnicrofibrillas rodean la elastina amorfa.

Lmina basal

La lmina basal elaborada por el epitelio se integra con la lmina lcida y la lmina reticular.

Las foto micrografas de la lmina basal muestran sus dos regiones : la lmina lcida, una regin electrolcida de 50 nm de grosor, justo abajo del epitelio, y la lmina densa, una regin electrodensa de 50 nm de grosor (figs. 4-13 a 4-15).

La lmina lcida consiste principalmente en las glu-coprotenas extracelulares laminina y entactina y tambin de integrinas y distroglucanos, receptores transmem-branales de laminina (ambos se comentan ms adelante) , que se proyectan desde la membrana de la clula epitelial hasta la lmina basal.

Fig. 4-10. Tejido conectivo denso, regular y elsti co. Obsrvese que las fi bras elsticas son cortas y es tn dispuestas en forllla paralela entre s.

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Fig. 4-12. Fotomicrografa electrnica del desarrollo de la fi bra els-tica. Obsrvese la presencia de microRbrillas que rodean la matriz amorfa de elastina (vuntas de f/.echa). (Tomado de Fukuda Y, Ferrans VJ, Crystal RG: Development of elastic fibers of nuchal ligament , aorta, and lung of fetal and postnatal sheep: An ultrastructural and electro n microscopic immunohistochemical study. Am J Anat 170:,597-629. 1984. Copyright 1984. Reimpreso con autorizacin de Wiley-Liss , Inc, una subsidiaria de John Wiley & Sons, Inc. )

La lmina densa incluye una malla de colgena tipo IV recubierta tanto en el lado de la lmina lcida como en el de la lmina reticular por el proteoglucano perlacano. Las cadenas laterales de sulfato de heparn, que se proyectan del centro protenico del perlacano, forman un polianin. La superficie de la lmina reticular de la lmina densa tambin posee fibronectina.

La laminina tiene dominios que se unen a la colgena tipo IV, sulfato de heparn y las integrinas y distroglucanos de la membrana de la clula epitelial , anclando as esta ltima a la lmina basaL Al parecer, la lmina basal est unida bien a la lmina reticular por varias sustancias , entre ellas fibronectina, fibrillas de anclaje (colgena tipo VII ) y microfibrillas (fibrilina), todas elaboradas por fibroblastos de tejido conectivo (fig. 4-16).

La lmina basal acta como un filtro molecular y un sostn flexible para el epitelio suprayacente. El aspecto de filtracin no slo se debe a la colgena tipo IV, cuya malla entremezclada forma un filtro fsico de poros de tamao especfico, sino tambin a las cargas negativas de su constituyente sulfato de heparn, que restringe de manera


preferencial el paso de molculas de cargas negativas. U na fun cin adicional de la lmina basal es dirigir la migracin de clulas a lo largo de su superficie, como en la reepitelizacin durante la reparacin de una herida o en el restablecimiento de uniones neuromusculares durante la regeneracin de nervios motores .

Lmina reticular

La lmina reticular deriva del componente del tejido conectivo y se encarga de fijar la lmina densa al tejido conectivo subyacente.

La lmina reticular (figs. 4-13, 4-14 Y 4-16), una regin de grosor variable, es elaborada por fibroblastos y se compone de colgena tipos 1 y IIl. Es la interfaz entre la lmina basal y el tejido conectivo subyacente y su grosor vara con el grado de fuerza de friccin del epitelio suprayacente . En consecuencia, es muy gruesa en la piel y muy delgada debajo de la tnica epitelial de los alveolos pulmonares .

Las fibras de colgena tipos 1 y III de tejido conectivo forman asas hacia la lmina reticular, en donde interactan con las microfibrillas y fibrillas de anclaje de la lmina reticular y se unen a ellas . Ms an, los grupos bsicos de las fibras de colgena forman enlaces con los grupos cidos de los GAG de la lmina densa. Adems, los dominios de unin de colgena y los dominios GAG de fibronectina ayudan adicionalmente a fijar la lmina basal a la lmina reticular. Por consiguiente, la vaina epitelial est unida al tejido conectivo subyacente por estas interfaces acelulares y resistentes, la lmina basal y la lmina reticular.

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Fig. 4-13. Fotomicrografa electrnica de la lmina basal de la crnea humana. Obsrvese los hemidesmosomas lflechas grandes ) y la placa de anclaje entre las fibrillas de anclaje lflechas pequeas) (X50 000). (Tomado de Albert D , Jacobiec FA: Principies and Practice of Ophthalmology: Basic Sciences. Philadelphia, WB Saunders, 1994. )


Clula epitelial

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---- Filamentos intermedios Queratinas

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Antgeno penfigoide buloso Integrina "'6134

Filamentos de fijacin Calinina

Membrana basal Laminina

Proteoglicano de sulfato de heparn Dominio globular de colgena VII

Fibrilla de fijacin Dominio helicoidal de colgena VII

Placa de fijacin Laminina

Dominio globular de colgena VII

Fig. 4-16. Fotomicrografa electrnica de la lmina basal del epitelio corneal (X 165000). (Tomado de Albert D , Jakobiec FA: PrincipIes and Practice of Ophthalmology: Basic Sciences. Philadelphia, \VB Saunders, 1994. )

ms, la relacin entre una integrina y su ligando es mucho ms dbil que la que existe entre un receptor y su ligando. Las integrinas son mucho ms numerosas que los receptores y por tanto compensan la debilidad del enlace y permiten asimismo la migracin de clulas a lo largo de una superficie de matriz extracelular.

Las integrinas son heterodmeros (- 250 000 dltones ) compuestos de cadenas de glucoprotenas alfa y beta, cuyos extremos carboxilo se unen a talina y actinina alfa del citosqueleto. Sus terminales amino poseen sitios de unin para macromolculas de la matriz extracelular (cap. 2, fig. 2-32). Debido a que las integrinas unen el citosqueleto a la matriz extracelular, tambin se denominan enlazado-rees transmembranales. La cadena alfa de la molcula de integrina une Ca2+ o Mg2+, cationes divalentes necesa-rios para la conservacin de la unin apropiada con el ligando.

Muchas integrinas difieren en su especificidad de li-gando, distribucin celular y funcin. Algunas se conocen


habitualmente como receptores para su ligando (p. ej. , receptor de laminina, receptor de fibronectina). Las clulas pueden modular la afinidad de su receptor por su ligando al regular la disponibilidad de cationes divalentes , modificar la conformacin de la integrina o alterar de otra mane-ra la afinidad de esta ltima por el ligando. De este modo, las clulas no estn sujetas en una posicin particular una vez que se unen sus integrinas a las macromolculas de la matriz extracelular, pero pueden liberar sus enlaces integrina-ligando y alejarse de dicho sitio particular.

Adems de sus fun ciones en la adherencia, las integri-nas actan en la transduccin de seales bioqumicas en fenmenos intracelulares activando el sistema en cascadas de segundo mensajero. La funcionalidad de las integrinas en la transduccin bioqumica se manifiesta por su capacidad para estimular diversas vas de sealamiento, incluyendo cinasa de protena activada por mitgeno, cinasa de protena C y vas de fosfoinositida, que conducen a la activacin del ciclo celular, la diferenciacin de las clulas, reorganizacin del citosqueleto, regulacin de la expresin de gen e incluso la muerte celular programada a travs de apoptosis.

Los distroglucanos son glucoprotenas que tambin estn compuestas de dos subunidades , un distroglucano beta transmembranal y un distroglucano alfa extracelular. El distroglucano alfa se une a la laminina de la lmina basal pero en dife rentes sitios que la molcula de integrina. La molcula intracelular del distroglucano beta se une a la protena de unin de actina 'distro6na que, a su vez, se une a la actinina alfa del citosqueleto .

Los distroglucanos y las integrinas tienen funciones importantes en el ensamble de las lminas basales porque los embriones que carecen de cualquiera de ellos o estas dos glucoprotenas son incapaces de formar lminas basales normales .

CORRELACIONES ClINICAS

Los individuos con el trastorno autosmico recesivo de6ciencia de adherencia de leucocitos no son capaces de sintetizar la cadena beta de las integrinas de los glbulos blancos. Sus leucocitos no pueden adherirse a las clulas endoteliales de los vasos sanguneos y en consecuencia no pueden migrar a sitios de inflamacin. Los pacientes con esta enfer-medad tienen dificultad para combatir infecciones bacterianas .

Gartner, Leslie P. - Texto Atlas de Histologia, 2da Edición [4 Matriz Extracelular]

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