mapa conceptual o mapa mental, Esquemas y mapas conceptuales de Inmunología

¡Descarga mapa conceptual o mapa mental y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Inmunología solo en Docsity! 12 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. ARTÍCULO La matriz extracelular: un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células. Jhan Sebastian Saavedra Torres1, Luisa Fernanda Zúñiga Cerón2, Jairo Alfonso Vásquez-López, MD, MSc.3, Carlos Alberto Navia Amézquita, MV.4, Lyda Patricia Mosquera Sánchez, Licen, Biol, Esp.5 , Sofía Isabel Freyre Bernal, Bioqím, MSc.6 1 Estudiante Programa de Medicina, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad del Cauca, correspondencia: hipocratesjsst@hotmail.com; 2 Estudiante Programa de Medicina, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad del Cauca, correspondencia: luisazc_1009@hotmail.com; 3 Profesor Titular, Departamento de Morfología, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad del Cauca, correspondencia: jalfonvasquez@unicauca.edu.co; 4 Profesor Asistente, Departamento de Ciencias Fisiológicas, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad del Cauca, correspondencia: canavia@unicauca.edu.co; 5 Administrativo, Laboratorio de Microscopia Electrónica, Universidad del Cauca. mosquera@unicauca.edu.co; 6 Docente, Departamento de Ciencias Fisiológicas, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad del Cauca. sifreyre@unicauca.edu.co LA MATRIZ EXTRACELULAR: UN ECOSISTEMA INFLUYENTE EN LA FORMA Y COMPORTAMIENTO DE LAS CÉLULAS RESUMEN Actualmente, la matriz extracelular (MEC) se considera un componente que cumple diversas funciones, como la supervivencia celular, desarrollo, interacciones intracelulares e inmunológicas, cambiándose la concepción en la que sólo se consideraba como parte del tejido conectivo. La matriz extracelular suele proporcionar sostén mecánico a los tejidos. Diferentes combinaciones de componentes de la matriz extracelular la constituyen en el material ideal para propiedades específicas: fuerza en un tendón, diente o huesos; amortiguación en el cartílago y adhesión en la mayoría de los tejidos. Además, la composición de la matriz que puede variar según el sitio anatómico y el estado fisiológico de un tejido, le permite a la célula saber dónde está y que debe hacer. Tanto la matriz extracelular como las moléculas de adhesión, son consideradas componentes fundamentales para mantener la estabilidad celular, del tejido, órgano y sistema; además, participan en procesos vitales como: migración, multiplicación, preservación, procesos bioquímicos y de señalización celular. Algunas proteínas intracelulares como: selectinas, súper familia de las inmunoglobulinas, cadherinas e integrinas, se sobreexpresan por la ausencia de proteínas de adhesión, lo cual genera efectos como la proliferación desmedida, la invasión y las futuras metástasis. En cuanto a las metaloproteasas de matriz, tienen una participación compleja en la progresión del cáncer; puesto que participan en la degradación de la matriz extracelular permitiendo la migración de las células endoteliales. 13 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. El objetivo de esta revisión temática fue recopilar y comprender la importancia de los procesos físico- químicos de la célula- matriz. Los resultados acerca de la revisión de tema, se representan en dibujos, mapas conceptuales, fotografías de microscopia electrónica e histología, demostrando que la matriz extracelular es un ecosistema de eje para los tejidos y procesos de salud y enfermedad en el desarrollo celular. MÉTODOS Se desarrolló un revisión bibliográfica de un total de 52 documentos como artículos, libros y tesis, con un margen de tiempo entre el año 1993 al 2014; obtenidos a partir de la búsqueda bibliográfica de las siguientes bases de datos: Scielo, Pubmed, Redalyc, Wiley, Springer, NEJM, ScienceDirect, Medwave, BVS, Nature Riviews, EBSCO, Naxos, Worldcat.org, Gestión Humana y (Bases de datos que ofrece la Universidad del Cauca). Para la gestión y organización de la información se utilizó el programa Mendeley de libre acceso. Palabras clave: Matriz extracelular (MEC), tejido conectivo, neoplasias, metaloproteinasas, fibroblastos, macromoléculas, INTRODUCCIÓN Al observar los tejidos, las células se encuentran unidas entre sí por uniones celulares; circundado por un espacio entre ellas el cual, está lleno con una matriz extracelular y moléculas de adhesión que forman contactos intercelulares(1). Hoy en día muchos diagnósticos histopatológicos de algunas enfermedades(2) se centran en la interacción presente en el interior de los tejidos: el binomio célula-matriz extracelular.(1) Los primeros estudios realizados sobre la matriz extracelular (MEC), giraron en torno a conocimiento de la estructura y función básica (proteínas y polisacáridos; lámina basal y tejido conectivo laxo)(2) pero hoy en día, los avances logrados en biología celular(3)(4) han permitido el advenimiento de nuevos conceptos y preguntas acerca de la matriz, permitiendo observar con mayor detalle los procesos bioquímicos y moleculares que suceden en la célula cuando se desatan mecanismos de reparación, inflamación, renovación, comunicación, muerte celular programada, estrés a tejidos y adaptaciones(5). La matriz extracelular (MEC) se define como una red tridimensional que engloba las células. Recordemos que el padre de la patología, Virchow, la definió en sus tiempos como “la unidad anatómofisiológica del organismo y macromoléculas situadas en el espacio intersticial”. Además la matriz es considerada un complejo ecosistema de funciones vitales para la célula y tejidos en los procesos como: multiplicación, preservación, procesos bioquímicos y de señalización; los cuales son procesos indispensables para la supervivencia de los tejidos (6). Para lograr estas funciones, es necesaria la vitalidad tisular, que está estrechamente 16 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. Figura No.3. Fotografía digital de un corte de tráquea en 4x. La mucosa está formada por un epitelio pseudoestraticado ciliado (flecha), que está formado por tres tipos principales de células: ciliadas, mucosas y basales. Bajo el epitelio se sitúa una lámina basal más gruesa que en otros tipos de epitelios. La lámina propia de la mucosa (línea punteada) está formada por tejido conectivo laxo, con una gran cantidad de células, se considera el límite entre la mucosa y la submucosa. La submucosa (SM), al contrario que en otros órganos, es conectivo laxo, con un aspecto similar al de la lámina propia de la mucosa; además se pueden encontrar los vasos sanguíneos y linfáticos principales, así como las porciones secretoras de algunas glándulas mucosas y mixtas. El cartílago (C) es de tipo hialino. La adventicia (A) es la capa más externa de la tráquea. El citoplasma de los condrocitos varía de aspecto en relación con la actividad de la célula. Los condrocitos que están activos en la producción de matriz exhiben regiones de basofilia citoplasmática, que indican síntesis proteica, así como también regiones claras, que corresponden al aparato de Golgi grande; los condrocitos no sólo secretan el colágeno de la matriz extracelular sino también todos sus glucosaminoglucanos y sus proteoglucanos(15). Los volúmenes relativos de las células con respecto a la matriz varían enormemente entre los diferentes tejidos y órganos. Cierto tejido conectivo, por ejemplo, es principalmente matriz, mientras que muchos órganos están compuestos de células densamente empaquetadas con relativamente poca matriz (17)(12). 17 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. Figura No. 4. Fotografía digital de un corte de cartílago hialino en 40x. El cartílago hialino maduro muestra una matriz extracelular de color azulado y de aspecto homogéneo. En ella predomina el colágeno tipo II, aunque también existen otros tipos de colágeno, además de proteoglicanos. La matriz extracelular es secretada por los condrocitos (C), los cuales se encuentran en unas cavidades denominadas lagunas (L). La ausencia de condrocitos en algunas de las lagunas que se observan en esta imagen se debe a artefactos producidos durante el procesamiento histológico. Los condrocitos se suelen asociar por parejas o tétradas formando los llamados grupos isogénicos, los cuales están separados entre sí por la matriz interterritorial (MI). Los cambios en los componentes de la matriz, los cuales son remodelados, degradados, resintetizados localmente en forma constante, pueden modular las interacciones de una molécula con el entorno. La matriz también sirve como depósito para muchas moléculas de señalización extracelulares que controlan el crecimiento y la diferenciación celular (12). Además, la matriz provee un entramado sobre el cual las células pueden moverse, sobre todo en las etapas tempranas de la constitución de los tejidos. La morfogénesis, el estadio más tardío del desarrollo embrionario en el que los tejidos, órganos y partes del cuerpo se forman por movimientos y reordenamientos celulares depende críticamente de la adhesión célula – matriz como también la adhesión entre células (12). Las interacciones célula- matriz que regulan las respuestas de los tejidos en 18 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. la inflamación: Durante la lesión, las células inflamatorias residentes interactúan con esta matriz y usan esta estructura para migrar a lo largo del gradiente de las quimiocinas. El colágeno, las fibras elásticas, las proteínas de la membrana basal, las glucoproteínas y los proteoglucanos se hallan entre macromoléculas estructurales de los mediadores de la matriz. Las proteínas de la matriz son macromoléculas que se enlazan a las células de la MEC o que interrumpen las interacciones entre la célula y MEC (5). ESQUEMA GENERAL Y PROTEÍNAS DE ADHESIÓN DE LA MATRIZ EXTRACELULAR La matriz extracelular está constituida por diversos componentes como (18): el colágeno, proteoglucanos como: decorina, versicano, perlecano, variedad de moléculas de glucoproteínas especializadas (19), fibronectina, laminina, integrinas, hemidesmosomas (20), elastina, entactina, fibrilinas, receptores de membrana, factores de crecimiento, colágeno tipos I, III, IV, VII (5), glucosaminoglucanos y metaloproteinasas(21). Ver Figura No.5. Figura No.5. Esquema general de la matriz extracelular. 1. Fibras reticulares (Colágeno tipo III), 2. Asa de colágeno tipo VII, 3.Colágeno tipo IV. 4.Colágeno tipo Fibrilar, 5.Proteoglicano, 6.Glicosaminoglicano, 7.Sindecan (Proteoglicano), 8.Laminina con entactina, 9.Integrina, 10.Fibronectina, 11.Fibroblasto, 12.Filamento Intermedio, 13.Hemidesmosoma con integrina α6β4, 14.Filamentos de Actina, 15. Elastina 21 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. de su entorno celular. De modo similar a la unión de los factores de crecimiento, la interacción de la célula con los componentes de la matriz extracelular también puede variar en gran medida su comportamiento (4). Las cadherinas, selectinas e integrinas dependen de los iones extracelulares como son: el calcio que actúa en la súperfamilia de proteínas inmunoglobulinas y el magnesio como es en el caso de las integrinas (1). Las comunicaciones intercelulares son eventos biológicos esenciales en los organismos multicelulares, asociados con el control del crecimiento y la diferenciación celular, la apoptosis, las respuestas adaptativas de células diferenciadas y la sincronización de funciones celulares, todo esto va integrado a la matriz extracelular; las uniones intercelulares, conocidas como uniones gap, estructuralmente constituidas por conexinas, tienen una participación activa en estos procesos (25). Estas estructuras de comunicación intercelular llamadas uniones de los NEXOS (GAP) son activadas por algunas proteínas como la conexina-43 (24). La familia de las Conexinas (Cx), que entra a formar parte de los conexones, puede cruzar el espacio extracelular entre células contiguas y hace parte del desarrollo de enfermedades cardiovasculares, al igual que las adhesinas; (24) a continuación se darán ejemplos de las enfermedades cardiovasculares que son dadas por las uniones celulares y la interacción de célula- matriz, tales como: insuficiencia cardíaca congestiva, arritmias, hipertensión arterial.(25)(26) A nivel cardiovascular, la comunicación célula a célula es indispensable, en condiciones normales, para la embriogénesis cardíaca, la transmisión del impulso eléctrico, la sincronización de la actividad contráctil cardíaca, la transmisión de señales reflejas vasculares, entre otras funciones biológicas; en cuanto a las condiciones patológicas, a causa de mutaciones genéticas heredadas o adquiridas, participan en el desarrollo de cardiopatías congénitas, arritmogénesis y remodelación eléctrica cardíaca, aterosclerosis e isquemia miocárdica, hipertensión arterial y remodelación miocárdica, en donde la MEC está completamente comprometida (25). La investigación en el campo de la genética y biología molecular seguramente encontrará recursos para la prevención y el tratamiento de las distintas cardiopatías en las que la comunicación intercelular tiene un papel fisiopatológico (1). Se considera que las moléculas de adhesión celular son receptores de membrana que entran a participar en múltiples funciones del tráfico celular, interacciones célula a célula, célula a matriz extracelular (24). FIBRAS ESTRUCTURALES DE LA MATRIZ EXTRACELULAR En el espacio extracelular se encuentran tres tipos de fibras: colágeno, elastina y fibras reticulares (1). El colágeno es la proteína más frecuente en el cuerpo (6). Ver figura No. 8. Es una fibra resistente, inerte, de color blanco que sirve como armazón estructural de la piel, ligamentos, tendones y muchas otras estructuras (1). En este momento 22 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. se conocen 27 tipos distintos de colágenos codificados en 41 genes dispersos por al menos 14 cromosomas; cada colágeno está constituido por tres cadenas que forman un trímero en forma de triple hélice (18). Figura No. 8. Imagen de microscopía electrónica del fibroblasto en (Dermis): 1- Nucléolo; 2- Núcleo; 3- Matriz Extracelular (Colágeno tipo I). Derechos Reservados de: Depto. de Biología, Universidad del Cauca. El polipéptido se caracteriza por una secuencia repetida en la cual la glicina se encuentra en la tercera posición (Gly- X- Y, siendo X y Y cualquier otro aminoácido sal, cisteína o triptófano), y contiene los aminoácidos especializados 4- hidroxiprolina e hidroxilisina; los residuos prolil en la posición Y se hidroxilan de forma característica para generar hidroxiprolina, que sirve para 23 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. estabilizar la triple hélice (18). Los colágenos han sido clasificados teniendo en cuenta la forma en que se agregan: colágenos fibrilares I, II, III, V y XI y colágenos no fibrilares VI, VII, VIII, X (6). Los no fibrilares a su vez se clasifican teniendo en cuenta la constitución y presentación de las fibrillas (6): los colágenos que forman membrana son de tipos IV, VI y VIII; los colágenos con interrupción de la triple hélice son de tipos IX, XII, XIV; los que forman microfibrillas en cuenta de rosario, tipo VI; y el que forma fibras de anclaje, tipo VII. Los defectos genéticos en la producción del colágeno provocan muchos síndromes hereditarios, incluidas diversas variantes del síndrome de Ehlers- Danlos y osteogenia imperfecta (18). La elastina actúa como una liga; se estira y después vuelve a su forma original. Las fibras de elastina abundan en estructuras que están sujetas a estiramiento frecuente, como la aorta y algunos ligamentos (23). Ver figura No. 9. Las fibras reticulares son fibras extremadamente delgadas que crean una red flexible en los órganos sujetos a cambios en la forma o el volumen, como el bazo, hígado, útero o la capa muscular intestinal (1). Figura No.9. Fibras de elastina del tejido conectivo: Tejidos internos: conectivo laxo; Especie: ratón (Mus musculus; mamíferos); Técnica: Cortes de 8 micras de parafina. Derechos Reservados de: Atlas de Histología Vegetal y Animal del Depto. de Biología, Universidad de Vigo (España). 26 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. Figura No.12. Enzimas que participan en los procesos de degradación de la matriz extracelular. Las investigaciones recientes evidencian que las metaloproteinasas pueden ser de 24 a 25 clases (30% a 50% homologas) que intervienen en aspectos pato- fisiológicos y clínicos que incluyen enfermedades autoinmunes como el Síndrome de Sjögren, neoplasias, inmunidad, fenómenos inflamatorios (33) y enfermedades vasculares (reestenosis, post angioplastia) (34), fallo cardiaco y gloméruloesclerosis (32). Estas enfermedades dependen de cambios en la MEC (35). Para llegar a que una célula sea completamente cancerígena o anormal tiene que sufrir cambios físico – químicos que se dan en el ciclo celular (36); que la condicionen para sobrevivir y tener un a) metabolismo perturbado con respecto a lo normal (5), en donde b) acumulaciones de mutaciones, c) mayor función de los oncogenes, d) perdida de los genes supresores tumorales, e) alteraciones de la MEC, f) mutaciones somáticas, g) crecimiento celular anormal permiten tener células anormales que cambian su ecosistema, para promover procesos patológicos (cancerígenos y de metástasis) (37) (38). Ver Figura No.13. 27 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. Figura No.13. Esquema; cambios celulares que promueven la creación del cáncer. En el cáncer, la matriz es la fuente de procesos y estímulos positivos que permitirán a la célula evadir adhesiones y generar metástasis. Ver Figura No.14. La célula cancerosa no se puede definir solamente desde el punto de vista de la proliferación celular (39), hay que resaltar la existencia de otras variables que permiten la expresión del tejido canceroso como metaloproteinasas (MMP) de tipo gelatinasas A y B, estromelisinas-1 y 3 y colagenasas-1 y 3 que parecen tener mayor actividad en la progresión tumoral. No obstante las MT1-MMP, MMP-2, MMP13 y MMP- 8 son las metaloproteinasas más influyentes, al permitir la metástasis (40), degradando la matriz extracelular (41)(34); sin dejar de un lado las características del micro ambiente tumoral propio de cada individuo (9) (42). Ver Figura No.15. Figura No. 14. Interacciones de la matriz extracelular en condiciones de equilibrio y desequilibrio. 28 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. Figura No.15. Características de las metaloproteinasas. La membrana basal es el primer obstáculo que las células neoplásicas deben atravesar; los componentes principales de la membrana basal son el colágeno tipo IV, laminina y en menor proporción otras moléculas como perlecan, nidogen, entactin, colágeno tipo VII y otras. Por lo general la membrana basal pierde sus propiedades funcionales en muchos carcinomas invasores.(43) El equilibrio de la matriz extracelular depende de síntesis, formación, desgaste y remodelación (44) (45). Además de las metaloproteinasas que junto con los inhibidores endógenos de estas metaloproteinasas llamados TIMPs generan un balance para la homeostasis. La biosíntesis de las TIMPs se produce en los fibroblastos y en la placenta (6). Este fenómeno es dependiente de moléculas como factores de crecimiento, factores reguladores de catabolismo y regeneración (9) (46). Ver Figura No.16. Figura No.16. Función y equilibrio dinámico de la matriz extracelular. 31 Morfolia – Vol. 7 - No. 1 – Año 2015 _____________________________________________________________________________________ La matriz extracelular; un ecosistema influyente en la forma y comportamiento de las células – Saavedra J, Zúñiga L, Vásquez J, Navia C, Mosquera L, Bernal S. mantenimiento de la homeostasis y de esta manera se asegura un estado de bienestar biológico corporal. PERSPECTIVAS DE INVESTIGACIÓN Realizar futuras investigaciones sobre regeneración de tejidos que demuestren el impacto de la MEC en el mantenimiento y formación de nuevos tejidos orgánicos. AGRADECIMENTOS Los autores expresan su agradecimiento a Elena Rodríguez, bibliotecóloga de la biblioteca de la facultad de ciencias de la salud, también a María Cristina Ocampo Martínez, por permitirnos ciertas traducciones de artículos referenciados, y a los departamentos de Morfología y Fisiología de la Facultad de Ciencias de la Salud de la Universidad del Cauca, por permitir los espacios necesarios para la realización del presente trabajo. Agradecemos al departamento de Patología del Hospital Universitario San José, en especial a Graciela Muñoz Ortega por su apoyo con respecto a la construcción de placas de histología humana. Los autores expresan su agradecimiento al Departamento de Biología de la Universidad de Vigo (España), por permitirnos tener las fotos de microscopia electrónica, microscopia de barrido e histología para la realización del presente trabajo. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Carol Mattson Porth. SC-G. Porth: Fisiopatología. Noverna ed. Wisconsin.: The Point.; 2014. 2. Cooper, G. Housman R. LA CELULA. Quinta. “Madrid”: MARBAN; 2010. 3. Jimenez., Luis Felipe. HM. Biología Celular y Molecular. Primera. Mexico: Pearson: Educación de Mexico.; 2003. 4. Werner Müller-Esterl. Bioquimica: Fundamentos para medicina y ciencias de la vida. Primera. Barcelona, España: Reverté; 2008. 5. Emanuel Rubin., Fred Gorstein., Raphael Rubin., Roland Schwarting. DS. Patología Estructural. Fundamentos Clínico patólogicos en medicina. Cuarta Edi. 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