Matriz extracelular

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Matriz Extracelular
Os tecidos não são
constituídos apenas por
células. Uma parte
substancial do seu volume
é de espaço extracelular,
que por sua vez, é
preenchido por uma rede
de macromoléculas que
constituem a MATRIZ
EXTRACELULAR
Matriz extracelular
A ME é produzida e
orientada pelas próprias
células dentro dela. Na
maioria dos tecidos
conectivos, a matriz
extracelular é secretada
por células denominadas
de FIBROBLASTOS. Em
certos tipos de tecidos
conectivos especializados,
com por exemplo a
cartilagem e os ossos, as
células que produzem a
matriz são denominadas,
respectivamente, de
CONDOBLASTOS e
Matriz extracelular
A matriz extracelular do tecido conetivo é rica em
polímeros fibrosos, especialmente colágeno. Ela
suporta a maioria do estresse mecânico sofrido
pelo tecido;
No tecido epitelial, as células estão ligadas
fortemente, formando camadas e a matriz está
presente em pequena quantidade e consiste
basicamente de uma cobertura fina chamada
lâmina basal, que dá suporte ao tecido. Nesse
tecido, as células suportam o estresse mecânico,
pelos filamentos do citoesqueleto.
Principais classes de
macromoléculas presentes
na matriz celular
1. Cadeias de polissacarídeos da classes
das glycosaminoglicanas (GAG),
encontradas normalmente ligadas a
proteínas, formando proteoglicanas.
2. Proteínas fibrosas de 2 tipos
funcionais: a) Estruturais (Colágeno e
Elastina) e b) Adesivas (Fibronectina e
Laminina)
Matriz extracelular
As GAGs e proteoglicanas formam uma
substância altamente hidratada do tipo gel,
onde as proteínas estão inseridas. Este gel é
altamente resistente a forças de compressão,
enquanto que as proteínas fibrosas (colágeno)
dão ao tecido uma resistência à tensão.
Matriz extracelular
GAGs são cadeias de polissacarídeos sem
ramificações (carga nagativa pelos radicais sulfato
e carboxila), compostas de unidades repetitivas de
dissacarídeos [açúcar amino, N-acetilglicosamina
ou N-acetilgalactosamina, ou açúcar derivado de
ácido glicurônico ou idurônico]
Dermatan
-sulfato.
A cadeia
pode ter
de 70 a
200
resíduos
de açúcar
Matriz extracelular
A quantidade de GAG no tecido
conectivo é normalmente menos de
10% da quantidade de proteínas
fibrosas. Formam géis hidratados
porosos, podendo completar os
espaços entre as células, fornecendo
suporte mecânico aos tecidos,
difusão rápida de moléculas solúveis
em água e a migração celular.
Maioria produzidas no Golgi.
Hyaluronan é produzida na M.P. por
um complexo enzimático.
Matriz extracelular
Existem 4grupos de GAGs: 1. HYALURONAM
(ácido glicurônico + N-acetilglicosamina com até
25.000 resíduos), 2. CHONDROITINA SULFATO E
DERMATAN SULFATO (Ácido glicurônico + N-
acetilgalactosamina), 3. HEPARAN SULFATO E
HEPARINA (glicosamina ou ácido idurônico + N-
acetilglicosamina), E 4. KERATAN SULFATO
(galactose + N-acetilglicosamina).
Matriz extracelular
Matriz extracelular
Proteoglicanas = GAG + proteína. A exceção da Hyaluronan,
todas as GAG são encontradas ligadas a proteínas na forma
de proteoglicanas. A proteína central de uma proteoglicana é
normalmente uma glicoproteína, mas pode ter até 95% de
seu peso em carboidrato, a maioria na forma de cadeias de
GAG não ramificadas com 80 resíduos de açúcar.As
glicoproteínas contêm de 1 a 60% de açúcar por peso, na
forma de cadeias de oligossacarídeos ramificados curtos.
Matriz extracelular
A proteoglicana Aggrecan é o maior componente
das cartilagens, possui uma massa de
aproximadamente 3 x 106 Daltons, possuindo mais
de 100 GAG, 1 para cada 20 aas.
Matriz extracelular
Cartilagem
Matriz extracelular
Proteoglicanas ligam-se a várias moléculas
sinalizadoras secretadas, como por exemplo, certos
fatores de crescimento, e podem aumentar ou inibir
sua atividade sinalizadora.
Heparan sulfato = liga-se ao FGF, que ativa a divisão
de várias células;
Matriz extracelular
Proteínas fibrosas: a) Estruturais (Colágeno e
Elastina) e b) Adesivas (Fibronectina e
Laminina)
Fibras de
colágeno Fibroblasto
Matriz extracelular
O colágeno é a principal
proteína da matriz e a mais
abundante nos animais (25% da
massa total de proteínas
celulares). Existem mais de 25
cadeias de colágenos descritas,
cada uma codificada por um
gene. É possível a formação de
10.000 tipos de hélices triplas
formadas por diferentes cadeias
de colágenos, mas apenas 20
tipos foram encontradas
Matriz extracelular
Tipos de colágenos no tecido conectivo:
I (pele e osso), II (cartilagem), III (Aorta),
V, XI, IX;
Associado à fibrila de colágeno: XII;
Formação de redes: IV (Lâmina basal) e
VII;
Desmossomos: XVII;
Lâmina basal de vasos sangüíneos:
XVIII.
Matriz extracelular
As fibrilas de colágeno apresentam-se em vários
tamanhos e são organizadas de várias maneiras.
Arranjo
das fibras
de
colágeno
na pele de
rã.
Colágenos associados à
fibrila ajudam na
organização da fibrilas,
ligação das fibrilas entre si
e com as macromoléculas
da matriz.
Matriz extracelular
Fibrilas de colágeno possuem de 10 a 300 nm em
diâmetro e várias centenas de μm em comprimento
na matriz extracelular.
Matriz extracelular
Elastina: Fornece elasticidade aos tecidos, é
uma proteína hidrofóbica (750 aas) rica em
prolina e glicina e não é glicosilada. São
secretadas e montam fibras elásticas perto da M.
P. Elastina constitui 50% do peso seco da AORTA.
Matriz extracelular
Fibronectina: Proteína adesiva que ajuda as células
a aderirem à matriz, encontrada em todos os
vertebrados, forma um dímero ligado por 2 pontes
de S-S. Possui vários domínios de ligação para
outras moléculas da matriz e para receptores da
superfície celular. Existe uma forma solúvel que
circula nos fluídos do corpo, ativando a coagulação,
cicatrização e fagocitose. Múltiplas formas são
produzidas por RNA splicing a partir de um gene de
50 Kb contendo 50 exons.
Matriz extracelular
Lâmina basal: cobertura flexível e fina (40-120 nm) de
matriz especializada, que está presente em todos os
epitélios, tubos e envolvendo células musculares, do
tecido adiposo e células de Schwann. Nos glomérulos dos
rins e alvéolos do pulmão, uma camada de LB fica entre
duas camadas de células e funciona como um filtro.
Tenascinas e Trombospondinas (glicoproteínas da
matriz que ajudam na migração celular, inibem adesão
celular dependendo do tipo de célula.
Matriz extracelular
Lâmina basal: Influencia a sobrevivência e proliferação
celular, Determina a polaridade celular, influencia o
metabolismo, organiza proteínas adjacentes à M.P., induz
a diferenciação celular e funciona como estradas para a
migração das células; Constituintes da LB são: colágeno
tipo IV, proteoglicana Percelan e glicoproteínas Laminina
e Entacina.
Matriz extracelular
A proteína Laminina é um complexo de 3 cadeias
polipeptídicas com vários domínios de ligação a
colágeno, heparan sulfato, entacina, receptores de
lamininas na superfície celular. Existem 5 tipos de
cadeias α, 3 tipos de β e 3 tipos de γ.
Matriz extracelular
O colágeno do tipo IV possui estrutura mais flexível
do que os colágenos fibrilares e é um dos
componentes da L.B.
Integrinas
As integrinas são receptores
extracelulares da matriz extracelular
em animais. São proteínas trans-
membrana, formando heterodímeros de
duas cadeias (α e β). Elas ligam-se
fracamente à matriz, mas em grande
número, formam uma ligação do tipo
VELCRO. Algumas ligam-se a apenas um
tipo de molécula na matriz e outras a
mais de um tipo. Por exemplo,
integrinas presentes nos fibroblastos
ligam-se a colágeno, fibronectina e
laminina. A ligação é dependente de Ca2+.
8 integrinas ligam-se à fibronectina, 5 à
laminina. Em humanos, existem 9 tipos
de cadeias β e 24 de α que são
Integrinas
A maioria da integrinas conectam feixes de
filamentos de actina (exceção da integrina nos
hemidesmossomos, que liga a matriz com
filamentos intermediários.
Integrinas
Matriz extracelular
A degradação de componentes da matriz é altamente
controlada. Metaloproteases que dependem de Ca2+
para sua atividade e Serinoproteases, que possuem
uma serina altamente reativa no seu sítio ativo.Exemplos: Colagenase (metaloprotease) e urokinase-
type plasminogen activator (U-PA).
Células de vertebrados dissociadas em cultura são
capazes de associar novamente em tecidos
organizados, através da adesão seletiva;
Existem 2 classes de moléculas de adesão entre
células (CAM) que operam nas células de animais
multicelulares: a). Ca2+ dependentes e b). Ca2+
independentes;
As caderinas (+ de 12 são conhecidas) medeiam a
adesão célula-célula dependente de Ca2+ nos
vertebrados. Exemplos: E-caderinas presentes em
muitos tipos de células epiteliais, N-caderinas,
presentes nas células nervosas, músculo e olho e P-
caderinas, presentes na placenta e epiderme.
Virtualmente toda célula de vertebrado expressa
i i d d i
Adesão célula a célula
Distribuição de
caderinas tipo E
e N no sistema
nervoso em
desenvolvimento.
Células da
ectoderme
marcadas com
anticorpos para
caderina-E e as
células do tubo
neural foram
marcadas com
caderina-N.
As caderinas são glicoproteínas integrais de passo
simples contendo de 700 a 750 aas. A parte extracelular
possui 5 domínios com 100 aas cada.3 desses domínios
se ligam ao Ca2+. Sem o Ca2+ as caderinas mudam de
conformação e são rapidamente degradadas por
enzimas proteolíticas. A caderina do tipo E está
presente na junção aderente (cinto de adesão). As
caderinas não são as únicas proteínas que medeiam a
adesão celular dependente de Ca2+. Algumas integrinas
podem ligar células através de interações heterofílicas
com outras proteínas da superfície celular, embora, a
maioria das integrinas medeiam a ligação de células na
matriz extracelular.
As células podem regular a atividade de suas
integrinas. A fosforilação de um resíduo de
serina na porção c-terminal de uma β-integrina,
durante a mitose, em célula em cultura,
impossibilita a ligação à fibronectina, que por
sua vez pode explicar o arredondamento
celular e a perda de ligação ao substrato,
durante a mitose.
Adesão célula a célula
A maioria das caderinas
funcionam como proteínas
transmembrana conectoras, que
medeiam as interações entre o
citoesqueleto de actina das células
presentes nas junções aderentes.
Uma família de proteínas na superfície celular que se
ligam a carboidratos (Lectinas) chamadas selectinas
funcionam em uma variedade de interações célula-
célula transientes no sangue. As selectinas possuem
um domínio conservado de lectina, que na presença
de Ca2+, se liga a oligossacarídeos específicos em outra
célula
b) Independente de Ca2+ :Membros da
superfamília de proteínas imunoglobulinas (Ig).
Essas proteínas são denominadas assim, por
possuírem um domínio do tipo Ig de adesão
celular. NEURAL ADHESION MOLECULE (N-
CAM) que é expresso em uma grande variedade
de tipos celulares, incluindo a maioria das células
nervosas. Essas proteínas ligam células por um
mecanismo homofílico. Entretanto, algumas
proteínas do tipo Ig de adesão celular usam um
mecanismo heterofílico. Exemplo:
INTERCELLULAR ADHESION MOLECULE
(ICAMs), que são expressos em células endoteliais
ativadas, onde se ligam a integrinas na superfície
de células brancas do sangue.
Adesão célula a célula
Existem pelo
menos 20 tipos
de N-CAM. Os
diferentes mRNAs
das N-CAMs são
gerados por
splicing
alternativos de
um transcrito
produzido por
um único gene. A
parte extracelular
das N-CAM
possuem 5
domínios do tipo
Famílias de moléculas de adesão
celular
Junções celulares
As junções
celulares são
abundantes nos
tecidos epiteliais
e podem ser
classificadas em 3
grupos funcionais:
1. Junções oclusas
2. Junções
ancoradoras
3. Junções
comunicantes
Junções oclusas
“tight junctions”
formam uma
barreira seletiva
através das
camadas de
células epiteliais
Estrutura da junção
oclusa em células do
intestino e modelo
proposto para esse tipo
de adesão celular
Tight Junctions
Junções oclusas são formadas por proteínas, por exemplo,
claudinas, ocludinas e moléculas de adesão juncional que
estão ancoradas nas membranas de suas células adjacentes e
interagem umas com as outras para manter as células unidas
e prevenir que moléculas passem entre elas. As proteínas das
junções oclusas interagem com proteínas "scaffold " (e.g.,
ZO-1) para conectar com várias vias de transdução de sinais
envolvidas na regulação das funções dessas junções.
Junções ancorantes conectam o citoesqueleto de uma
célula ao de outra célula, ou à matriz extracelular . São
mais abundantes em tecidos que estão sujeitos a estresse
mecânico severo, como por exemplo o músculo cardíaco
e a epiderme. Existem 3 formas diferentes:
a) Junções aderentes Formam um cinto de adesão
contínuo (ou zona aderente), logo abaixo das junções
oclusas; As MP das células adjacentes são mantidas
unidas por proteínas transmembrana denominadas de
CADERINAS. Dentro das células existe um feixe
contráctil de actina que está conectado à MP por
proteínas de ligação (Catenina, Vinculina, α-actinina e
Plakoglobina).
b) Desmossomos (sítios de conecção de filamentos
intermediários);
c) Hemidesmossomos (sítios de conecção de filamentos
intermediários);
Junções aderentes
(cinto de adesão)
Desmossomos e
Hemidesmossomos
Nas junções aderentes, os feixes de actina
em células adjacentes estão ligados, via
caderinas e proteínas de ligação, em uma
rede extensa transcelular. A contração
dessa rede, que depende de proteínas
motoras do tipo miosina, está
provavelmente envolvida na morfogênese
animal.
Junções septadas estão presentes em
invertebrados e são formados por
estruturas semelhantes às junções
aderentes, entretanto, sua morfologia é
diferente.
Os desmossomos conectam filamentos intermediários de
uma célula com os de outra. A proteína transmembrana é
da família das caderinas. Na doença “PEMPHIGUS” o
organismo produz anticorpos contra as caderinas e
interferem nas ligações entre as células da pele
(queratinócitos). Essas estruturas distribuem as tensões
sofridas pelo tecido. Os filamentos intermediários nos
desmossomos de células epiteliais são queratinas e do
músculo cardíaco são de Desmina.
Os hemidesmossomos
conectam filamentos
intermediários de uma
célula com a lâmina
basal .. Nos
hemidesmossomos a
proteína integral é da
família das integrinas.
Junções
ancorantes
Junções comunicantes ou junções GAP permitem
a passagem de pequenas moléculas (até 1000
daltons, forma poro de 1, 5 nm) e diretamente
entre a MP de duas células adjacentes;
São formadas por 6 subunidades de uma proteína
denominada de conexina (várias isoformas), que
por sua vez forma um poro denominado de
conexon; A permeabilidade das junções
comunicantes é regulada.
Regulação das
junções
comunicantes
M.E. de junções
comunicantes
Em plantas o PLASMODESMA
possui muitas das funções das
junções comunicantes.
Tipos múltiplos de moléculas de adesão
celular agem em paralelo para mediar a
adesão seletiva célula-célula e célula-matriz
extracelular