Matriz Extracelular
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Biología Celular 2016 Matriz Extracelular Dr Matías Pandolf Contacto: [email protected] 26-09 HISTOLOGIA: Estudio de los tejidos TEJIDO: Agrupación de células diferenciadas morfológica y fsiológicamente que interactúan entre si y con la matriz extracelular que las rodea para cumplir una función determinada. Los distintos tejidos se asocian entre si para formar ÓRGANOS TIPOS DE TEJIDO 1) EPITELIAL 2) CONECTIVO 3) MUSCULAR 4) NERVIOSO 5) “SANGUÍNEO” GENERALES O TOPOGRÁFICAS COLORACIONES ESPECIALES HISTOQUÍMICAS INMUNOHISTOQUÍMICAS COLORANTE ACIDO vs COLORANTE BASICO ESTRUCTURA TISULAR ACIDOFILA vs ESTRUCTURA TISULAR BASOFILA MATRIZ EXTRACELULAR Abundante en tej. conectivo y escasa en tej. epitelial. Parte fbrilar: colagenas, reticulares, elasticas Parte amorfa: proteoglicanos, glucoproteinas, iones, gases, glu, hormonas, factores de crecim. MATRIZ EXTRACELULAR AMORFA FIBRILAR Consistencia - Blanda (piel) - Semirrígida (cartílago) - Rígida (hueso) Componente amorfo Hidratos de Carbono Proteínas Agua Sustancias solubles en agua GLUCOSAMINOGLICANOS (GAGs): Hidratos de carbono. Largas cadenas de hexosas aminadas o no con grupos carboxilo (-) Esos grupos (-) atraen agua y la concentran a su alrededor favoreciendo la difusión de nutrientes entre la célula y la matriz 1) 2) 3) 4) 5) 6) Ácido hialurónico: en casi todas las ME. Alto PM. Único no sulfatado Condroitin Sulfato Dermatan Sulfato Heparan Sulfato: pulmones, arterias Heparina: hígado, mastocitos Queratan sulfato: cartílago y córnea Los GAGs se forman en el REL y luego se unen a proteínas formando PROTEOGLICANOS cuyo corazón proteico es sintetizado en el RER Los GAGs se pegan en el REL de distintas maneras. Hay especifcidad en el pegado de los GAGs a los corazones proteicos que suele ser tejido –específca Los proteoglicanos pueden actuar como cofactores de hormonas y factores de crecimiento modifcando la conformación de la molécula para que actúe sobre la célula blanco Los proteoglicanos suelen preservare en los preparados histológicos a diferencia de los H de C simples Proteínas del componente amorfo de la ME: glucoproteínas 1) Laminina: La laminina es una glicoproteína que forma parte de la lámina basal asociada a otras proteínas como el colágeno, entactina, proteoglucanos y fbronectinas. Tiene una longitud de 120 nm, y atraviesa toda las capas de la lámina basal. Su función sería la de anclar las células epiteliales a la lámina densa pues tiene sitios de unión para moléculas de integrinas de la membrana plasmática de la base celular. 2) -) -) -) -) Fibronectina: Alta secreción en la embrogénesis en los sitios donde ocurre migración celular Secretada por células msenquimáticas Proteína dimérica Favorece el desarrollo de vasos sanguíneos 3) Tenascina -) Alta secreción en embrogénesis -) Molécula de antiadhesión (producción en balance con fbronectina) 4) Entactina: Es un componente de la membrana basal, junto con el colágena tipo IV, los proteoglicanos (heparan sulfato y los glucosaminoglucanos), laminina y fbronectina. Participa en las interacciones de las células con la matriz extracelular. Componente fbrilar de la ME: FIBRAS COLAGENAS El colágeno es una molécula proteica o proteína que forma fbras, las fbras colágenas. Estas se encuentran en todos los animales. Son secretadas por las células del tejido conjuntivo como los fbroblastos, así como por otros tipos celulares. Es el componente más abundante de la piel y de los huesos, cubriendo un 25% de la masa total de proteínas en los mamíferos. Formada por 3 cadenas que se enrollan tipo alfa-hélice Síntesis en RER Se exocitan por el fbroblasto con el propéptido terminal cerrado evitando la polimerización intracelular El colágeno es una proteína fbrilar, con una estructura muy larga y compleja. Se forma a partir de tres cadenas, de unos 100.000 Daltons cada una (unos 1.000 aminoácidos), que se enrollan y enlazan formando las llamadas triples hélices de tropocolágeno. Estos tropocolágenos se enlazan por sus extremos, formando largas hileras que, a su vez, se alinean paralelamente, uniéndose para formar las microfbrillas, que queden estabilizadas por puentes de hidrogeno, estabilizados por las hidroxiprolinas. Estas microfbrillas también se alinean y unen en paralelo para formar las fbrillas, las cuáles hacen lo mismo, originando las fbras. Son estas fibras de colágeno las que aportan su gran resistencia y elasticidad a los tejidos que forman nuestro sistema locomotor, de sustentación y protección. Tipos de colágeno El colágeno en lugar de ser una proteína única, se considera una familia de moléculas estrechamente relacionadas pero genéticamente distintas. Los distintos tipos de colágeno se defnen por los distintos péptidos que conforman la molécula Colágeno tipo I: Es el más abundante. Se encuentra abundantemente en la dermis, el hueso, el tendón, la dentina y la córnea. Es común en zonas de alta resistencia al estiramiento. FORMA FIBRILLAS estriadas de 20 a 100 nm de diámetro, agrupándose para formar fbras colágenas mayores. Sus subunidades mayores están constituidas por cadenas alfa de dos tipos, que diferen ligeramente en su composición de aminoácidos y en su secuencia. A uno de los cuales se designa como cadena alfa1 y al otro, cadena alfa2. Es sintetizado por fbroblastos, condroblastos y osteoblastos. Colágeno tipo II: Se encuentra sobre todo en el cartílago, pero también se presenta en la córnea embrionaria y en la notocorda, en el núcleo pulposo y en el humor vítreo del ojo. En el cartílago FORMA FIBRILLAS fnas de 10 a 20 nanómetros, pero en otros microambientes puede formar fbrillas más grandes, indistinguibles morfológicamente del colágeno tipo I. Están constituidas por tres cadenas alfa2 de un único tipo. Es sintetizado por el condroblasto. Su función principal es la resistencia a la presión intermitente/zonas de tensión. Colágeno tipo III: Abunda en el tejido conectivo laxo, en las paredes de los vasos sanguíneos, la dermis de la piel y el estroma de varias glándulas. Parece un constituyente importante de las fbras de 50 nanómetros que se han llamado tradicionalmente fibras reticulares. Está constituido por una clase única de cadena alfa3. Es sintetizado por las células del músculo liso, fbroblastos, glía. Su función es la de sostén de los órganos expandibles. . Impregnación argéntica Colágeno tipo IV: Es el colágeno que forma la lámina basal que subyace a los epitelios. Es un colágeno que no se polimeriza en fibrillas, sino que forma LAMINAS asociadas a proteoglicanos y con las proteínas estructurales laminina y fbronectina. Es sintetizado por las células epiteliales y endoteliales. Su función principal es la de sostén y fltración Las láminas son redes tenues y más sutiles que las fbras Colágeno tipo V: Presente en la mayoría del tejido intersticial. Se asocia con el tipo I. Colágeno tipo VI: Presente en la mayoría del tejido intersticial. Sirve de anclaje de las células en su entorno. Se asocia con el tipo I. Colágeno tipo VII: Se encuentra en la lámina basal Colágeno tipo VIII: Presente en algunas células endoteliales. FIBRAS ELASTICAS Compuestas por dos tipos de proteínas: la elastina y la fbrilina. Son fbras más delgadas que las fbras colágenas y abundan en tejidos conectivos laxos. Aspecto ramifcado y entramado tipo red en el TC laxo; o sino, un aspecto fbroso paralelo en el TC denso. Hay gran densidad de estas fbras alrededor del músculo estriado, en la capa media de la aorta y en órganos que suelen cambiar mucho su tamaño No son acidóflas, no tienen carga (-) expuesta y por lo tanto los colorantes habituales no se pegan. A su vez tienen gran cantidad de aa hidrófugos por lo que deben usarse colorantes disueltos en etanol: método de Weigert (resorcina-fuscina), técnica de frankel para fbras elásticas (orceína nítrica, TP 4) y método de Halmi (aldehído-fuscina) Son extremadamente elásticas y están adaptadas al estiramiento, pues pueden incrementar hasta 1,5 veces su longitud frente a la tracción y volver a su posición normal. Así, las fbras elásticas están presentes en tejidos y órganos donde se necesita esta propiedad física: la tráquea, las cuerdas vocales y las paredes de los vasos sanguíneos (aorta). ARTERIAS GRANDES O ELASTICAS Son las que reciben la sangre que SALE del corazón: AORTA Y ARTERIA PULMONAR -Tronco braquiocefálico - Carótidas primitivas - Subclavia - Ilíaca común Funcionan como vías conductoras El corazón bombea sangre hacia estas arterias (sístole/contracción ventricular) generando la distensión de las paredes arteriales. La distensión la limitan la red de fbras colágenas de la TM y TA Durante la fase de relajación cardíaca (sístole) estas arterias son capaces de mantener la tensión arterial y el flujo sanguíneo dentro del vaso, alejando a la sangre del corazón Túnica media Es la mas gruesa 1) Elastina: láminas fenestradas 2) Fibras musculares lisas 3) Fibras colágenas y sustancia amorfa Nacimiento: la aorta no tiene láminas Adulto: 40-70 láminas Personas hipertensas: mayor número NO HAY FIBROBLASTOS EN LA TM MEMBRANA BASAL DEFINICION: Capa de matriz extracelular que relaciona al tejido epitelial con el tejido conectivo. COMPOSICION: Porción glucoproteica (sintetizada por el tejido epitelial) + porción fbrosa (fbras colágenas y reticulares sintetizadas por el tejido conectivo) FUNCION: Es un fltro selectivo entre ambos tejidos que regula el metabolismo de ambos tejidos y la adhesión celular. Actúa como sostén del epitelio TEJIDO EPITELIAL Estrato Lúcido Membrana basal Lámina basal Estrato denso Estrato reticular TEJIDO CONECTIVO Lámina basal (sintetizada por células epiteliales y fbroblastos del TC): laminina, heparan sulfato y diversos proteglicanos en el estrato lúcido. Fibronectina y colágeno 4 en el estrato denso. Importante para el metabolismo celular Estrato reticular (sintetizado por los fbroblastos del TC): fbras reticulares (colágeno 3) MEMBRANA BASAL EL ED COL III TEJIDO EPITELIAL Recubre TODAS las superficies de un organismo y constituye sus glándulas Escasa matriz extracelular (solo componente amorfo) Carece de irrigación Asociado al tejido conectivo (separados x la membrana basal) Puede ser de origen ecto, meso o endodérmico VS VS VS De las 3 hojas embrionarias Origen embriológico escasa matriz extracelular Presentan todos los complejos de unión descansan sobre una membrana basal características poseen polaridad poseen especializaciones avasculares recambio continuo características polaridad CELULA CALICIFORME Flujo de Membrana TEJIDOS DE SUSTANCIA CONECTIVA Conectivo propiamente dicho, Cartílago y Óseo. ¿Sangre? 1- Son tejidos de integración de otros tejidos y de órganos 2- Con abundante matriz extracelular 3- Con abundante irrigación (excepto el Cartílago) 4- Con abundante inervación 5- Con distintos tipos celulares 6- Origen embriológico : Mesodermo y Ectodermo TEJIDO CONECTIVO Compuesto por células separadas, inmersas en una abundante matriz extracelular (fibras colágenas, elásticas, reticulares y sustancia amorfa) Nutrición Sostén FUNCIONES Reserva Equilibrio líquido y electrolítico Protección Defensa Reparación MESENQUIMA Semejantes a fbroblastos, aunque más pequeñas 10 uM kidney, human, foetal mesenchymal connective tissue, 12th week of gestation Glucosaminoglicanos AMORFA Proteoglicanos Glicoproteínas de adhesión Sales Agua MATRIZ EXTRACELULAR Fibras colágenas FIBRILAR Fibras reticulares Fibras elásticas Acidófilas Orceína nítrica TEJIDO CONECTIVO: Clasificación Laxo 1) TEJIDO CONECTIVO PROPIAMENTE DICHO 2) TEJIDO CONECTIVO MODELADO Denso Ligamentos Tendones Cartílago 3) TEJIDO CONECTIVO ESPECIALIZADO Hueso “Sangre” *POR LA DENSIDAD DE CELULAS Y FIBRAS 1- Laxo 2-Denso E CL CD *SEGÚN EL ORDENAMIENTO DE LOS COMPONENTES: 1- No modelado 2- Modelado fbrocitos DERMIS TENDON Fibras colágenas Tejido conectivo Mucoso. Gelatina de Wharton Ubicación: - Debajo de la piel en embriones de cordados - Cordón umbilical de mamíferos (Gelatina de Wharton) - Cresta de gallos - Oviducto de rayas - Piel sexual de los monos (bajo influencia de hormonas sexuales) Características: -TC laxo con ME muy abundante y rica en proteglucanos y agua - Aspecto gelatinoso - Gran cantidad de ácido hialurónico - Baja densidad de fbras colágenas - Grandes fbroblastos y linfocitos errantes En la actualidad, el cordón umbilical constituye una importante fuente de células madre para la medicina regenerativa y la construcción de tejidos artifciales. De los distintos tipos de células madre existentes en el cordón, las denominadas 'células madre de la gelatina de Wharton' están despertando un gran interés en la medicina regenerativa debido a su fácil accesibilidad, su gran potencial para diferenciarse hacia tejidos muy distintos y por poseer propiedades inmunológicas privilegiadas. Cultivo de células procedentes de la gelatina de Wharton teñidas con Hematoxilina-Eosina Células procedentes de la gelatina de Wharton marcadas con anticuerpo anti αTubulina SOCIEDAD › IMPULSAN LA SANCION DE UNA LEY PARA REGULAR TRATAMIENTOS CON CELULAS MADRE Terapias en busca de control Médicos, investigadores y asociaciones de pacientes debatieron ayer en el Senado en un encuentro acerca de la necesidad de reglamentar la actividad. Dicen que se ofrecen terapias en el exterior cuya efcacia no está garantizada. La necesidad del debate y la sanción de una ley que regule investigaciones y terapias con células madre fue planteada ayer por investigadores, médicos y asociaciones de pacientes que participaron de un seminario en el Senado de la Nación. El reclamo surge a partir de la proliferación de ofertas de costosas prácticas médicas, que están aún en la fase de estudio clínico y cuya efcacia no fue probada. “La falta de una ley nacional que regule las investigaciones y terapias con células madre en Argentina limita el ‘poder de policía’ para clausurar los establecimientos de los grupos que ofrecen un tratamiento” no aprobado, planteó la abogada Fabiana Arzuaga, coordinadora de la Comisión Asesora en Terapias Celulares y Medicina Regenerativa. “El ministerio, desde su Comisión Asesora, trabaja en la elaboración de un proyecto de ley que contemple la situación de las células madre desde el punto de vista científco, ético y regulatorio”, aseguró Barañao. El ministro abogó por una ley “que ponga a la Argentina en el contexto internacional y dé al ciudadano la garantía necesaria para que estas tecnologías sean aplicadas en el país bajo las normas más estrictas y éticamente controladas”. Arzuaga enfatizó que muchos de los procedimientos que se hacen en China, y que provocan acciones solidarias para juntar elevadas sumas de dinero, “son meramente experimentales, sin protocolos de investigación y no aportan nada al desarrollo de la ciencia con nuevos conocimientos”. http://www.pagina12.com.ar/diario/sociedad/3-227736-2013-08-28.html Incucai El Instituto Nacional Central Único Coordinador de Ablación e Implante (Incucai) es el organismo que impulsa, normatiza, coordina y fscaliza las actividades de donación y trasplante de órganos, tejidos y células en nuestro país. Actúa en las provincias argentinas junto a 24 organismos jurisdiccionales de ablación e implante con el fn de brindar a la población un acceso trasparente y equitativo al trasplante. Tratamientos experimentales con células madre Actualmente se observa con frecuencia la divulgación y promoción de supuestos tratamientos realizados con células madre en nuestro país y en el extranjero, que generan falsas expectativas y son potencialmente peligrosos para la salud. El INCUCAI recuerda que cualquier uso de células madre que no sea el trasplante de Células Progenitoras Hematopoyéticas debe considerarse experimental y su práctica debe ser expresamente aprobada por las autoridades sanitarias. La única práctica con células madre que ha demostrado seguridad y efcacia científca, la cual se realiza con éxito en miles de pacientes en nuestro país y en el mundo es el trasplante de Células Progenitoras Hematopoyéticas (CPH) en casos de enfermedades onco-hematológicas. Fuera de este tratamiento no existe evidencia clínica, ni tratamientos establecidos a nivel nacional e internacional, que hayan demostrado la efcacia del uso de células madre para curar otras enfermedades. En la Argentina, los protocolos de investigación clínica que involucran el uso de células madre deben ser aprobados por el INCUCAI. Es importante destacar que las prácticas experimentales deben realizarse bajo un marco regulatorio estatal que compruebe su efcacia terapéutica y la ausencia de efectos secundarios indeseables. Asimismo, los protocolos de investigación clínica con células madre aprobados deben ser gratuitos para los pacientes. http://www.incucai.gov.ar/cph/celulas_madre.jsp Tejido conectivo Mucoso. Gelatina de Wharton Fibrocito ME amorfa ME colágena I y III Fibroblasto Figure 6 Perineal sex-skin color changes and swelling in adult cynomolgus monkeys during the follicular, ovulatory, and luteal phases of the ovarian cycle. Paired photographs of the sex skin and ovaries from individual animals were taken at the time of experimental ovariectomy. Note that these changes occur only in some animals and cannot be used to generally monitor ovarian cyclicity in this species. TEJIDO CARTILAGINOSO Condroblastos Células Condrocitos Agua Amorfa Sales Proteoglicanos (condroitin-sulfato 4 y 6) Gags (ácido hialurónico) Matriz extracelular Fibrilar: colágeno I y II Avascular Condrocitos que producen y mantienen una abundante matriz Matriz sólida y frme pro algo maleable (elasticidad) Gran cantidad de GAGs que permiten la difusión de sustancias entre el TC conectivo circundante y los condrocitos: fundamental para la viabilidad Gran cantidad de ácido hialurónico (GAG): permite que el cartílago actúe como soporte de pesos (ej: articulaciones sinoviales) Cartílago hialino (esqueleto embrión, tráquea, bronquios, nariz, articulaciones de huesos, disco epifsario, extremo de costillas) Cartílago elástico (trompas de Eustaquio, epiglotis) Cartílago fibroso (meniscos) Tejido cartilaginoso hialino Localización: anillos traqueales, cartílagos costales, embriones de vertebrados, peces cartilaginosos (calcifcado) Aspecto vítreo in vivo Laguna o condroplasto: Se ve por la retracción del condrocito (= célula cartilaginosa) tras el procesamiento histológico Matriz: colágeno tipo II + sustancia amorfa En el hueso en desarrollo la matriz se calcifca antes de ser reemplazada por matriz ósea Bajo metabolismo Baja capacidad de recuperación Matriz cartilaginosa Colágeno II es el más abundante: fbrillas fnas (20 nm de diám) 3 clases de GAGs: ácido hialurónico + condroitinsulfato + queratansulfato Se unen a una proteína central formando un monómero de proteoglucano Conglomerados de hialuronato de proteglucanos Cada molécula de ácido hialurónico se asocia con unas 80 unidades de proteglucanos Forman grandes conglomerados cuya estructura es reforzada por proteínas de enlace Los conglomerados se unen a delgadas fbrillas de colágeno II Hay otros proteglucanos que NO forman conglomerados y glucoproteínas no colágenas ni unidas a proteglucanos Hidratación de la matriz cartilaginosa 60-78% de la MC es agua que se encuentra fjada a los conglomerados de proteoglucanos y esto explica la elasticidad del cartílago Parte del agua también está fjada de modo más laxo: difusión de metabolitos desde y hacia los condrocitos Cartílago articular: cambios transitorios y regionales del contenido acuoso durante el movimiento o cuando la articulación es comprimida Afinidad tintorial de la matriz cartilaginosa Basófla: gran cantidad de grupos sulfato: conglomerados y monómeros de proteglucanos Metacromasia: Gran número que cargas negativas juntas en la M.E. del cartílago. Al unirse un colorante básico (ej: azul de toluidina: R+) el cartílago se colorea de rosa en vez de azul Cartílago hialino traqueal. Note la gran metacromasia que se localiza en la matriz territorial. Esto se debe a la abundancia de grupos sulfatados. CAPSULA (condroitinsulfato en gran cantidad) AREA TERRITORIAL (fbras colágenas II) AREA INTERTERRITORIAL (menor cantidad de proteo sulf) BASOFILIA Cartílago hialino Pericondrio Luz ME: (78%). Es vítrea , col tipo II, agrecán Fibras col y PG unidos por cargas electrostáticas y puentes cruzados de glicoproteinas PERICONDRIO Capa Fibrosa Capa Condrógena Area interterritorial Area territorial Condrocito Laringe TEJIDO ÓSEO Es una forma ESPECIALIZADA de TC denso Características generales: 1) Alta irrigación 2) M.E. muy dura por depósito de minerales: calcifcación/dureza de la matriz 3) Funciones de sostén, protección y regulación de la calcemia. 4) Rodeado por PERIOSTIO Fibrilar (fbras colágenas I) Condrotinsulfato Proteoglicanos Matriz ósea Queratánsulfato Sialoproteínas I y II Agrecan Amorfa Osteonectina Glicoproteínas Osteopontina Osteocalcina Sales: fosfato de calcio, Mg, K, Na, carbonato, citrato Células del tejido óseo: Osteoprogenitoras Osteoblastos Osteocitos De recubrimiento óseo Osteoclastos Zona fibrosa PERIOSTIO Zona osteógena Utilizaremos como modelo al hueso compacto preparado por desgaste Sustancia intracelular = matriz extracelular = matriz ósea Forma láminas (= capas) de 3 um de espesor Los osteocitos se alojan en lagunas (espacios pequeños y alargados que se alojan a su vez en las láminas) Desgaste Matriz ósea Matriz orgánica (propiedades elásticas y resistencia a la tracción) + Sales inorgánicas (dureza y resistencia a la compresión) Matriz orgánica Fibras colágenas (90%) + sustancia fundamental Alta acidoflia (Q+) Sustancia fundamental de la matriz ósea 1) Condroitinsulfato (++) 2) Ácido Hilaurónico (+) 3) Osteopontina: propiedades tipo fbronectina 4) Osteonectina: glucoproteína adhesiva que se une a las superfcies celulares y a la hidroxiapatita 5) Osteocalcina o BGP (proteína no colágena más abundante) -S! por osteoblastos - Depende la vitamina K y D -Se une a la hidroxiapatita (imp en calicifcación) - Se mide en plasma para estimar el grado de formación de tejido óseo Colágeno de la matriz ósea Tipo I (tipo TC) Sales minerales de la matriz ósea -Corresponden al 75% del peso seco -Cristales de hidroxiapatita con forma de varas fnas que se disponen en paralelo y en estrecha relación con la fbras colágenas - Mineralización/Calcificación: depósito de minerales en la matriz orgánica del tejido óseo (no es igual a osifcación) Mecanismo no conocidos con exactitud: Una vez formada la sustancia osteoide se depositan fosfato de calcio amorfo que luego se transforma en hidroxiapatita Colágeno + proteoglucanos captan fosfato de calcio de la fase acuosa circundante Osteoblastos secretan fosfatasa alcalina que libera iones fosfato que aumentan el pH y la basoflia local favoreciendo la precipitafción del fosfato de calcio. También intervendría la osteoclacina Tejido Sanguíneo 90 % agua Matriz extracelular: PLASMA 9 % sustancias orgánicas 1% sust. inorgánicas Na, Ca, K, Cl, P Proteínas Lípidos H. De C. Lipoproteínas Protrombina Albúminas Globulinas Fibrinógeno
