Matriz Extracelular Normal Y Neoplasicos

MATRIZ EXTRACELULAR EN TEJIDOS NORMALES Y NEOPLASICOS

Dr. Jesús Ruiz Baca

Las definiciones de matriz extracelular, nos dicen que es “la sustancia entre las células” o “el material en el espacio intercelular”… Pero la matriz extracelular es mucho más importante que lo que estas definiciones proponen… El funcionamiento de la célula está influenciado por la matriz extracelular.

La matriz extracelular está compuesta por polisacáridos complejos y glicoproteínas (fibronectina, laminina, trombospondina) y los muy viscosos proteoglicanos.

Incluidas en aquellas, podemos encontrar variados tipos y cantidades de fibras de colágeno, insolubles, o fibras elásticas que dan resistencia a los tejidos.

A las células, la matriz extracelular provee: •Soporte mecánico •Una barrera bioquímica

•Un medio para: •Comunicación extracelular asistida por

CAMs

•Un posicionamiento estable de las células

en los tejidos a través de la adhesión a la matriz •El reposicionamiento de las células que

han migrado durante el desarrollo y la reparación de heridas.

Las moléculas de adhesión celular (CAMs) pertenecen a glicoproteínas. Se localizan en la superficie celular y forman complejos para unir: •Células con células •Células a matriz extracelular •Matriz extracelular al citoesqueleto celular.

Las CAMs asisten en la: •Adhesión entre células para proveer una

estructura tisular organizada

•Transmisión de señales extracelulares a través

de la membrana celular

•Migración celular mediante la regulación de

adhesiones mediadas por CAMs

Todas las células producen matriz extracelular, pero algunas células especializadas producen un tipo especial de matriz: •Fibroblastos secretan matriz de tejido

conectivo

•Osteoblastos secretan matriz formadora de

hueso

•Condroblastos secretan matriz formadora de

cartílago

•Fibroblastos y células epiteliales en conjunto

forman una membrana basal

Tejido conectivo: contiene mucha matriz y unas pocas células

Lámina basal: puede considerarse como la matriz extracelular de células epiteliales, pero formada por una gruesa capa conteniendo muchas fibras de colágeno y laminina, sobre la que se “sientan” las células epiteliales Matriz pericelular: con pocas excepciones todas las células están rodeadas de la matriz extracelular

Imagen de células epiteliales humanas donde la cadherina aparece verde y el núcleo azul.

La matriz extracelular es un ensamblaje tridimensional complejo, de varios tipos de colágenos, elastina, glicoproteínas, glicosaminoglicanos y proteoglicanos. Define la histoarquitectura específica de cada órgano, provee a las células de información y un esqueleto mecánico para adhesión y migración. La matriz extracelular controla diversos fenómenos fisiológicos, incluyendo la adquisición y mantenimiento de fenotipos diferenciados durante la embriogénesis, morfogénesis, formación de vasos (angiogénesis), cicatrización de heridas y metástasis tumoral.

Células de melanoma HTB-140 cultivadas dentro de colágeno tipo I (modelo de matriz extracelular). Las células fueron teñidas con colorante vital FM-1-43 (color rojo). Las fibras de colágeno fueron visualizadas usando luz difractada (color gris).

Imagen confocal de células HepG2 cultivadas dentro de colágeno tipo I. La imagen se basa en la luz difractada. Además de un ajuste a 3D en volumen, la profundidad se encuentra codificada por colores –desde rojo indicando proximidad al violeta indicando lejanía.

Sección transversal de acinos con morfología normal.

Sección transversal de células de cáncer mamario y matriz extracelular.

Acercamiento de la imagen anterior.

Complejo de adhesión focal en la membrana celular.

La integrina se une a la fibronectina.

Todas las integrinas se unen a la fibronectina y mueven al colágeno asociado.

Alejamiento del complejo de adhesión focal de la membrana.

Vuelta a la sección transversal de la célula tumoral.

Vista cercana al núcleo.

Visión completa del núcleo.

Racimo celular con morfología cambiada.

En el estudio del papel de la matriz extracelular en el cáncer mamario, se muestran imágenes como ésta. En tinción naranja, la matriz extracelular es una red de proteínas globulares y fibrosas que rodean y dan soporte a las células mamarias. Roturas en la matriz extracelular han sido ligadas al desarrollo de tumores malignos (MRI).

Progresión tumoral y heterogeneidad

•La progresión tumoral podemos definirla

como la adquisición de cambios permanentes en ciertas características de subpoblaciones celulares del tumor.

Invasión de células tumorales •Ciertas células tumorales se “despegan” de

las otras.

•Se adhieren a la matriz extracelular

•Degradan proteolíticamente a la matriz

extracelular

•Se mueven y migran fuera de la matriz

extracelular.

Moléculas de adhesión celular que funcionan en la invasión y metástasis.

•“Despegado”: -E-cadherina •Adhesión célula tumoral/endotelio: •Sialil-Lewis X E-Selectina

•VLA-4-V CAM

Moléculas de adhesión célula/matriz involucradas en invasión y metástasis.

•Integrinas: una familia compuesta por moléculas

de superficie celular, heterodiméricas, que median la adhesión de células a diferentes componentes de la matriz extracelular. •Receptores para laminina.

•CD44: media la adhesión de células tumorales a

ácido hialurónico.

Enzimas que median la degradación de la matriz extracelular por las células tumorales. •Metaloproteasas de matriz (MMP): •Colagenasas tipo IV •Colagenasas intersticiales •Estromelisinas

•Activador de plasminógeno/plasmina •Catepsinas B y L •Glicosidasas

PTEN FOSFATASA SUPRESORA DE TUMORES

IDENTIFICACION DE PTEN. •Las mutaciones en la posición q23 del cromosoma

10 se encuentran entre las más comunes observadas en cáncer humano y, particularmente prevalentes en glioblastomas, cáncer prostático avanzado y carcinoma endometrial. En 1997, dos grupos publicaron el descubrimiento de un gen supresor de tumores en este locus, al que llamaron PTEN (“phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten”) o MMAC (“mutated in multiple advanced cancers”)

•Para identificar este gen supresor tumoral,

realizaron un análisis diferencial en 12 tumores mamarios primarios. Se obtuvo una sonda, CY17, con la que se identificó el problema en el cromosoma 10q23. •Science (1997) 275: 1943-1947

PTEN •PTEN contiene el motivo que define a la

familia de fosfatasas en tirosina, que elimina grupos fosfato de proteínas. Originalmente se la describió como una fosfatasa dual, reconociendo residuos tirosina, como también serina/treonina. Curiosamente, PTEN, también muestra una especificidad inusual para sustratos altamente acídicos.

•Una observación más detallada de los sustratos

fisiológicos, apareció cuando se demostró la capacidad de PTEN para desfosforilar PIP3 (fosfatidilinositol 3,4,5 trisfosfato). Estas moléculas son segundos mensajeros cruciales en los caminos de señalización que controlan proliferación y supervivencia. •Mucha información se obtuvo con la disrupción

de PTEN en ratones y en Caenorhabditis elegans, junto con la expresión de esta fosfatasa en células tumorales con alelos PTEN mutantes, demostrando que PTEN actúa como una fosfatasa lipídica in vivo.

Estructura de PTEN y PI3K •Señalización fosfolipídica y cáncer. Los

fosfoinosítidos PI(3,4,5)P3 y PI(3,4)P2, que son fosforilados en la posición 3 del inositol, se generan en respuesta a diversos estímulos, incluyendo factores de crecimiento y supervivencia, luego de la activación de la PI3 quinasa en la membrana plasmática.

•Estos fosfolípidos son ligandos para el dominio

PH (homología con plecstrina) en proteínas. La interacción con PIP3 o PIP2 sirve para reclutar proteínas tales como PKB/Akt hacia la membrana, donde se activan y transducen señales promotoras de supervivencia y proliferación.

•Lo que es importante notar es que estas

señales dependientes de fosfoinosítidos, son controladas continuamente mediante la acción de la fosfatasa supresora de tumores (PTEN), que los desfosforila en la posición 3 del anillo inositol. •La estructura cristalina de PTEN revela la

presencia de un dominio C2 hacia el extremo COOH terminal de la proteína (Cell (1999) 99: 323-334).

PTEN: El supresor de tumores. El producto del gen supresor de tumores (PTEN) actúa como una fosfatasa de fosfolípidos. (A) En condiciones de crecimiento normal, señales estimulatorias que salen del receptor para insulina, activan la enzima PI3-K, la que fosforila fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2) para generar fosfatidilinositol 3,4,5-trisfosfato (PIP3), una molécula lipídica de señalización. “Downstream”, PIP3 activa diversos efectores, incluyendo al producto del protoconcogen PKB/Akt. El papel de PTEN es desfosforilar PIP3, actuando como un control negativo en la activación de PKB/Akt.

(B) Si una mutación en PTEN le impide realizar la desfosforilación, PIP3 no podrá ser inactivado y, por consiguiente, continuará propagando su señal “río abajo” (downstream). Esto podría resultar en la activación continuada de PKB/Akt , que, en combinación con otros factores, podría llevar a un crecimiento celular aumentado y un posible desarrollo de un tumor.

… y ahora vamos al Seminario…