MATRIZ EXTRACELULARMATRIZ EXTRACELULAR

La La matrizmatriz extracelularextracelular regularegula el el desarrollodesarrollo y la y la funciónfunción de de casicasitodastodas laslas célulascélulas en un en un organismoorganismometazoometazoo..MásMás aúnaún, el , el desarrollodesarrollo y el y el funcionamientofuncionamiento normalesnormales de de todostodosloslos tipostipos celularescelulares en un en un organismoorganismo, , dependendependen de de laslasinteraccionesinteracciones con con moléculasmoléculas del del mediomedio ambienteambiente..

Las Las funcionesfunciones de la de la matrizmatrizextracelularextracelular en en proveerproveer ordenorden en en el el espacioespacio extracelularextracelular, , poseenposeenmuchasmuchas funcionesfunciones asociadasasociadas con el con el establecimientoestablecimiento, la , la separaciónseparación y el y el mantenimientomantenimiento de de tejidostejidos y y órganosórganos diferenciadosdiferenciados..

PorPor ejemploejemplo::

•• La La matrizmatriz extracelularextracelular proveeprovee un un sustratosustrato parapara la la organizaciónorganización de de célulascélulas queque se se adhierenadhieren a a élél..

••Los Los componentescomponentes de de estaesta matrizmatriz son son esencialesesencialesparapara la la diferenciacióndiferenciación celularcelular, , comocomo en el en el casocaso del del epitelioepitelio mamariomamario..

••EstosEstos componentescomponentes incluyenincluyen ligandosligandos queque activanactivancaminoscaminos de de señalizaciónseñalización intracelularesintracelulares, , regulandoregulandoproliferaciónproliferación, , supervivenciasupervivencia y y diferenciacióndiferenciación..

••EstosEstos componentescomponentes se se unenunen a a factoresfactores de de crecimientocrecimiento, etc. , etc.

El El espacioespacio entreentre laslas célulascélulas, , provistoprovisto porpor la la matrizmatriz extracelularextracelular, , permitepermite la la migraciónmigraciónde de laslas mismasmismas y de y de loslos conosconos de de crecimientocrecimiento..La La estructuraestructura ordenadaordenada, , posibilitadaposibilitada porpor la la matrizmatriz extracelularextracelular, , hacehace posibleposibleestablecerestablecer gradientesgradientes de de moléculasmoléculas quequedirigendirigen el el movimientomovimiento celularcelular..

DEFINICION DE DEFINICION DE MATRIZ EXTRACELULARMATRIZ EXTRACELULAR

OriginalmenteOriginalmente::Se la Se la definiódefinió morfológicamentemorfológicamente comocomo el material el material extracelularextracelular, visible , visible comocomo fibrillasfibrillas o o láminasláminas al al microscopiomicroscopio electrónicoelectrónico..

ActualmenteActualmente::Se la define Se la define incluyendoincluyendo a a todastodas laslas moléculasmoléculassecretadassecretadas queque son son inmovilizadasinmovilizadas fuerafuera de la de la célulacélula..

SecciónSección transversal de transversal de acinosacinos con con morfologíamorfología normal. normal.

Sección transversal de células de cáncer mamario y matriz extracelular.

AcercamientoAcercamiento de la de la imagenimagen anterior.anterior.

ComplejoComplejo de de adhesiónadhesión focal en la focal en la membranamembrana celularcelular..

La La integrinaintegrina se se uneune a la a la fibronectinafibronectina..

TodasTodas laslas integrinasintegrinas se se unenunen a la a la fibronectinafibronectina y y muevenmuevenal al colágenocolágeno asociadoasociado..

AlejamientoAlejamiento del del complejocomplejo de de adhesiónadhesión focal de lafocal de lamembranamembrana..

VueltaVuelta a la a la secciónsección transversal de la transversal de la célulacélula tumoraltumoral. .

Vista Vista cercanacercana al al núcleonúcleo..

VisiónVisión completacompleta del del núcleonúcleo. .

RacimoRacimo celularcelular con con morfologíamorfología cambiadacambiada. .

PapelPapel de de proteasasproteasas de de matrizmatrizextracelularextracelular

Las Las proteinasasproteinasas queque modificanmodifican la MEC y la MEC y laslas moléculasmoléculas de la de la superficiesuperficie celularcelular, son , son importantesimportantes en en numerososnumerosos procesosprocesosnormalesnormales y y patológicospatológicos..

PorPor ejemploejemplo, , existeexiste muchamucha evidenciaevidencia quequeindicaindica queque estasestas proteinasasproteinasas tomantoman parteparteen la en la fertilizaciónfertilización normal, normal, implantaciónimplantación, , embriogénesisembriogénesis, , morfogénesismorfogénesis y y diferenciacióndiferenciación, , asíasí comocomo en en inflamacióninflamación, , reparaciónreparación de de heridasheridas, , ateroesclerosisateroesclerosis, , etc.etc.

EstasEstas enzimasenzimas puedenpueden ser ser exopeptidasasexopeptidasas, , degradandodegradando a a laslas proteínasproteínas porpor sussusextremosextremos, o , o endopeptidasasendopeptidasas, , clivandoclivando loslosenlaces enlaces peptídicospeptídicos internosinternos..

De De acuerdoacuerdo con con susu mecanismomecanismo de de acciónacción, , laslasendopeptidasasendopeptidasas puedenpueden clasificarseclasificarse en 4 en 4 gruposgrupos::--SerínproteinasasSerínproteinasas--CisteínproteinasasCisteínproteinasas--AspárticoAspártico proteinasasproteinasas--MetaloproteinasasMetaloproteinasassegúnsegún loslos gruposgrupos catalíticoscatalíticos esencialesesenciales y la y la sensibilidadsensibilidad a a inhibidoresinhibidores..

SerínproteinasasSerínproteinasas (EC 3.4.21):(EC 3.4.21):PoseenPoseen unauna tríadatríada característicacaracterística en en sususitiositio activoactivo: : histidinahistidina, , aspárticoaspártico y y serinaserina..

CisteínproteinasasCisteínproteinasas (EC 3.4.22):(EC 3.4.22):PoseenPoseen unauna cisteínacisteína y y unauna histidinahistidina y y requierenrequieren activaciónactivación porpor reactivosreactivostiólicostiólicos..

AspárticoAspártico proteinasasproteinasas (EC 3.4.23):(EC 3.4.23):PoseePosee dos dos aspárticosaspárticos activosactivos y un pH y un pH óptimoóptimo acídicoacídico..

MetaloproteinasasMetaloproteinasas (EC 3.4.24):(EC 3.4.24):CoordinanCoordinan un metal de un metal de transicióntransición((generalmentegeneralmente zinc) en zinc) en susu sitiositio catalíticocatalítico..

CadaCada unauna de de laslas clasesclases de de proteinasasproteinasas, , poseeposee miembrosmiembros capacescapaces de de clivarclivarmoléculasmoléculas específicasespecíficas de la MEC y de la de la MEC y de la superficiesuperficie celularcelular. . TambiénTambién hay hay queque notarnotarqueque, , ademásademás de de laslas proteinasasproteinasas quequedegradandegradan MEC, MEC, tambiéntambién hay hay exoexo y y endoglicosidasasendoglicosidasas queque contribuyencontribuyen a la a la degradacióndegradación de la MEC, de la MEC, removiendoremoviendo a a loslosglicosaminoglicanosglicosaminoglicanos y y azúcaresazúcares de de loslosproteoglicanosproteoglicanos..

MetaloproteinasasMetaloproteinasas de de matrizmatrizextracelularextracelular..

ConstituyenConstituyen un un grupogrupo multigénicomultigénico de de endopeptidasasendopeptidasasdependientesdependientes de Zinc y de Zinc y CalcioCalcio, con , con unauna extensaextensahomologíahomología de de secuenciasecuencia..HastaHasta el el momentomomento se se hanhan descubiertodescubierto 18 18 MMPsMMPs en en vertebradosvertebrados y 16 y 16 homólogoshomólogos humanoshumanos..Las Las MMPsMMPs estánestán reguladasreguladas porpor controlescontrolestranscripcionalestranscripcionales positivospositivos y y negativosnegativos, , porpor susuactivaciónactivación desdedesde un un estadoestado latentelatente y a y a travéstravés de la de la influenciainfluencia de de inhibidoresinhibidores tisularestisulares endógenosendógenos((TIMPsTIMPs).).

Collagens (I49, IV50, V, VII, X17, XI and XIV51); Gelatin; elastin50, 52; fibronectin; laminin-1, laminin-553; galectin-354; aggrecan45; decorin55; hyaluronidase-treated versican20; proteoglycan link protein21; osteonectin48; MBP27; GST-TNF/TNF peptide28; IL-1β56; Aβ1-40

56, 57v; Aβ10-2058; APP695

59; α1-AT25; prolysyl oxidase fusion protein60; IGF-BP532; IGF-BP333; FGF R161; MMP-134; MMP-962; MMP-1363

16q13 EC3.4.24.24 •72-kDa Gelatinase•Gelatinase A •Type IV Collagenase•NeutrophilGelatinase

MMP-2

Collagens (I, II, III, VII, VIII and X)17, 18; Gelatin; aggrecan19; hyaluronidase-treated versican20; proteoglycan link protein21; large tenascin-C22; α1-antitrypsin/α1-proteinase inhibitor (α1-AT)23-25; α1-antichymotrypsin (α1-ACHYM)24, 25; α2M; rat α1M; pregnancy zone protein; rat α1I3 (α1-inhibitor 3); ovostatin; entactin (nidogen)26; MBP27; GST-TNF/TNF peptide28; L-Selectin29; IL-1β30; serum amyloid A; IGF-BP532; IGF-BP333; MMP-234; MMP-920

11q22-q23EC3.4.24.7•Collagenase•Fibroblast Collagenase•Interstitial Collagenase

MMP-1

SubstratesChromosomeEC NumberAlternative Names

MMP

Table 1. MMP Facts.

Collagens (I, II, III, V36, VII, VIII and X); Gelatin; aggrecan37, 38; α1-AT39; α1-ACHYM16; α2-antiplasmin40; fibronectin41

11q21-q22 EC3.4.24.34 •NeutrophilCollagenase•Collagenase I

MMP-8

Collagen IV82, 50 and X18; Gelatin82; aggrecan19; decorin55; proteoglycanlink protein21; fibronectin and laminin82; insoluble fibronectin fibrils83; entactin26; large and small tenascin-C84; osteonectin48; β4 intergrin85; elastin50; casein82; transferrin86; MBP27; α1-AT23; GST-TNF/TNF peptide28; plasminogen65; MMP-173; MMP-287; MMP-973, 35, 88; MMP-9/TIMP-1 complex88

11q21-q22 EC3.4.24.23 •Matrilysin•PUMP

MMP-7

Collagens (III, IV50, V, IX); Gelatin; aggrecan19, 66; versican and hyaluronidase-treated versican20; perlecan46; decorin55; proteoglycanlink protein21; large tenascin-C23; fibronectin; laminin; entactin26, 67; osteonectin48; elastin40; casein68; α1-AT23, 25; α1-ACHYM25; antithrombin-III2525; α2M; ovostatin; Substance P; MBP27; GST-TNF/TNF peptide28; IL-1β30; serum amyloid A31; IGF-binding protein-333; fibrinogen and cross-linked fibrin69; plasminogen70; MMP-1 “superactivation”71; MMP-2/TIMP-2 complex72; MMP-773; MMP-874; MMP-975; MMP-1343

11q23 EC3.4.24.17 •Stromelysin-1 •Transin

MMP-3

Human enzyme: α1-AT78; α2M79; casein79; IGF-binding protein-180; Mouse enzyme: α1-AT78; casein, laminin, fibronectin, gelatin, collagen IV and carboxymethylated transferrin81

22q11.2 •Stromelysin-3

MMP-11

Collagens (III76, IV77, 50 and V76); Gelatin74; casein68, 76; aggrecan66; elastin50; proteoglycan link protein21; MMP-168; MMP-877

11q22.3-q23 EC3.4.24.22 •Stromelysin-2

MMP-10

Collagens (IV50, V36, VII, X17 and XIV51); Gelatin; elastin50, 52; galectin-354; aggrecan19; hyaluronidase-treated versican20; proteoglycan link protein21; fibronectin31; entactin26; osteonectin48; α1-AT23, 24; MBP27; GST-TNF/TNF peptide28; IL-1β30; Aβ1-40

64; plasminogen65

20q11.2-q13.1 EC3.4.24.35 •92 kDaGelatinase> •Gelatinase B

MMP-9

Collagen (I, II and III97, 98); Gelatin, casein, κ-elastin, fibronectin, laminin, vitronectin and proteoglycans97-99; large tenascin-C, entactin98; α1-AT, α2M97; GST-TNF98; MMP-2100, 101; MMP-1363

14q11-q12 •MT-MMP-1

MMP-14

Collagens (I, II and III42, 43, IV, IX, X and XIV44); Gelatin, α1-ACHYM and plasminogen activator inhibitor 244; aggrecan45; perlecan46; large tenascin-C and fibronectin44; osteonectin47; MMP-948

11q22.3 •Collagenase-3

MMP-13

Collagen IV89; Gelatin89; elastin and κ-elastin60, 90; casein91; α1-AT89, 92; fibronectin89; vitronectin89; laminin89; entactin93; proteoglycan monomer89,

77, 94; GST-TNF89; MBP89; fibrinogen94; fibrin95; plasminogen9611q22.2-q22.3 •Macrophage

MetalloelastaseMMP-12

* assigned as MMP-18 in reference 107. MMP-18 has however subsequently been assigned as xenopus MMP

Amelogenin109ND •Enamelysin

MMP-20

Gelatin107*, 10812q14 MMP-19<

ND •MT-MMP-4

MMP-17

Collagen III104; Gelatin, casein105; fibronectin; MMP-2102, 1038q21 •MT-MMP-3

MMP-16

Fibronectin, large tenascin-C, entactin, laminin, aggrecan, perlecan98; GST-TNF98; MMP-2102, 10316q12.2-q21 •MT-MMP-2 MMP-15

Un Un ejemploejemplo: : activadoractivador de de plasminógenoplasminógeno tipotipo uroquinasauroquinasa ((uPAuPA) ) y y susu receptor (receptor (uPARuPAR).).

uPAuPA eses unauna proteinasaproteinasa de de serinaserina, con , con altaaltaespecificidadespecificidad parapara el el plasminógenoplasminógeno, a , a quienquien clivacliva en en un un sitiositio parapara dardar plasminaplasmina..La La uniónunión de de uPAuPA a a susu receptor en la receptor en la superficiesuperficiecelularcelular, lo , lo activaactiva y y protegeprotege contra contra loslos inhibidoresinhibidoresde de activadoresactivadores de de plasminógenoplasminógeno, , asíasí comocomo del del clivajeclivaje porpor plasminaplasmina, , localizándololocalizándolo a a loslos sitiossitiosfocalesfocales..De De esteeste modomodo, se , se piensapiensa queque indirectamenteindirectamentecatalizacataliza la la rupturaruptura de la de la matrizmatriz extracelularextracelular, , romperompeinteraccionesinteracciones célulacélula--matrizmatriz y y promuevepromueve la la migraciónmigración e e invasióninvasión celularcelular..

AdemásAdemás, , loslos complejoscomplejos uPA/uPARuPA/uPAR interactúaninteractúan con con integrinasintegrinas, , modulandomodulando laslas señalesseñales celularescelulares, , adhesiónadhesióny y migraciónmigración porpor mediosmedios queque son son independientesindependientes de la de la actividadactividad proteolíticaproteolítica..

•WX-UK1 (inhibidor de proteasas de serina)

WX360 inhibe angiogénesis en un modelo de aorta de rata. A) control B) tratado con WX-360 (antagonista del receptor).

INHIBIDORES TISULARESINHIBIDORES TISULARESDEDE

METALOPROTEINASASMETALOPROTEINASAS

Los Los inhibidoresinhibidores tisularestisulares de de metaloproteinasasmetaloproteinasas ((TIMPsTIMPs), ), constituyenconstituyenunauna familiafamilia de, al de, al menosmenos 4 4 proteínasproteínas de de 2222--29 29 kDakDa, , queque inhibeninhiben específicamenteespecíficamentey y reversiblementereversiblemente a a estasestas enzimasenzimas..

DoceDoce residuosresiduos cisteínacisteína, , completamentecompletamenteconservadosconservados, , formanforman 6 6 puentespuentesdisulfurodisulfuro intracatenariosintracatenarios, , parapara dardar unaunaestructuraestructura general de dos general de dos dominiosdominios y 6 y 6 “loops”.“loops”.

Las Las diferenciasdiferencias entreentre loslos miembrosmiembros de de laslas familiasfamilias de de dandan en:en:--Los Los dominiosdominios CC--terminalesterminales (loops 4(loops 4--6 y 6 y cola cola librelibre))--Las Las afinidadesafinidades porpor y y laslas actividadesactividadesespecíficasespecíficas contra contra MMPsMMPs particularesparticulares--La La expresiónexpresión en en tejidostejidos específicosespecíficos--La La regulaciónregulación transcripcionaltranscripcional--Los Los promotorespromotores génicosgénicos

UnaUna porciónporción del del dominiodominio NN--terminal de terminal de loslosTIMPsTIMPs, se , se uneune claramenteclaramente al al sitiositio activoactivo de de laslas MMP, dado MMP, dado queque recombinantesrecombinantestruncadostruncados en Cen C--terminal, terminal, conteniendoconteniendosolamentesolamente loslos trestres primerosprimeros loops, loops, todavíatodavíainhibeninhiben a a laslas MMPsMMPs..

OtrosOtros hallazgoshallazgos indicanindican queque tantotanto el el residuoresiduo NN-- comocomo CC--terminal de terminal de loslosTIMPsTIMPs contribuyencontribuyen a la a la uniónunión, , mientrasmientrasqueque laslas propiedadespropiedades inhibitoriasinhibitorias derivanderivandel del dominiodominio NN--terminal terminal solamentesolamente y, en y, en particular, de la particular, de la regiónregión queque rodearodea al al primer primer nudonudo disulfurodisulfuro..

•MMP specific inhibitors have not yet been described

•Direct relevance to therapy MMP inhibitors in models

•Costly •Requires establishment of disease model in knock out strain •Knock out may be compensated for in development

•MMP specific Gene knock out in mice

•May not be specific for particular MMP •Subject to sample interference

•Can detect active MMP •Can be very sensitive

Activity assays

•May crossreact with other MMPs•May detect inactive or inhibitor -complexed MMPs

•MMP specific •High throughput of samples •MMPs found in blood and tissue fluids •High sensitivity possible

ELISA

•Antibodies can cross react with other MMPs•Does not discriminate active and inactive enzyme •Labor intensive •Low sensitivity

•Can be MMP specific

•Can localize MMP expression

Immunohistochemistry

•Does not measure protein or activity•MMP specific

•Can measure changes in mRNA for multiple MMPs in small samples •High throughput •Primers easy to design and test

Quantitative PCR

DisadvantagesAdvantagesMethod

Table 2. Methods for studying the involvement of MMPs in disease

MUCHAS GRACIAS POR SU MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIONATENCION