Principali elementi ECM
Il “matrisoma centrale” 3 comprende circa 300 proteine. I componenti principali includono collageni, proteoglicani, elastina e glicoproteine leganti le cellule, ciascuna con distinte proprietà fisiche e biochimiche.
Il collagene è composto da 3 catene α polipeptidiche che formano una struttura a tripla elica. Nei vertebrati, 46 distinte catene di collagene si assemblano per formare 28 tipi di collagene2,4 classificati in collageni che formano fibrille (p. es., tipi I, II, III), collageni che formano rete (p. es., il collagene della membrana basale di tipo IV), collageni associati a fibrille con interruzioni nelle loro triple eliche o FACIT (p. es. tipi IX, XII) e altri (ad esempio, tipo VI). I collageni che formano fibrille contengono domini formanti a tripla elica continui fiancheggiati da domini non collageni ammino- e carbossilici terminali. Questi domini non collageni vengono rimossi proteoliticamente e si formano triple eliche. associato la teralmente in fibrille. Le strutture supramolecolari non fibrillari, come le reti di collagene IV nelle membrane basali e i filamenti a perline, sono formate da collageni non fibrillari. I FACIT non si assemblano in fibrille da soli, ma sono associati a fibrille di collagene.
Residui di prolina specifici nei collageni vengono idrossilati dalla prolil 4-idrossilasi e dalla prolil 3-idrossilasi. I residui di lisina selezionati sono anche idrossilati dalla lisil idrossilasi. I procollageni fibrillari, in seguito alla lavorazione, vengono secreti nello spazio extracellulare dove vengono rimossi i loro propeptidi. I collageni risultanti si assemblano quindi in fibrille tramite legami incrociati covalenti formati tra i residui di lisina di due catene di collagene mediante un processo catalizzato dall’enzima extracellulare lisil ossidasi (LOX). La spina dorsale collagenosa determina l’architettura, la forma e l’organizzazione dei tessuti.
I proteoglicani sono costituiti da una proteina centrale a cui sono attaccate le catene laterali dei glicosaminoglicani (GAG). I GAG sono polisaccaridi anionici lineari costituiti da unità disaccaridiche ripetute. Esistono quattro gruppi di GAG: acido ialuronico, cheratan solfato; condroitina / dermatan solfato; ed eparan solfato, inclusa l’eparina. Tutti tranne l’acido ialuronico sono solfati. Le catene GAG altamente caricate negativamente consentono ai proteoglicani di sequestrare acqua e cationi bivalenti, conferendo funzioni di riempimento dello spazio e lubrificazione. I proteoglicani secreti includono grandi proteoglicani, come aggrecan e versican, piccoli proteoglicani ricchi di leucina, come decorina e lumican, e proteoglicani della membrana basale, come perlecan. I sindecani sono associati alla superficie cellulare mentre la serglicina è un proteoglicano intracellulare. La diversità molecolare dei proteoglicani fornisce la base strutturale per una moltitudine di funzioni biologiche. Ad esempio, l’aggrecan nella cartilagine genera elasticità e un’elevata resistenza biomeccanica alla pressione. La decorina e il lumican hanno un ruolo regolatore nell’assemblaggio delle fibrille di collagene. I proteoglicani interagiscono anche con i fattori di crescita e i recettori dei fattori di crescita e sono implicati nella segnalazione cellulare5 e nei processi biologici, inclusa l’angiogenesi.
La famiglia delle laminine comprende circa 20 glicoproteine che sono assemblate in una rete reticolata, intrecciata con la rete di collagene di tipo IV nelle membrane basali. Sono eterotrimeri (400–800 kDa) costituiti da una catena α, una β e una γ. Nei vertebrati sono state identificate cinque catene α, tre β e tre γ. Molte laminine si autoassemblano per formare reti che rimangono in stretta associazione con le cellule attraverso le interazioni con i recettori della superficie cellulare. Le laminine sono essenziali per lo sviluppo embrionale precoce e l’organogenesi.6
La fibronectina è fondamentale per l’attaccamento e la migrazione delle cellule, funzionando come “collante biologico”. Il monomero della fibronectina (~ 250 kDa) è costituito da subunità che comprendono tre tipi di ripetizioni: I, II e III. La fibronectina è secreta come dimeri legati da legami disolfuro e ha siti di legame con altri dimeri di fibronectina, collagene, eparina e recettori della superficie cellulare. Nella ripetizione FNIII10, c’è un importante Arg- Sito di legame cellulare Gly-Asp. I dimeri di fibronectina possono formare multimeri. Con la deposizione continua, le fibrille vengono allungate e ispessite e le fibrille di fibronectina possono essere ulteriormente trasformate in una matrice insolubile in desossicolato.7
L’elastina conferisce elasticità ai tessuti soggetti a stiramenti ripetuti, come i vasi vascolari e il polmone. È codificato da un singolo gene nei mammiferi ed è secreto come un monomero di tropoelastina 60-70 kDa. La tropoelastina, con l’assistenza di fibuline, si associa h microfibrille per formare fibre elastiche. Tutte le tropoelastine condividono una caratteristica disposizione dei domini di sequenze idrofobiche alternate a motivi di reticolazione contenenti lisina. Le proteine microfibrillari fibrilline e glicoproteina 1 associata alla microfibrilla interagiscono direttamente con l’elastina e sono importanti per la sua nucleazione e assemblaggio.2 Una caratteristica cruciale della fibra elastica, fondamentale per il suo corretto funzionamento, è l’ampio reticolazione della tropoelastina mediata da LOX, che ossida i residui selettivi di lisina nel legame peptidico con l’allysina. Ci sono due principali legami incrociati bifunzionali nell’elastina: la deidrolisinonorleucina, formata dalla condensazione di un residuo di allysina e uno di lisina, e allysina aldol, formata dall’associazione di due residui di allysine. Questi due legami incrociati possono ulteriormente condensarsi tra loro, o con altri intermedi, per formare desmosina o isodesmosina. La microscopia elettronica e gli studi di imaging mostrano che la tropoelastina è assemblata in piccoli aggregati globulari sulla superficie cellulare (microassemblaggio). Inizia la reticolazione che si traduce in una perdita di cariche positive sulla molecola, consentendo il rilascio di tropoelastina dalla cellula e favorendo la fusione globulare in presenza di microfibrille (macroassemblaggio). La fibulina-4 ha un ruolo nelle prime fasi dell’assemblaggio dell’elastina e la fibulina-5 agisce per collegare l’elastina tra la matrice e le cellule. 8
