(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología celular)(Biología de tejidos y cáncer)(Introducción)(Tejidos animales)(Tejidos vegetales)(Ciclo celular y la estabilidad de los tejidos)(La matriz extracelular)(Células cancerígenas)(El cáncer)(Prevención y tratamiento del cáncer)(Referencias bibliográficas)(Documento versión word)
Si estamos trabajando con células libres, individuales en
suspensión, el citosol se encuentra encerrado por una o varias barreras como la
membrana y las paredes celulares, y a su alrededor lo que debe haber es agua,
agua con nutrientes en los que el organismo pueda sobrevivir, pero si el
organismo se asocia ocurre un cambio. Las células se agrupan, producen una
cutícula y una masa de sustancias conocidas como matriz extracelular, que las
agrupa como un colectivo, este fluido que media entre el ambiente y la célula
es la matriz extracelular o lo que Christian de Duve llamaba Milieu Interior (De Duve & Pizano, 1995). Tanto los eucariotas como
las bacterias y arcaicas (Fröls, 2013; Orell, Fröls, & Albers, 2013) pueden generar diferentes
grados de complejidad de la matriz extracelular, pero las más especializadas
son generadas por las células eucarióticas.
Figura 16. Las células de un tejido están bañadas en un líquido semejante al
citoplasma que contiene una diversidad de factores que las controla, y le
otorga al tejido muchas de sus propiedades, llamado matriz extracelular.
La matriz extracelular es una colección variable de
moléculas segregadas por las células que se agrupan para vivir como una sola
entidad, la cual provee un soporte estructural y bioquímico a las células
insertadas (Karp, 2013; Michel, Tonon, Scornet, Cock, & Kloareg, 2010). Debido a que la
pluricelularidad y la multicelularidacd ha evolucionado de manera independiente
y con diferentes grados de complejidad en todos los linajes de seres vivos, la
composición de la matriz extracelular varía mucho (Abedin & King, 2010). Sin embargo, aunque no
existan homologías, si se pueden establecer analogías debido a la evolución
convergente de procesos tales como la adhesión célula a célula, la comunicación
entre los individuos insertados en la matriz y las funciones secundarias que
puede adquirir la matriz extracelular o MEC dependiendo de su contenido de
moléculas y viscosidad.
La matriz extracelular de los animales incluye la membrana
basal y el fluido intersticial (Kumar, Abbas, Fausto, & Aster, 2014). El fluido intersticial está presente en
varias células animales en los espacios intercelulares. Geles de polisacários y
proteínas fibrosas llenan el espacio intersticial y actúan como un amortiguador
de compresión contra las fuerzas a las que es sometido el tejido como un todo (Alberts et al., 2004). La membrana basal está
constituida por deposiciones en forma de hoja de matriz extracelular “MEC” en
varios tipos de tejidos epiteliales donde se anclan las células.
Cada tipo de tejido posee una MEC diferente, por ejemplo el
tejido óseo pose un MEC tan viscoso que es sólido y muy duro debido a la
combinación del colágeno con los minerales de hidroxiapatita; el tejido
conectivo general tiene una viscosidad gelatinosa debido a las fibras de
colágeno; y el MEC del tejido circulatorio sanguíneo es extremadamente líquido
para favorecer una circulación con poco esfuerzo (Ross & Pawlina, 2011).
En las plantas la MEC incluye los componentes de las paredes
celulares como la célulosa, en adición a una compleja red de moléculas
señalizadoras (Brownlee, 2002). Algunas células vegetales que se encuentran en
la transición a la pluricelularidad pueden generar biopelículas/bioplacas en la
cual el MEC es una solución polimérica muy viscosa y pegajosa, tal como ocurre
en las bacterias (Kostakioti, Hadjifrangiskou, & Hultgren, 2013).
Los componentes de la MEC se producen intracelularmente en por las células del tejido siendo secretadas al espacio intercelular por medio de exocitosis. Una vez en el espacio intercelular, la MEC favorece la agregación y organización de las células en su interior. La MEC es una combinación compleja de las sustancias que ya habíamos visto cuando discutimos el citosol y otras sustancias que favorecen la agregación celular como proteínas fibrosas y glicosaminoglicanos (Plopper, 2007).
Figura 17. Cada tipo de tejido posee una matriz única, los tejidos
epiteliales tienen una muy pequeña que apenas si medias la adhesión
célula-célula pero los tejidos de conexión depende de su matriz para sus
propiedades, ya sean estas elásticas o fluidas. Cada tejido se separa de otros
por una membrana basal, que es la que otorga identidad al conjunto de células +
matriz.
Los glicosaminoglicanos son carbohidratos complejos, es
decir polisacáridos, poseen una alta afinidad por las proteínas fibrosas de la
matriz extracelular para formar proteoglicanos. El ácido hialurónico es una
excreción que se discutirá independientemente. Dado que los proteoglicanos
poseen una carga neta negativa, las células como conjunto deben regular la
carga para no descontrolar otros equilibrios electro-osmóticos, para esto se
emplea el ion sodio(1+). Los proteoglicanos pueden actuar como pastores de
moléculas, pudiendo solvatar agua o atraer otras proteínas como los factores de
crecimiento.
Sulfato de heparano
Es un polisacárido lineal encontrado en todos los tejidos
animales y se encuentra asociado a proteínas fibrosas. Las cadenas del sulfato
de heparano se encuentran cerca de las células y actúa como un regulador de
muchos procesos biológicos como la angiogénesis, la coagulación y la metastasis
tumoral. En la matriz extracelular, especialmente en la membrana basal el
sulfato de heparano se encuentra asociado a las proteínas perlecano, agrina y
colágeno XVIII (Gallagher & Lyon, 2000; Iozzo, 1998).
Sulfato de condroitina
Es un proteoglicano con propiedades elásticas, que a su vez
proporciona elasticidad al cartílago, los tendones, los ligamentos y las
paredes de la aorta (Hensch, 2005).
Se encuentra
presente en córneas, cartílago, hueso y los cuernos de los animales (Bashkin et al.,
1989; Ruoslahti, 1996).
También conocido como hialuronano es un polisacárido que
consiste en residuos alternantes de ácido d-glucorónico y N-acetilglucosamina,
pero no se asocia a proteínas fibrosas. El ácido hialurónico es una molécula de
amortiguación de impactos, lo que contribuye a un aumento en la viscosidad del
tejido, permitiendo la resistencia a la compresión (Hay, 2013; Landau & Fagien, 2015; Paliwal et al., 2014).
Las proteínas se encargan de organizar a las células de un
tejido, y además confieren propiedades específicas (Hay, 2013).
Colágeno
Los colágenos, en plural, son el tipo de proteínas más
abundante de la MEC. De hecho, los colágenos son las proteínas más abundantes
en el cuerpo humano, aportando el 90% de las proteínas de una matriz
extracelular. Los colágenos son proteínas fibrilares que dan soporte
estructural, como si fueran andamios, a los tejidos. El colágeno es excitado
como una molécula precursora inactiva llamada procolágeno, la cual es clavada
por medio de enzimas proteasas, una vez cortadas en las partes indicadas, los
segmentos se re-ensamblan en las fibras del andamio (Hay, 2013).
Los colágenos pueden ser divididos en
varias familuas dependiendo de las estructuras que forman: Fibrilares: tipos I,
II, II, V, XI. Facitos: tipos IX,
XII, XIV Cadena corta: tipos VIII y X. De la membrana basal: tipo IV. Otros:
tipos VI, VII, VIII. (Hay, 2013).
Elastina
Las elastinas en contraste a los colágenos, otrogar
elasticidad, que es la capacidad de recuperar la forma cuando se es extendido
un tejido. Es util para los vasos sanguíneos, pulmones, la piel y otros tejidos
elasticos. Las elastinas son sitentizadas por los fibroblastos y el músculo
liso (Hay, 2013).
Fibronectina
Las fibronectinas son glucoproteínas que conectan las
células con las fibras de colágeno en la MEC, permitiendo que las células se
muevan junto a la MEC. Las fibronectinas se unen al colágeno y a receptores de
la membrana de las células llamadas integrinas, causando una reorganización del
citoesqueleto celular para facilitar el movimiento celular. La fibrinectina es
segregada por como un precursor inactivo no plegado pero afin a las integrinas.
Cuando se une a las integrinas se pliega en su forma activa con afinidad por el
colágeno. Las fibronectinas también ayudan a la coagulación mediante la unión de
las plaquetas (Hay, 2013).
Laminina
Son proteínas encontradas en la lámina basal de casi todos
los animales. En lugar de formar fibras como los colágenos, las lamininas
forman redes que resisten a las fuerzas de tensupin en la lámina basal, apoyan
la adhesión celular y se unen a otros componentes de la MEC como los colágenos (Hay, 2013).
En 2016 fue reportada la presencia de ácidos nucleicos, tanto ADN como ARN asociado a nanovespiculas vinculadas a la matriz. Estas micro-vesículas fueron confirmadas como de tamaño y forma semejante a otros exosomas reportados con anterioridad. Al parecer su función es regular la activación de macrófagos que patrullan la matriz en busca de bacterias invasoras, además de regular la proliferación, migración y apoptosis del tejido, por lo que deben tener algo que ver con el cáncer (Huleihel et al., 2016).
Figura 18. En los tejidos conectivos y epiteliales, las células están
literalmente ancladas a las proteínas de la matriz por medio de las proteínas
integrinas, lo cual permite una comunicación entre células más efectiva, así
como un comportamiento colectivo altamente especializado.
Algunas sales no solubles se depositan en las fibras de la
MEC provocando el desarrollo de una rigidez mayor, tal es el caso de la
hidroxiapatita, que contribuye a la diluyera del hueso (Wang et al., 2014).
De cierta forma,
no son las células aisladas las que determina n la propiedad de un tejido, y en
ese sentido debería reevaluarse la definición de tejido como un conjunto de
células de un mismo tipo que llevan a cabo una función determinada. Los tejidos
están más condicionados por sus respectivas matrices extracelulares que por las
células que los componen. Un tejido debe evaluarse como un todo, células de un
mismo tipo embebidas en una matriz extracelular específica que realizan
funciones determinadas (Hay, 2013).
La matriz
extracelular “MEC” no es una entidad única, la diferente mezcla de factores
crea diferentes tipos de MEC que determina a su vez las propiedades del tejido.
Por ejemplo, las propiedades elásticas del cartílago y la dureza de los huesos
son todas originadas por las sustancias que componen la MEC. Las células pueden
detectar las propiedades mecánicas del ambiente inmediato, esto es importante
en muchos procesos celulares como la contracción, la migración celular, la
proliferación, la diferenciación y la apoptosis (Hay, 2013).
Las diferentes propiedades mecánicas de la MEC ejercen
efectos tanto en el comportamiento de la célula como en la expresión genética.
Aunque el mecanismo que lo permite aún no está completamente elucidado, se
piensa que las fuerzas contráctiles del colágeno se transmiten a los receptores
de membrana, de allí al citoesqueleto y una vez en el citoesqueleto se dan la
activación de mensajeros intracelulares secundarios que transmiten la señal
hasta los núcleos (Hay, 2013).
La elasticidad de
la MEC dirige la diferenciación celular, proceso en el cual una célula
pluripotemnte o multipotente se especializa por medio de divisiones mitóticas
en células de un tejido funcional específico. Esto es un aspecto vital para la
impresión tridimensional de órganos, una tecnología de clonación con la que se
aspira poder crear órganos de reemplazo a la medida. Las impresoras deben
imprimir empleando células y una matriz extracelular. Debido a que la matriz
extracelular dirige la especialización de la diferenciación celular, cada
órgano deberá poseer un tipo de MEC específica (Hay, 2013).
También llamada
mecanotaxis, es el movimiento direccionado de la motilidad celular o
ectocrecimiento, por ejemplo como en el caso del ectocrecimiento axonal, o
arriba o abajo de un gradiente de rigidez. Estos gradientes de rigidez están a
menudo presentes en biomateriales crecidos con las células de interés, donde
los gradientes se establecen alterando el grado de uniones cruzadas del
polímero. Los mecanismos moleculares detrás de la durotaxis se enfocan
principalmente en la adhesión focal, un enorme complejo de proteínas son
capaces de alterar la forma de la célula en zonas específicas permitiendo un
movimiento ameboideo, por lo que se trata evidentemente de modificaciones del
citoesqueleto (Hay, 2013).
Muchas células se
unen a componentes de la MEC. La adhesión celular ocurre mediante adhesiones
focales en las que se conecvta el citoesqueleto a las fibras de la MEC a través
de receptores intermembranañles condóminos tanto a fuera como al interior de la
membrana(Hay, 2013).
La matriz extracelular de los
vegetales es primariamente su pared celular, la cual está constituida por una
serie de capas laminares de microfibras de celulosa embebidas en una matriz de
glicoproteínas. Al contrario de las MEC de los animales y bacterias, la MEC de
las plantas es extremadamente viscosa, por lo que torga rigidez y una
“sequedad” al tejido vegetal, por donde el aire puede penetrar con relativa
facilidad (Hay, 2013).
La MEC en las
bacterias se encuentra compuesta principalmente por polisacáridos, proteínas,
ácidos nucleicos y lípidos, y proveen estabilidad mecánica para la formación de
las bioplacas bacterianas. En adición la matriz actúa como una suerte de protosistema,
en el cual se vierten enzimas relacionadas con las funciones de digestión,
comunicación, protección, así como un sistema que permite emitir desechos al
ambiente (Bremer, Flint,
Brooks, & Palmer, 2015; Donlan, 2016).
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