D R . I G N A C I O A L F R E D O V A L E R I O M O R A L E SR E U M A T O L O G Í A

I N S T I T U T O N A C I O N A L D E R E H A B I L I T A C I Ó NM A R Z O 2 0 1 3

COLÁGENO Y PROTEOGLICANOS

CONTEXTO

• Tejido conectivo

• Matriz extracelular

• Tendones

• Cartílagos

• Vasos sanguíneos

• Enfermedades Congénitas

• Futuro terapéutico.

CONTEXTO

• Los tejidos conectivos, derivados del mesénquima, constituyen una familia de tejidos que se caracterizan porque sus células están inmersas en un abundante material intercelular, llamado la matriz extracelular.

Curso de  Biología Celular y Tisular del departamento de Biología Celular y Tisular de la Facultad de Medicina de la UNAM . Autor: Dr. en C.B. Andrés Castell.

Variedades celulares en tejido conectivo:

Células estables

Células Migratorias

CONTEXTO

Curso de  Biología Celular y Tisular del departamento de Biología Celular y Tisular de la Facultad de Medicina de la UNAM . Autor: Dr. en C.B. Andrés Castell . Actualización Junio 2010

Fotografía: Atlas de histología animal y vegetal Pilar Molist Manuel A. Pombal, Universidad de Vigo. 2011

Matriz extracelular es una red organizada, formada por el ensamblaje de una variedad de polisacáridos y de proteínas secretadas por las células estables, que determina las propiedades físicas de cada una de las variedades de tejido conjuntivo.

MATRIZ EXTRACELULAR

1.- Colágenos

2.- Proteoglicanos

3.- Moléculas de adhesión

4.- Proteínas de membrana

Goldman: Goldman's Cecil Medicine, 24th ed. Connective Tissue Structure and Function

• Sostén y relleno estructural

• Segmentación / compartimentalización

• Protección física e inmunológica

• Medio de intercambio de detritus metabólicos, nutrientes y O2

• Almacenamiento de grasa, agua, sodio y otros electrolitos

• Reparación tisular

TEJIDO CONECTIVO: FUNCIONES

Curso de  Biología Celular y Tisular del departamento de Biología Celular y Tisular de la Facultad de Medicina de la UNAM .  Autor: Dr. en C.B. Andrés Castell. Actualización Junio 2010; Fotografía: Atlas de histología animal y vegetal Pilar Molist Manuel A. Pombal, Universidad de Vigo. 2011

TIPOS DE TEJIDO CONJUNTIVO

Tejido Conjuntiv

o

laxos Unir

reticulares Alojar, organizar

adiposos Energía

Fibrosos o densos

Resistencia

Óseo Sostén

Curso de  Biología Celular y Tisular del departamento de Biología Celular y Tisular de la Facultad de Medicina de la UNAM .  Autor: Dr. en C.B. Andrés Castell. Actualización Junio 2010; Fotografía: Atlas de histología animal y vegetal Pilar Molist Manuel A. Pombal, Universidad de Vigo. 2011

COLÁGENOS

• Familia de proteínas.

• 28 tipos compuestos por 46 distintas cadenas polipeptidicas.

• Mas de 40 genes codifican aminoácidos.

• 25 al 30% de las proteínas corporales.

• Estructuras macromoleculares tridimensionales variadas.

• Mallas que atrapan Proteoglicanos

• Colágeno tipo II 90-95% colágeno en cartílagos.

Collagen Structure and Stability Annu. Rev. Biochem. 2009. 78:929–58

• Glicina y prolina en abundancia

• Secuencia repetitiva. Gli-x-y- Gli-x-y

• Todos los colágenos tienen uno de dos dominios estructurales:• Región de unión de 3 cadenas polipeptídicas

con enlaces que configuran triple hélice.• Estructura globular.

COLÁGENOS: ESTRUCTURA

Collagen Structure and Stability Annu. Rev. Biochem. 2009. 78:929–58

‣Preparados en fresco sin tinción, se aprecian fibras de colágeno como hebras incoloras, de recorrido ondulado, que se entrecruzan en todas direcciones

‣Grosor variabale de 1-10mu

‣A mayor aumento se aprecian fibrillas 0.2-0.5mu que se mantienen en paralelo con la matriz amorfa

H-E

Rojo van Gieson

Tricómico de Masson

•Fibras

•Tropocolágeno (tropo=giro)

•Cadenas alfa (3) / Triple Hélice

•Aminoácidos

•Microfibrillas

•Fibrillas

Collagen: an overview implant dentistry / volume 11, number 3 2002

COLÁGENO: CATEGORÍAS

• FACITs (fibril-associated collagens with interrupted• triple helices)

• MACITs (membrane associated collagens with interrupted triple Helices)

• MULTIPLEXINs (multiple triple-helix domains and interruptions).

Collagen Structure and Stability Annu. Rev. Biochem. 2009. 78:929–58

TIPO DE COLAGENO CADENAS MOLECULAS DISTRIBUCION TISULAR MUTACION=ENFERMEDAD

COLAGENOS FIBRILARES

I α1(I) [α1(I)]2 α2(I) Piel, Hueso, tendones, capsulas de órganos,

arterias

Osteogenesis imperfecta, Ehlers-Danlos tipo VIIAα2(I) [α1(I)]3

II α1(II) [α1(II)]3 Cartílago, vitreous humorSíndrome Stickler's,

osteoartritis.

III α1(III) [α1(III)]3 Piel, Vasos sanguíneos, UteroEhlers-Danlos tipo IV, aneurismas aorticos.

V α1(V) [α1(V)]3

Piel, Vasos sanguíneos, placenta, Corion, Utero

Ehlers-Danlos Sindrome

α2(V) [α1(V)]2 α2(V)

α3(V) α1(V) α2(V) α3(V)

XI α1(XI), α2(XI) α1(XI) α2(XI) α1(II) CartílagoChondrodysplasia,

osteoarthritis

COLAGENOS DE MEMBRANA BASAL

IV α1-α5(IV) [α1(IV)]2 α2(IV) Membranas basalesSíndrome de Alport,

Porencefalia

FIBRIL-ASSOCIATED COLLAGENS WITH INTERRUPTED TRIPLE HELIXES (FACIT)

IX α1-α3(IX) α1(IX) α2(IX) α3(IX)Cartílago, intervertebral

discsEnfermedad degenerativa de

disco, Osteoartritis.

XII α1(XII) [α1(XII)]3 Otros tejidos blandos.

XIV α1(XIV) Ubicua.

COLAGENOS FORMADORES DE MALLAS-REDES

VIII α1(VIII), α2(VIII) Cornea, Vasos sanguíneosEndotelio de Fuch, Distrofia

corneal

X α1(X) [α1(X)]3 Cartílago de crecimientoDisplasia espóndilo

metafisiaria.

LONG-CHAIN, ANCHORING-FIBRIL COLLAGEN WITH INTERRUPTED TRIPLE HELIX

VII α1(VII) [α1(VII)]3 Anchoring fibrils Epidermolysis bullosa

OTROS

VI α1-α3(VI) α1(VI) α2(VI) α3(VI) Cartílago, Estroma Miopatía Bethlem

XIII α1(XIII) Piel, Intestino

Advanced Drug Delivery Reviews 55 (2003) 1531– 1546Goldman: Goldman's Cecil Medicine, 24th ed. Connective Tissue Structure and Function

ESTRUCTURA FUNCION CELULASCOMPONENTES

CLAVE DE MATRIZ

Tejido adiposoProtección, reserva energética

Adipocitos fibroblastos Fibras finas reticulares

Membrana basalSoporte y barrera de filtración

Células epiteliales y endoteliales

Colágeno tipo IV, laminina

HuesoSoporte esquelético, reserva mineral, formación de sangre

Osteoblastos, osteoclastos, osteocitos

Colágeno tipo I osteocalcina, sialoproteina ósea hiidroxiapatita

CartílagoMovimiento articular, distribución de carga

Condrocitos Colágeno tipo II, agrecano.

Dermis Soporte, resilicencia Fibroblastos Colágeno tipo I, elastina

Ligamentos Conexión hueso-articular FibroblastosColágeno tipo I, pequeños´proteoglicanos

Tendones Conexión hueso-músculo FibroblastosColágeno tipo I, pequeños´proteoglicanos

Estroma Soporte a órganosFibroblastos, células órgano-específicas

Colágeno tipo I, VI y fibronectina.

SinoviaRecubrimiento articular, producción de LS

Fibroblastos, macrófagos Colágeno tipo I, III

Pared vascularSoporte estructural a vasos sanguíneos

Células de musculo liso de pared vascular

Colágeno tipo III y elastina.

Goldman: Goldman's Cecil Medicine, 24th ed. Connective Tissue Structure and Function

COLÁGENOS: SÍNTESIS

Collagen Structure and Stability Annu. Rev. Biochem. 2009. 78:929–58

COLAGENO: SINTESIS

Enzimas que intervienen en las modificaciones secundarias de la molécula de colágeno.

Prolil-hidroxilasaLisil-Hidroxilasa

Hidroxilación

Galactosil-transferasaGlucosil-transferasa

N-acetil-glucosaminil-transferasaMonosil-transferasa

Glucosilación

Procolágeno-N-proteasa(s)Procolágeno-C-proteasa(s)

Transformación de procolágeno en colágeno.

Lisil-oxidasa Formación de enlaces transversales

Colllagen: an overview implant dentistry / volume 11, number 3 2002

Todas las proteínas del cuerpo sufren degradación y resintetización

Los fragmentos libres son fagocitados y degradados por enzimas lisosómicas

Los fragmentación inicial de las moléculas del colágeno insoluble ocurre por desgaste mecánico,

radicales libres ó escisión por proteinasas.

Degradación excesiva de colágeno

Artritis ReumatoideColágeno del Cartílago

OsteoporosisColágeno del Hueso

Degradación ExcesivaColágeno

METALOPROTEINASAS

COLÁGENO: DEGRADACIÓN

Cartilage and Chondrocytes ; Firestein: Kelley's Textbook of Rheumatology, 9th ed. - 2012 - Saunders,

MARCADORES EN COLÁGENO (BIOMARCADORES)

• Fragmentos de agregacan—VIDIPEN y NITEGEN

• Fragmentos de colágeno TII• Excreción urinaria de

puentes cruzados de hidroxilisilpridinolina

• – Propéptido Carboxiterminal

• MAB´s • Anabólicos• Catabólicos

PROTEOGLICANOS

Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60(12) 885–897

PROTEOGLICANOS

Son macromoléculas compuestas que están constituidas por un filamento proteico central (core protein) al cual se unen, por medio

de enlaces covalentes, una serie de GAGs y oligosacáridos

ESTRUCTURA GLUCOSAMINOGLICANOS

ESTRUCTURA GLUCOSAMINOGLICANOS

• Los GAG atraen fuertemente al agua debido a su carga negativa generada en los enlaces sulfuro y carboxilo.

• El Ac. Hialurónico no es sintetizado por las células del tejido conectivo. Es un polímero lineal no sulfatado que contiene un gran número de unidades disacáridas (N-acetilglucosamina) + Ac Glucurónico, unidas por enlaces de tipo 1-3, B-O

• Clasificación de GAG

ACIDO HIALURONICO

‣ Peso molecular 2000 kDa

‣ Se sintetiza a partir de la D-glucosa en los condrocitos, celulas sinoviales, (no tiene core protein)

‣ Es el único GAG no sulfatado ni unido a proteínas por enlaces covalentes (no pertenece a la familiar de PGs)

‣ Interactúa por medio de enlaces no covalentes con lecticanos y glicoproteínas. integrinas, moléculas de adhesión (No pasa por Golgi)

‣ Alto contenido en líquido sinovial

‣ En el agua forma una densa red de moléculas, estabilizadas por puentes de OH que oponen fuerza al desplazamiento (VISCOCIDAD)

‣ Como molécula constitutiva proporciona elasticidad y turgencia.

Proteoglicanos

Glipicanos

1 al 6

Syndecanos

1 al 4

LecticanosAggrecan*

Versican 0-3NeurocanBrevican

SLRPsDecorin*Biglycan

FibromodulinLumican

KeratocanMimecan

OtrosTrombomodulin

CD44 (19 isoformas)NG2/CSPG4

Cadena invarianteNeuroglycan-C

Colágeno tipo XVIIIPerlecan

AgrinBetaglycan

Colágeno tipo IX

John R. Couchman and Csilla A. Pataki; An Introduction to Proteoglycans and Their Localization; J Histochem Cytochem 2012 60: 885

HS

HS, CS, DS

CS, KS*

CS,DS,KS

VARIABLE

John R. Couchman and Csilla A. Pataki; An Introduction to Proteoglycans and Their Localization; J Histochem Cytochem 2012 60: 885

John R. Couchman and Csilla A. Pataki; An Introduction to Proteoglycans and Their Localization; J Histochem Cytochem 2012 60: 885

¿DÓNDE SE LOCALIZAN?

• Técnicas de inmunohistoquímica

• Dificultades técnicas significativas

• Ac. Con especificidad limitada

• Ac. Heparan, Dermatán, Condroitin-S pero no vs heparán sulfato.

• Western-Blot

Proteoglycan sequence; Mol Biosyst. 2012 June ; 8(6): 1613–1625

¿DISTRIBUCIÓN?

Proteoglycan sequence; Mol Biosyst. 2012 June ; 8(6): 1613–1625

• Tejido conectivo: Decorina

• Cartílagos: Agrecano

• Membranas basales: Agrina, Perlecano, Colágeno tipo XVIII

• Transmembrana

• Eritrocitos sin PGs

• CD44, Syndecanos y Glipicanos pueden ser hibridos.

• Localización nuclear

FUNCIONES

Desarrollo• Heparán sulfato es

indispensable para la vida multicelular

• FGRF, Células tallo.• Receptores de mitógenos• Papel el progresión tumoral

(MM)

John R. Couchman and Csilla A. Pataki; An Introduction to Proteoglycans and Their Localization; J Histochem Cytochem 2012 60: 885

FUNCIONES

Arquitectura tisular

John R. Couchman and Csilla A. Pataki; An Introduction to Proteoglycans and Their Localization; J Histochem Cytochem 2012 60: 885

Hochberg: rheumatology, 5th ed. - 2010 – mosby CHA PTER8●T hearti cula r cartilage THESCIEN T IFI CBA SISOFRHEUMATIC DISEASE the articular cartilage

FUNCIONES

Regulación inmune

John R. Couchman and Csilla A. Pataki; An Introduction to Proteoglycans and Their Localization; J Histochem Cytochem 2012 60: 885

FUNCIONES

• Básicas

• Desarrollo• Heparán sulfato es indispensable

para la vida multicelular• FGRF, Células tallo.• Receptores de mitógenos• Papel el progresión tumoral (MM)

• Arquitectura tisular

• Regulación inmune: Hialuronano.

• Papel en Enfermedad• N-Sulfatación: NDST 1 y 2, • 6-O-Sulfatación: 5′ epimerasa or

2-O-sulfotransferasa

• Enfermedad

• Glipicanos: • (3)Síndrome Simpson-Golabi-

Behmel.• (5) Sx. Nefrótico adquirido.• (6) Omodisplasia autosómica

recesiva.

• Perlecanos• Deleción: Fatal• Mutaciones: Displasia

disegmentaria tipo Silverman-Handmaker

• Schwartz-Jampel

• Lecticanos• Osteocondritis dissecans• Neurocano: Bipolar• Brevicano: AlzHeimer

• Enzimas modificadoras de Heparán sulfato

John R. Couchman and Csilla A. Pataki; An Introduction to Proteoglycans and Their Localization; J Histochem Cytochem 2012 60: 885

DEGRADACIÓN

• Múltiples vías lisosomales en vías de investigación.

• Enfermedades por almacenamiento: Ausencia de enzimas específicas para la hidrólisis de Glucosaminoglicanos.

John R. Couchman and Csilla A. Pataki; An Introduction to Proteoglycans and Their Localization; J Histochem Cytochem 2012 60: 885

PUNTOS A RECORDAR