Metaloproteinazas Matrices

Metaloproteinazas Matrices Familia de métaloproteínas, dependientes del zinc que intervienen en la degradación de componentes de la matriz extracelular

Metaloproteinasas MMP-2: Familia de métaloproteínas, dependientes del zinc que intervienen en la degradación de componentes de la matriz extracelular.Las metaloproteinasas de la matriz (MMPs) son una familia de enzimas peptidasas que, en presencia de iones zinc y calcio, contribuyen a regular el comportamiento celular mediante la proteolisis del entorno celular. Participan en todos aquellos procesos fisiológicos que requieran la modificación de los distintos tejidos del organismo, pero también se ha observado que su expresión aumenta en distintas patologías inflamatorias, tumorales y degenerativas. Por estos motivos, la inhibición de las MMPs se considera cómo una alternativa terapeútica para el tratamiento de un buen número de enfermedades de gran prevalencia en la actualidad.

¿Qué son las métaloproteínas?

Son proteínas y estas pueden tener actividad enzimática: dichas metaloproteinasas (MMPs) son moléculas proteicas producidas por células epiteliales alveolares, macrófagos y neutrófilos, de las que actualmente se conoce su importante implicación en el inicio y la progresión del fenómeno fibrosante a través de las interacciones que se establecen con diversas citosinas, tales como el factor de crecimiento insulinoide, el factor transformador de crecimiento beta ([TGF-β ] transforming growht factor β ) y el factor de necrosis tumoral alfa.

Las MMP serían las proteínas encargadas de regular el recambio proteico de la matriz extracelular y, a su vez, su actividad enzimática estaría controlada por los inhibidores tisulares de las MMP (TIMP).

Uno de los acontecimientos clave en la estructura es (como el colágeno y la elastina), y proteínas de «malignización» del tumor es la de adhesión (como la fibronectina y la laminina).la degradación de la matriz extracelular requiere una familia de enzimas líticas para su degradación: las metaloproteinasas de matriz extracelular (MEC). (MMP) 24 genes distintos codifican diferentes MMPs; éstas se clasificaron en un primer momento en función de la especificidad del sustrato (colagenasas, gelatinazas, estromelisinas y matrilisinas), pero actualmente se clasifican en función de la estructura de la enzima. 5 grupos de MMP Secretadas y 3 de MMP asociadas a la Membrana.

Estructura de las Metaloproteinasas

Basándose en consideraciones estructurales y funcionales, las MMPs constituyen una superfamilia de proteínas que pueden ser clasificadas dentro de, al menos, 3 familias diferentes: colagenasas, gelatinasas y estromalisinas , todas ellas similares en cuanto a que contienen un sitio de unión al zinc y que pueden ser inhibidas mediante agentes quelantes y por inhibidores específicos de tejidos . Sin embargo, difieren en la especificidad de sustrato. La comparación de las secuencias de aminoácidos (aa) de los diferentes miembros de la familia de las MMPs revelan numerosos dominios con aparentes funciones específicas: un predominio que codifica una secuencia líder que permiten a estas proteinasas ser secretadas; un prodominio de unos 80 aa que participan en el mantenimiento de la latencia de estas enzimas; un dominio catalítico de aproximadamente unos 170 residuos que contienen la región de unión al zinc y, finalmente, un extremo carboxilo terminal de unos 200 aa. En estos dominios hay 2 motivos que están muy conservados en todas las MMPs. Por un lado, la región del propéptido que contiene la secuencia PRCG(V/N)PD, donde el residuo de cisteína parece ser esencial para el mantenimiento de la latencia de la enzima y, por otro, el dominio catalítico que contiene una secuencia HEXGHXXEYHS, que parece estar implicada en la coordinación del átomo de zinc al sitio activo de la enzima (8,9). En base a todo esto, tanto la organización como la estructura tridimensional de las MMPs son aspectos importantes a tener en cuenta para el diseño de los inhibidores.

Clasificación de las Metaloproteinas

Se clasifica dentro del Grupo 3 Hidrolasas

• Péptido hidrolasas: clasificación común (no sistemática)

I. Según la situación del enlace atacado:

• Exopeptidasas (en los extremos de la cadena) (Peptidasas)
• Endopeptidasas (en el interior de la cadena) (Proteinasas)

II. Según el mecanismo catalítico:

• Serin proteinasas
• Tiol proteinasas
• Aspartil proteinasas
• Metaloproteinasas

Como moléculas efectoras: Son moléculas que participan en la degradación de las matrices extracelulares en respuesta a un agente irritante. Las metaloproteinasas (MMPs), son las principales moléculas efectoras encargadas de la degradación de las matrices tisulares constituidas por colágeno, fibronectina y diversas proteínas. El sustrato principal de las MMPs es el colágeno junto con otros componentes proteicos de la matriz extracelular. Los factores que pueden activar a las MMPs son diversos, entre ellos; PG, bacterias, lipolisacáridos bacterianos y citosinas inflamatorias

Las Métaloproteínas (MMPs) y el envejecimiento

Participan en las alteraciones típicas del envejecimiento, manteniendo el carácter diferencial entre el tipo cronológico y el fotoenvejecimiento. El Propósito es encontrar los elementos comunes que expliquen, a nivel molecular, la participación que podrían tener las enzimas proteolíticas denominadas metaloproteinasas de la matriz (MMPs) y sus inhibidores (TIMPs) en estos desbalances y, consecuentemente, en los procesos de envejecimiento. Existen elementos que inducen a pensar que tanto en el envejecimiento cronológico, como en el fotoenvejecimiento existen alteraciones en el equilibrio entre las MMPs y sus inhibidores, los que pudieran repercutir en el metabolismo del colágeno y, en consecuencia, en las alteraciones cutáneas observadas.

Degradación de matrices orgánicas

La degradación de las matrices de tejido conectivo se realiza en condiciones fisiológicas y patológicas. El mecanismo es similar, existe una vía intracelular, en donde la matriz orgánica se internaliza y se degradada por medio de un fagolisosoma; este proceso es controlado principalmente por enzimas como las catepsinas y pero además extracelularmente la degradación se lleva a cabo por metaloproteinasas de matriz que son secretadas al medio extracelular. (24)

Durante el proceso intracelular la matriz es removida, seccionada y degradada de forma específica a diferencia del proceso extracelular en donde la secreción de metaloproteinasas (MMPs) es menos precisa, sin embargo posee mecanismo de regulación, mediante inhibidores tisulares específico de estas enzimas.

La degradación de la matriz ósea por parte de células osteoblásticas dirige y facilita la acción osteoclástica. La interacción de estos dos tipos celulares esta asociado tanto por una relación célula - célula para promover la diferenciación y además por sus productos específicos.

La Metaloproteasa de matriz MMP-9 y su acción en las enfermedades del SNC

La Metaloproteasa de matriz ha sido relacionada con la disrupción de la barrera hematoencefálica en diversas enfermedades del SNC.

El exceso de actividad de las metaloproteinasas (MMPs), y, en particular la gelatinasa B (MMP-9), en la médula con lesiones agudas contribuye a la disrupción de la barrera hemato-espinal, y la afluencia de leucocitos en la médula lesionada, así como la apoptosis.

La inhibición de las MMPs ogelatinasas (MMP-2 y MMP-9) se traduce en una mejora en la recuperación neurológica a largo plazo y se asocia con reducción de cicatrices gliales y el dolor neuropático. Durante la cicatrización de heridas, la gelatinasa A (MMP-2) juega un papel crítico en la reducción de la formación de una cicatriz glial inhibitoria.

Mecanismos de la degradación del colágeno por las Metaloproteasas MMPs

La vía intracelular involucra la fagocitosis de las fibras de colágeno y su ruptura por enzimas lisosomales (Catepsinas) en fagolisosomas.

Dentro de los pasos involucrados dentro de la vía fagocítica:

• Reconocimiento de la matriz a ser degradada
• Fragmentación inicial de las fibras colágenas
• Fagocitosis de las fibras fragmentadas
• Formación de fagolisosoma
• Digestión intracelular de colágeno por enzimas lisosomales.
• Degradación extracelular

La vía extracelular, está relacionada a una ruptura y degradación de colágeno.

Esta proteolisis es iniciada por la colagenasa y finalmente la degradación completa por otras metaloproteinasas (MMPs). Las MMPs, son una familia de metaloproteinas dependientes de Zinc que son capaces de hidrolizar la proteínas que constituyen la matriz extracelular. Generalmente la degradación de colágeno involucra varias proteinasas, para la degradación extracelular en pH neutro.

Colagenasas (MMP-1 y MMP-8), presentan un peso molecular de alrededor de 54 kDa en su forma latente y su sustrato es el colágeno presente en lamatriz del tejido conectivo. Su acción consiste en la catálisis de una ruptura única en las cadenas a del colágeno intersticial tipos I, II y III. Se generan así fragmentos de colágeno. También presentan cierta actividad gelatinasa. Son incapaces de actuar sobre colágeno tipo IV. (29)

La MMP -2 y MMP -9 denominadas gelatinasas A y B respectivamente. Su acción consiste en hidrolizar los productos de la ruptura del colágeno por las colagenasas, siempre que estén desnaturalizados. También presentan actividad colagenasa tipo IV. Además actúan sobre otras moléculas de la matriz del tejido conectivo asociadas con el colágeno. El paso esencial en la reabsorción es la digestión de colágeno tipo I. Experimentos in Vitro han demostrado que una de las enzimas claves en el remodelado óseo es MMP-9, se caracteriza por la degradación de componentes de matriz extracelular. Se ha reportado que MMPs son obligatorias para la migración osteoclástica a los sitios de reabsorción, in Vitro se ha evidenciado migración de células preosteoclásticas son completamente bloqueadas por inhibidores de MMPs. MMP-9 es producida en células osteoclásticas y liberadas dentro del espacio subosteoclástico durante la reabsorción de la matriz ósea.

MMP-5, se ha reportado estar asociada con células osteoblásticas, fibroblastos gingivales y del ligamento periodontal, cataliza la ruptura de los fragmentos de colágeno tipos I, II y III, originados por la acción de la colagenasa y sobre los cuales la gelatinasa no puede actuar.

Estromelisina (MMP-3), posee una especificidad de sustrato mucho más amplio, cataliza la ruptura del colágeno tipo IV y moléculas de la matriz no colágenas como la fibrnectina, laminina y proteoglicanos, pero actividad gelatinolítica es limitada.(28) Permite el acceso de MMP-1 y la telopeptidasa (MMP- 4).

La cascada colagenolítica requiere de una interacción de los diferentes tipos de proteinasas. Existe controversia acerca las células involucradas en la producción de este tipo de enzimas, sea han reportado la producción en varios tipos celulares entre ellos fibroblastos, macrófagos, neutrófilos, osteoblastos, odontoclastos, osteoclastos, Cél endoteliales.

Resumen

Las MMPs son enzimas multidominio, formadas en la mayoría de los casos, por un dominio catalítico y un dominio de tipo hemopexina, ambos conectados por un segmento de unión de longitud variable. Muchos estudios e investigaciones en estos sistemas se han centrado en el análisis del dominio catalítico de la enzima MMP-2 (gelatinasa A) debido a su importancia en los procesos de angiogénesis y su expresión demostrada en numerosos tumores, donde concretamente, se ha investigado:

• La esfera de coordinación del ión zinc catalítico, observando que éste puede presentar distintos entornos de coordinación accesibles estructural y energéticamente
• El papel desempeñado por los iones zinc y calcio estructurales, que contribuyen a estabilizar la confirmación de varias regiones loop y a regular el acceso al sitio activo de la enzima.
• La posición adoptada por el fragmento N-terminal en la forma activa de la enzima (sin propéptido), mostrando que la denominada conformación “superactivada” es la más probable energéticamente.
• La interacción y el mecanismo de hidrólisis de varios sustratos peptídicos, confirmando que el protocolo de cálculo empleado es capaz de reproducir la especificidad observada en la unión y en la catálisis.

Bibliografía

• Abilleira Castells, S., 2002. Paper de la Gelatinasa B (MMP-9) en el desenvolupament d’edema en la fase aguda de l’hemorràgia intracerebral espontània. Available at: http://tdx.cat/handle/10803/4390 [Accedido Septiembre 10, 2011].
• Yan, W. et al., 2011. Identification of MMP-9 specific microRNA expression profile as potential targets of anti-invasion therapy in glioblastoma multiforme. Brain Research, 1411, págs.108-115.

Fuente

• [1] Métaloproteinazas de la Matriz y el Cáncer
• [2]Enfermedades Metabólicas de la ganadería
• [3]Metaloproteinas.
• [4]Métaloproteinasas de la matriz y su función en diferentes tipos de cáncer.

Referencias

• MMPs y el Envejecimiento 21/Nov/2011[5] Métalo proteínas de la matríz