Matriz Extracelular. Biología Celular Dra. Gladys N. Hermida

Transcripción

1 Matriz Extracelular Biología Celular 2017 Dra. Gladys N. Hermida Lab. Biología de Anfibios Histología Animal (Lab. 11, 4º Piso) DBBE-FCEyN-UBA de Contacto: 1

2 DEFINCIONES HISTOLOGÍA: Estudio de los tejidos. TEJIDO: Agrupación de células diferenciadas morfológica y fisiológicamente que interactúan entre si y con la matriz extracelular que las rodea para cumplir una función determinada. Los distintos tejidos se asocian entre si para formar ÓRGANOS. 2

3 CLASIFICACIÓN TEJIDOS ANIMALES BÁSICOS 1) EPITELIAL 2) SUSTANCIA CONJUNTIVA 3) MUSCULAR 4) NERVIOSO 5) SANGUÍNEO CONECTIVO CARTILAGINOSO ÓSEO 3

4 MÉTODOS DE ESTUDIO COLORACIONES - TÉCNICAS ESPECIALES INMUNOHISTOQUÍMICAS GENERALES O TOPOGRÁFICAS HISTOQUÍMICAS COLORANTE ÁCIDO vs COLORANTE BÁSICO ESTRUCTURA TISULAR ACIDÓFILA vs ESTRUCTURA TISULAR BASÓFILA 4

5 MÉTODOS DE ESTUDIO 1. BÁSICO Clasificación de los colorantes según su carga Posee un grupo catiónico (R+=cromógeno) que se une a grupos ácidos de los tejidos: SO4= (sulfato); PO4= (fosfato). Azul de metileno Hematoxilina Fucsina básica Azul de toluidina 2. ÁCIDO Posee un grupo aniónico (R-) que se une a grupos básicos de los tejidos: NH3+ (grupo amino protonado). Na+ Na+ Eosina (Eosianato de Na) Orange G Azul de anilina 3. NEUTROS mezcla de un colorante ácido con uno básico. Eosianato de azul de metileno (May Grünwald) 5

6 MÉTODOS DE ESTUDIO Teniendo en cuenta la afinidad de un colorante por determinados grupos químicos presentes en el tejido diremos que: COMPONENTES TISULARES BASÓFILOS COLORANTE BÁSICO Carga (+) catiónico Formará uniones con componentes tisulares cargados (-) por ej. grupos ácidos. Heterocromatina y nucléolos (grupos fosfato ionizados de los ácidos nucleicos). RER (grupo fosfato ionizados del ARN). Matriz extracelular del cartílago ( hidratos de carbono con grupos sulfatos. COMPONENTES TISULARES ACIDÓFILOS COLORANTE ÁCIDO Carga (-) aniónica Formará uniones con componentes tisulares cargados (+) por ej. grupos básicos. Filamentos citoplasmáticos (Ej. Actina, miosina). Componentes membranosos intracelulares. Citoplasma en general. Fibras extracelulares (grupos aminos ionizados). 6

7 DEFINICIÓN Y COMPONENTES. MATRIZ EXTRACELULAR (ME) Intrincada red macromolecular (proteínas, polisacáridos diversos) que se disponen en el espacio intercelular, secretados localmente y ensamblados en una red compleja en íntima asociación con las células. Desempeña un papel clave en la morfología y actividad celular. Abundante en tejidos de sustancia conjuntiva y escasa en tejido epitelial. AMORFO FIBRILAR Consistencia: Blanda (piel) Semirrígida (cartílago) Rígida (hueso) 7

8 COMPONENTES. COMPONENTE FIBRILAR Colágenas, reticulares, elásticas. 8

9 Componentes. COMPONENTE AMORFO Proteoglicanos, proteínas (estructurales, adhesión) iones, gases, glucosa, hormonas, factores de crecimiento. Principales macromoléculas Glucosaminoglicanos (GAG) + proteínas= proteoglicanos Proteínas estructurales (colágeno, elastina): proveen fuerza mecánica y elasticidad. Proteínas multiadhesivas (fibronectina, laminina): se fijan e interconectan los receptores de adhesión de la superficie celular con otros componentes de la matriz. 9

10 Macromoléculas del componente amorfo. GLUCOSAMINOGLICANOS (GAGs) «mucopolisacáridos»: Largas cadenas no ramificadas de polisacáridos, compuestos a su vez por unidades de disacáridos. Fórmula general de un disacárido: Aminoazúcar ( N- acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina + Azúcar ácido: Ácido urónico (glucurónico o idurónico) Presencia de grupos sulfatos o carboxilos en los GAGs Gran densidad de cargas negativas Los GAGs son hidrofílicos, adoptan conformaciones muy extendidas y forman geles hidratados y porosos Atrae moléculas de agua y la concentra a su alrededor, favoreciendo la difusión de moléculas hidrosolubles entre la matriz y la célula e incrementando la presión de turgencia capacitando a la matriz para oponerse a fuerzas de comprensión. Ej: zona de articulación de la rodilla. 10

11 Glucosaminoglicanos: Ej. Cartílago, piel, vasos sanguíneos, ligamentos, tendones, válvulas cardíacas. Piel, vasos sanguíneos, tendones, válvulas del corazón, pulmones, mucosa intestinal. Cartílago, hueso, córnea Mastocitos, hígado, piel. Membranas basales, componentes de las superficies celulares. Hialuronano Líquido sinovial, humor vítreo, ME tej. conectivo. Único con disacáridos no sulfatados. No se asocia a proteínas. 11

12 Utilización. Cosmética y estética Medicina de rehabilitación 12

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14 Macromoléculas del componente amorfo. PROTEOGLICANOS Xyl: xilosa Gal: galactosa GLcA: ácid glucurónico Los GAGs se forman en el REL y luego se unen a proteínas formando PROTEOGLICANOS cuyo corazón proteico es sintetizado en el RER. La unión de los GAGs a la proteína central tiene lugar en el complejo de Golgi. Los GAGs se pegan en el REL de distintas maneras. Hay especificidad en el pegado de los GAGs a los corazones proteicos que suele ser tejido específica. 14

15 Proteoglicanos, función. Estructura de un complejo de proteoglicanos : agrecano. Los proteoglicanos actúan: Generando un espacio hidratado alrededor y entre las células. Regulando el tráfico de moléculas y células en función de sus tamaño, carga, o ambas cosas (perlecano). Señalización química entre las células: se unen a factores de crecimiento proteicos, aumentando o disminuyendo la actividad de estos factores (FGF). Se unen y regulan las actividades de otros tipos de proteínas de secreción, tales como enzimas proteolíticas (proteasas). 15

16 Macromoléculas del componente amorfo: proteínas adhesivas GLUCOPROTEÍNAS Proteínas que facilitan tanto la organización de la matriz como el anclaje de las células a la matriz. 1) Laminina: La laminina es una glicoproteína que forma parte de la lámina basal asociada a otras proteínas como el colágeno, entactina, proteoglucanos y fibronectinas. Tiene una longitud de 120 nm, y atraviesa toda las capas de la lámina basal. Su función sería la de anclar las células epiteliales a la lámina densa pues tiene sitios de unión para moléculas de integrinas de la membrana plasmática de la base celular. 1) Fibronectina: Alta secreción en la embriogénesis en los sitios donde ocurre migración y proliferación celular necesarios para el desarrollo de tejidos. Participa en procesos de reparación. Secretada por células mesenquimáticas. Proteína dimérica compuesto por dos subunidades largas. Cada subunidad tiene varios dominios con funcionalidad diferente. Favorece el desarrollo de vasos sanguíneos. 3) Tenascina: Alta secreción durante la embriogénesis. Puede tener función adhesiva o antiadhesiva dependiendo del tipo celular. 16

17 COMPONENTES. COMPONENTE FIBRILAR Colágenas, reticulares, elásticas. 17

18 Macromoléculas del componente fibrilar. Es una molécula proteica que forma fibras, las fibras colágenas. Proveen fuerza y elasticidad. Se encuentran en todos los animales. Son secretadas por las células del tejido conjuntivo como los fibroblastos, así como por otros tipos celulares. Es el componente más abundante de la piel y de los huesos, cubriendo un 25% de la masa total de proteínas en los mamíferos. Estructura helicoidal formada por 3 cadenas polipeptídicas denominadas cadenas α, ricas en prolina y glicina. Síntesis en RER. FIBRAS COLÁGENAS Se exocitan por el fibroblasto con el propéptido terminal cerrado evitando la polimerización intracelular. 18

19 BIOSÍNTESIS DE COLÁGENO 19

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21 Macromoléculas del componente fibrilar. Tipos de colágeno El colágeno en lugar de ser una proteína única, se considera una familia de moléculas estrechamente relacionadas pero genéticamente distintas. Los distintos tipos de colágeno se definen por los distintos péptidos que conforman la molécula. Colágeno tipo I: Es el más abundante. Se encuentra abundantemente en la dermis, el hueso, el tendón, ligamentos, la cápsula de órganos internos, la dentina y la córnea. Es común en zonas de alta resistencia al estiramiento. FORMA FIBRILLAS estriadas de 20 a 100 nm de diámetro, agrupándose para formar fibras colágenas mayores. Sus subunidades mayores están constituidas por cadenas alfa de dos tipos, que difieren ligeramente en su composición de aminoácidos y en su secuencia. A uno de los cuales se designa como cadena alfa1 y al otro, cadena alfa2. Es sintetizado por fibroblastos, condroblastos y osteoblastos. TENDON 21

22 Colágeno tipo II: Se encuentra sobre todo en el cartílago, pero también se presenta en la córnea embrionaria y en la notocorda, en el núcleo pulposo, y en el humor vítreo del ojo. En el cartílago FORMA FIBRILLAS finas de 10 a 20 nanómetros, pero en otros microambientes puede formar fibrillas más grandes, indistinguibles morfológicamente del colágeno tipo I. Están constituidas por tres cadenas alfa2 de un único tipo. Es sintetizado por el condroblasto. Su función principal es la resistencia a la presión intermitente/zonas de tensión. 22

23 Colágeno tipo III: Abunda en el tejido conectivo laxo, en las paredes de los vasos sanguíneos y linfáticos, la dermis de la piel y el estroma de varios órganos (hígado, ganglio linfático, bazo) y en el endomisio del músculo estriado esquelético. Parece un constituyente importante de las fibras de 50 nanómetros que se han llamado tradicionalmente fibras reticulares. Está constituido por una clase única de cadena alfa (III). Es sintetizado por las células del músculo liso, fibroblastos, glía. Su función es la de sostén. Técnica de Impregnación argéntica 23

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25 Colágeno tipo IV: Es el colágeno que forma la lámina basal que subyace a los epitelios. Es un colágeno que no se polimeriza en fibrillas, sino que forma LÁMINAS asociadas a proteoglicanos y con las proteínas estructurales laminina y fibronectina. Es sintetizado por las células epiteliales y endoteliales. Su función principal es la de sostén y filtración. Las láminas son redes tenues y más sutiles que las fibras. 25

26 Colágeno tipo V: Presente en la mayoría del tejido intersticial. Se asocia con el tipo I. Colágeno tipo VI: Presente en la mayoría del tejido intersticial. Sirve de anclaje de las células en su entorno. Se asocia con el tipo I. Colágeno tipo VII: Se encuentra en la lámina basal. Colágeno tipo VIII: Presente en algunas células endoteliales. 26

27 Macromoléculas del componente fibrilar. FIBRAS ELASTICAS Compuestas por dos tipos de proteínas: la elastina y la fibrilina. Son fibras más delgadas que las fibras colágenas y abundan en tejidos conectivos laxos. Aspecto ramificado y entramado tipo red en el TC laxo; o sino, un aspecto fibroso paralelo en el TC denso. Hay gran densidad de estas fibras en la capa media de la aorta (arteria grande) y en órganos que suelen cambiar mucho su tamaño. No son acidófilas, no tienen carga (-) expuesta y por lo tanto los colorantes habituales no se pegan. A su vez tienen gran cantidad de aa hidrófugos por lo que deben usarse colorantes disueltos en etanol: método de Weigert (resorcina-fuscina), técnica de Fränkel para fibras elásticas (orceína nítrica) y método de Halmi (aldehído-fuscina) Son extremadamente elásticas y están adaptadas al estiramiento, pues pueden incrementar hasta 1,5 veces su longitud frente a la tracción y volver a su posición normal. Así, las fibras elásticas están presentes en tejidos y órganos donde se necesita esta propiedad física: la tráquea, las cuerdas vocales y las paredes de los vasos sanguíneos (aorta). 27

28 ARTERIAS GRANDES O ELÁSTICAS Son las que reciben la sangre que SALE del corazón: AORTA -Arteria pulmonar -Tronco braquiocefálico - Carótidas primitivas - Subclavia - Ilíaca común Funcionan como vías conductoras. El corazón bombea sangre hacia estas arterias generando la distensión de las paredes arteriales. La distensión la limitan la red de fibras colágenas presentes en la Túnica media y la Túnica adventicia. Durante la fase de relajación cardíaca estas arterias son capaces de mantener la tensión arterial y el flujo sanguíneo dentro del vaso, alejando a la sangre del corazón. 28

29 Arterias grande o elástica.. Túnica externa Túnica media Es la mas gruesa 1) Elastina: láminas fenestradas 2) Fibras musculares lisas 3) Fibras colágenas y sustancia amorfa Nacimiento: la aorta no tiene láminas Adulto: láminas Personas hipertensas: mayor número 29

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33 Macromoléculas del componente fibrilar. 33

34 MEMBRANA BASAL DEFINICION: Capa de matriz extracelular de 40 a 60 nm de espesor que relaciona al tejido epitelial con el tejido conectivo subyacente. COMPOSICION: Porción glucoproteica (sintetizada por el tejido epitelial) + porción fibrosa (fibras colágenas y reticulares sintetizadas por el tejido conectivo) FUNCION: Es un filtro selectivo entre ambos tejidos que regula el metabolismo de ambos tejidos y la adhesión celular. Actúa como sostén del tejido epitelial. 34

35 TEJIDO EPITELIAL Membrana basal Estrato Lúcido Estrato denso Estrato reticular Lámina basal TEJIDO CONECTIVO ESTRATO LÚCIDO: Receptores de fibronectina y de laminina (familia de las integrinas). OJO!!!! Artefecto de técnica. LÁMINA O ESTRATO DENSO (sintetizada por células epiteliales y fibroblastos del TC) formada por una red de filamentos finos compuestos por laminina, moléculas de colágeno tipo IV, proteoglicanos y glucoproteínas. ESTRATO RETICULAR (sintetizado por los fibroblastos del TC): fibras reticulares (colágeno III y tipo I). 35

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40 CLASIFICACIÓN TEJIDOS ANIMALES BÁSICOS 1) EPITELIAL 2) SUSTANCIA CONJUNTIVA 3) MUSCULAR 4) NERVIOSO 5) SANGUÍNEO CONECTIVO CARTILAGINOSO ÓSEO 40

41 TEJIDO EPITELIAL Recubre TODAS las superficies de un organismo, tapiza cavidades internas y constituye las glándulas. Escasa matriz extracelular (solo componente amorfo). Carece de irrigación sanguínea. Asociado al tejido conectivo. Separados por la membrana basal. Distintos orígenes embriológicos: ecto, meso o endodérmico 41

42 De las 3 hojas embrionarias escasa matriz extracelular Presentan todos los complejos de unión Origen embriológico características descansan sobre una membrana basal poseen polaridad poseen especializaciones avasculares recambio continuo 42

43 Complejo de unión: z. occludens + z. adherens + desmosoma Uniones ocluyentes: zonula occludens. Uniones adherentes: zonula adherens, macula adherens (desmosomas), hemidesmosomas, adhesión focal. Uniones comunicantes: uniones en hendidura o nexos

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45 TEJIDOS DE SUSTANCIA CONECTIVA Conectivo propiamente dicho, Cartílago y Óseo. Sangre? Origen: mesodérmico o ectodérmico. Además de presentar distintos elementos celulares tienen una abundante matriz extracelular. Abundante irrigación (menos el cartílago). Abundante inervación. 45

46 TEJIDO CONECTIVO Compuesto por células separadas, inmersas en una abundante matriz extracelular (fibras colágenas, elásticas, reticulares y sustancia amorfa). Funciones: Nutrición Sostén Reserva Equilibrio líquido y electrolítico Protección Defensa Reparación 46

47 MESENQUIMA Semejantes a fibroblastos, aunque más pequeños. 10 um 47

48 Glucosaminoglucanos (GAG) AMORFA Proteoglucanos Glucoproteínas de adhesión Sales Agua MATRIZ EXTRACELULAR FIBRILAR Fibras colágenas Fibras reticulares Fibras elásticas Acidófilas Orceína nítrica Técnica de Fränkel

49 CLASIFICACIÓN DEL TEJIDO CONECTIVO PROPIAMENTE DICHO SEGÚN LA DENSIDAD DE LA CÉLULAS VS. FIBRAS Tejido conectivo denso Tejido conectivo laxo SEGÚN EL ORDENAMIENTO DE LOS COMPONENTES Tejido conectivo no modelado Tejido conectivo modelado (tendinoso, membranoso o laminar) SEGÚN LA PREDOMINANCIA DE ALGÚN COMPONENTE (TEJIDOS CONECTIVOS ESPECIALAES) Reticular (sostén de órganos del sistema inmune) Elástico (cuerdas vocales, ligamento amarillos) Mucoso (Cordón umbilical, cresta de gallo) Adiposo: a) Blanco o unilocular b) Pardo o multilocular

50 POR LA DENSIDAD DE CELULAS Y FIBRAS E CL CD 50

51 POR EL ORDENAMIENTO DE LOS COMPONENTES: 1- No modelado 2- Modelado fibrocitos Fibras colágenas DERMIS TENDON 51

52 TEJIDO CARTILAGINOSO Tejido avascular. 95% del volumen del cartílago corresponde a la matriz extracelular. Condroblastos Células Condrocitos Agua Sales Matriz extracelular Sólida, firme pero maleable (elasticidad) Amorfa Fibrilar: Proteoglicanos (agrecano) GAGs (hialuronano, condroitín sulfato, queratán sulfato) Glucoproteínas multiadhesivas colágeno II, colágeno VI, IX, X, XI

53 Afinidad tintorial de la matriz cartilaginosa Basófila: gran cantidad de grupos sulfato: conglomerados y monómeros de proteglucanos. Metacromasia: Gran número que cargas negativas juntas en la M.E. del cartílago. Al unirse un colorante básico (ej: azul de toluidina: R+) el cartílago se colorea de rosa en vez de azul Cartílago hialino traqueal. Note la gran metacromasia que se localiza en la matriz territorial. Esto se debe a la abundancia de grupos sulfatados. 53

54 PERICONDRIO: ausente en los cartílagos articulares de las diartrosis. ZONA FIBROSA (EXTERNA): Tejido conectivo modelado. ZONA CONDRÓGENA (INTERNA): Con condroblastos. Los condrocitos envejecen hacia el centro del cartílago Técnica: Verhoeff's/Picro-Ponceau Clasificación del cartílago de acuerdo a las características de la matriz extracelular. Cartílago hialino Cartílago elástico Cartílago fibroso

55 Tejido cartilaginoso hialino Localización: anillos traqueales, cartílagos costales, embriones de vertebrados, peces cartilaginosos (calcificado). Aspecto vítreo in vivo. Laguna o condroplasto: Se ve por la retracción del condrocito (= célula cartilaginosa) tras el procesamiento histológico. Matriz: colágeno tipo II + sustancia amorfa. En el hueso en desarrollo la matriz se calcifica antes de ser reemplazada por matriz ósea. 55

56 Fibrocito Pericondrio Condroblasto Cápsula Condrocito Matriz extracelular Área territorial Área inter territorial

57 CÁPSULA: anillo de matriz alrededor del condrocito ( proteoglucanos sulfatados, colágeno VI, IX) BASOFILIA (+) ÁREA TERRITORIAL: región un poco alejada de las vecindad inmediata de los condrocitos (fibras colágenas II) ÁREA INTERTERRITORIAL: rodea a la matriz territorial y ocupa el espacio que hay entre los grupos de condrocitos. (-)

58 58 Laringe

59 Hidratación de la matriz cartilaginosa 60-78% de la MC es agua que se encuentra fijada a los conglomerados de proteoglucanos y esto explica la elasticidad del cartílago. Parte del agua también está fijada de modo más laxo: difusión de metabolitos desde y hacia los condrocitos. Cartílago articular: cambios transitorios y regionales del contenido acuoso durante el movimiento o cuando la articulación es comprimida. 59

60 TEJIDO ÓSEO Características generales: 1) Alta irrigación. 2) M.E. muy dura por depósito de minerales: calcificación/dureza de la matri.z 3) Funciones de sostén, protección y regulación de la calcemia. 4) Rodeado por PERIOSTIO. Matriz ósea Fibrilar abundantes fibras colágenas I, menor de fibras colágenas III, V, XI Proteoglicanos Condrotinsulfato Queratánsulfato Sialoproteínas I y II Agrecan Amorfa Glicoproteínas Osteonectina Osteopontina Osteocalcina Sales: fosfato de calcio, Mg, K, Na, carbonato, citrato 60

61 Células del tejido óseo: Osteoprogenitoras Osteoblastos. Osteocitos. De recubrimiento óseo. Osteoclastos. Tejido óseo vs. Hueso Hueso Tejido óseo. Tej. Hemocitopoyético. Tej. adiposo. Vasos sanguíneos. Nervios. Cartílago articular (en una diartrosis)

62 Utilizaremos como modelo el tejido óseo compacto o haversiano (preparado por desgaste) Sustancia intracelular = matriz extracelular = matriz ósea Forma láminas (= capas) de 3 um de espesor Los osteocitos se alojan en lagunas (espacios pequeños y alargados que se alojan a su vez en las láminas) 62

63 a) Compacto o haversiano SISTEMA DE HAVERS U OSTEONA Láminillas concéntricas dispuestas alrededor del conducto de Havers Osteocitos + fibras colágenas Preparado por desgaste Capilares (1 o 2) Vasos linfáticos Fibras nerviosas Tejido conectivo Osteoplastos con canalículos óseos

64 Matriz orgánica (propiedades elásticas y resistencia a la tracción) Fibras colágenas (90%) + sustancia fundamental Alta acidofilia (Q+) Matriz ósea + Sales inorgánicas (dureza y resistencia a la compresión) 64

65 Sustancia fundamental de la matriz ósea 1) Condroitinsulfato (++) 2) Ácido Hilaurónico (+) 3) Osteopontina: propiedades tipo fibronectina 4) Osteonectina: glucoproteína adhesiva que se une a las superficies celulares y a la hidroxiapatita 5) Osteocalcina o BGP (proteína no colágena más abundante) Colágeno de la matriz ósea: tipo I -S! por osteoblastos - Depende la vitamina K y D -Se une a la hidroxiapatita (imp!!! En proceso de calicificación) - Se mide en plasma para estimar el grado de formación de tejido óseo -Corresponden al 75% del peso seco. Sales minerales de la matriz ósea -Cristales de hidroxiapatita con forma de varas finas que se disponen en estrecha relación con las fibras colágenas. - Mineralización/Calcificación: depósito de minerales en la matriz orgánica del tejido óseo. 65

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67 Tejido Sanguíneo Tejido fluido, constituido por: Matriz extracelular (PLASMA, 60% del volumen) 90 % agua 9 % sustancias orgánicas 1% sustancias inorgánicas Na, Ca, K, Cl, P Proteínas Lípidos H. De C. Lipoproteínas Albúminas Globulinas Protrombina Fibrinógeno Células (elementos figurados, 40% del volumen) 99 % glóbulos rojos 1% glóbulos blancos