I tessuti connettivi costituiscono una famiglia di tessuti molto
diversi fra loro, ma allo stesso tempo omogenei per quanto
riguarda: 1) TIPOLOGIA DI ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE 2) DERIVAZIONE
EMBRIOLOGICA 3) ASPETTI FUNZIONALI Ricordiamo per che ogni tipo di
tessuto connettivo si presenta con determinate caratteristiche
strutturali perch esse sono strettamente correlate a precise
esigenze funzionali richieste dalla zona in cui quel tessuto viene
ad inserirsi. In base alla diversa natura delle varie componenti
fondamentali del tessuto e in base alla diversa funzione che tali
tessuti sono pi spiccatamente diretti a svolgere, possiamo
classificare i connettivi in: tessuto connettivo embrionale:
Mesenchima tessuto connettivo propriamente detto T.c. lasso se le
fibre sono meno abbondanti e lassamente intrecciate tra loro e
prevale la sostanza amorfa T.c. denso o compatto se le fibre sono
abbondanti e raccolte in grossi fasci stipati che conferiscono
resistenza e notevole consistenza tessuto. Questo tessuto
connettivo denso pu a sua volta essere tessuto connettivo denso
irregolare se le fibre assumono una disposizione irregolare e
disordinata (come nel derma), oppure tessuto connettivo denso
regolare se le fibre sono raccolte in fasci paralleli come nei
tendini o nei legamenti. T. c. adiposo bianco e bruno T.c.
reticolare T.c. mucoso T.c. elastico T.c. pigmentato tessuti
connettivi specializzati nel sostegno Tessuto cartilagineo
(cartilagine ialina, elastica, fibrosa, condroide e cordoide)
Tessuto osseo (lamellare, alamellare) Dentina Cemento tessuti
connettivi con funzione trofica a sostanza fondamentale fluida
(umori circolanti) Sangue Linfa tessuti emolinfopoietici Tessuto
mieloide Tessuto linfoide
1) ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE:A differenza dei tessuti
epiteliali in cui le cellule instaurano rapporti molto stretti
interponendo fra di esse una scarsa matrice extracellulare, nei
connettivi le cellule sono separate fra loro da una abbondante
sostanza intercellulare o matrice extracellulare o ECM (attraverso
la quale diffonde il liquido interstiziale o tissutale). 1
Le cellule specifiche dei connettivi, responsabili anche della
sintesi della ECM, sono i fibroblasti nel tessuto connettivo
propriamente detto, i condroblasti nel tessuto cartilagineo, gli
osteoblasti nel tessuto osseo e infine odontoblasti e cementoblasti
rispettivamente nella dentina e nel cemento. La matrice
extracellulare poi a sua volta costituita da: - una sostanza amorfa
o sostanza fondamentale - una componente fibrosa - da proteine
strutturali con funzione adesiva La sostanza fondamentale
costituita da macromolecole caratteristiche, quali i
glicosamminogliacani (GAG) e i proteoglicani (macromolecole
risultanti dal legame covalente di GAG con proteine), la cui
elevata idratazione permette la diffusione di nutrienti, metaboliti
e ormoni che vedremo essere componenti del liquido interstiziale;
infatti nel tessuto connettivo propriamente detto, la sostanza
fondamentale contiene il liquido tissutale o interstiziale. La
consistenza della sostanza fondamentale variabile da connettivo a
connettivo: gelatinosa nel connettivo propriamente detto, solida
nella cartilagine e dura nel tessuto osseo, nella dentina e nel
cemento. N.B. Un discorso a parte va fatto per i connettivi
trofici, ossia sangue linfa, in cui della componente fibrillare
assente, mentre la sostanza fondamentale fluida e prende il nome di
plasma e in essa sono immerse in sospensione gli elementi
cellulari. La componente fibrosa rappresentata dalle fibre
collagene, fibre reticolari e fibre elastiche che sono immerse
nella matrice e sono responsabili soprattutto delle caratteristiche
meccaniche del tessuto. La loro quantit, qualit e disposizione un
criterio importante per classificare in particolar modo il tessuto
connettivo propriamente detto. Le proteine strutturali con funzione
adesiva sono anche dette proteine fibrose di connessione (come la
fibronectina) e collegano le cellule ai componenti della matrice. I
rapporti tra le cellule del connettivo e la matrice extracellulare
sono molto complessi: da un lato la matrice, sia la componente
amorfa (sostanza fondamentale) sia la componente fibrosa, sono
sintetizzate e secrete dalle cellule che ne regolano anche la
disposizione tridimensionale nello spazio extracellulare.
Dall'altro la matrice influenza e regola le funzioni delle cellule
che vi sono immerse e svolge un ruolo determinante nel mantenimento
del loro stato differenziativo.
2) DERIVAZIONE EMBRIOLOGICA:Tutti tessuti connettivi, o per
l'esattezza le cellule di tali tessuti, derivano dal tessuto
connettivo embrionale che prende il nome di mesenchima e che si
forma dal mesoderma (il foglietto embrionale intermedio). Alcune
cellule mesodermiche migrano dai somiti e dalle lamine laterali del
mesoderma e si insinuano negli spazi tra i foglietti embrionali
primitivi e tra gli abbozzi degli organi, andando a costituire il
mesenchima, appunto. Il mesenchima o tessuto mesenchimale, il
precursore del tessuto connettivo adulto e si presenta come un
tessuto estremamente lasso interposto negli spazi presenti tra gli
organi embrionali in via di sviluppo. costituito da numerose
cellule mesenchimali di forma irregolare, solitamente stellata o
fusiforme, con nucleo in egual misura eu ed eterocromatinico e con
nucleoli evidenti. Il citoplasma evidenzia numerosi ribosomi, pochi
mitocondri, un piccolo Golgi. Queste cellule sono immerse in un
abbondante sostanza fondamentale molto fluida inizialmente priva di
fibre reticolari e di complessi proteoglicanici e glicoproteici.
Successivamente si aggiunge una rete di fibrille di circa 40 nm di
lunghezza e con 2
bandeggiatura di natura trasversale periodica di 25 nm, che nel
connettivo adulto possono corrispondere alle fibrille reticolari.
La cellula mesenchimale considerata una cellula staminale
pluripotente perch pu differenziarsi in numerosi tipi di cellule
connettivale (fibroblasti, cellule adipose, condroblasti,
osteoblasti, mastociti) ma anche in cellule muscolari lisce, nelle
cellule endoteliali, negli elementi del sangue e nei periciti.
3) ASPETTI FUNZIONALI:La funzione comune a tutti tessuti
connettivi quella di connettere strutturalmente e funzionalmente
gli altri tessuti fra di loro nella formazione dei singoli organi e
dell'organismo in genere. La loro funzione primaria una funzione
meccanica di sostegno che a sua volta si estrinseca in varie forme
a seconda della sede: ad esempio, un connettivo con un piccolo
numero di fibre aggregate in una rete lassa pu dare un supporto
limitato ma al tempo stesso, una grande flessibilit, mobilit ed
elasticit (tessuto connettivo propriamente detto di tipo lasso
tonaca propria mucosa intestinale); un connettivo con un maggior
numero di fibre organizzate in fasci a formare una rete fissa
garantisce grande resistenza a forze di tensione ma poca
flessibilit e mobilit (tessuto connettivo propriamente detto di
tipo denso tendini, legamenti, capsule); una maggiore capacit di
sostegno fornita dal Tessuto cartilagineo (in cui la sostanza
fondamentale incrementa il suo grado di polimerizzazione) e ancor
pi dal tessuto osseo. In ogni caso basti pensare agli organi
parenchimatosi e ai muscoli scheletrici, in cui il connettivo
costituisce il tessuto interstiziale (o stroma) che si interpone
tra gli elementi cellulari specifici proprio fungendo da sostegno.
Poich lungo i setti connettivali decorrono i vasi sanguigni, il
connettivo svolge anche una funzione trofica in quanto rappresenta
la sede in cui avvengono gli scambi di gas e sostanze metaboliche
tra il sangue e gli tessuti (in virt del liquido interstiziale) e
regola quindi la diffusione di tali sostanze. Ecco perch i tessuti
connettivi vengono anche definiti trofomeccanici. Il connettivo
svolge anche una funzione di deposito, in particolar modo riserva
di lipidi nelle cellule adipose, riserva di calcio nel tessuto
osseo e di elettroliti ed acqua intrappolati nella matrice
extracellulare. Infine nel tessuto connettivo hanno luogo anche
funzioni di difesa in quanto, da un lato la matrice extracellulare
funziona essa stessa da barriera fisica contro la diffusione di
microrganismi penetrati attraverso le lamine epiteliali, dall'altro
alcune cellule del connettivo svolgono funzione fagocitaria o
producono anticorpi e altre molecole coinvolte nella difesa
immunitaria.
3
La matrice extracellulare (detta anche metaplasma: ciascuna
parte di un tessuto che non sia il componente di una cellula) una
complessa architettura tridimensionale di macromolecole,
localizzata nello spazio extracellulare e prodotta dalle stesse
cellule connettivali, nella fattispecie dai fibroblasti nel
connettivo propriamente detto, dai condroblasti, dagli osteoblasti
e dagli odontoblasti. La formazione della matrice resa possibile
dal fatto che i suoi componenti molecolari, una volta che sono
stati prodotti e secreti dalle cellule, si associano mediante
interazioni specifiche in complessi ordinati spazialmente, talvolta
stabilizzati anche da legami covalenti. Alla formazione della
matrice partecipano numerosi tipi di molecole diverse che possono
variare anche a seconda del tipo di connettivo che prendiamo in
considerazione. La matrice svolge molteplici funzioni: contribuisce
alle propriet meccaniche dei diversi tessuti (abbiamo gi accennato
che la sua consistenza cambia in base al fatto che il tessuto in
cui si viene a localizzare necessiti di un maggiore sostegno oppure
di una maggiore flessibilit oppure di una maggiore resistenza alla
trazione e cos via) svolge una funzione adesiva che avviene per
interazione con i recettori della superficie cellulare regola
funzioni cellulari come la forma, le funzioni metaboliche, la
proliferazione e la differenziazione lega molti fattori di crescita
costituendo un sistema di conservazione e di organizzazione
spaziale di queste molecole alcuni domini specifici di componenti
della matrice possono svolgere una specifica attivit biologica una
volta che sono stati liberati dalle molecole in seguito a
proteolisi. La complessit strutturale della matrice dipende anche
dal fatto che esistono delle varianti tessuto specifiche delle
diverse molecole che la costituiscono, perch talvolta pur partendo
da uno stesso gene si pu far ricorso a promotori alternativi, a
splicing alternativo e ad altre modificazioni post traduzionali. La
ECM costituita da 1) componente fibrillare (in realt le fibre vere
e proprie le troviamo prevalentemente nel connettivo interstiziale
(mentre possibile riscontrare come interfaccia tra il connettivo
interstiziale e la superficie di diversi tipi cellulari, quali
epiteliali, muscolari, adiposi, gliali, una sottile lamina
flessibile resistente, detta membrana basale) 2) sostanza amorfa o
sostanza fondamentale 3) proteine strutturali con funzione
adesiva
1) FIBRE DEL TESSUTO CONNETTIVOLe fibre svolgono solitamente un
ruolo di organizzazione spaziale e di sostegno del tessuto stesso,
poich racchiudono tra di loro le cellule e la sostanza
fondamentale. Le fibre del tessuto connettivo vengono solitamente
distinte in tre tipologie (ognuna di esse pu essere presente da
sola o assieme alle altre, in differenti proporzioni a seconda
della collocazione e della funzione richiesta): fibre collagene,
fibre reticolari e fibre elastiche. Vedremo che le prime due
tipologie in realt rappresentano modi di aggregazioni differenti di
unit fibrose elementari che appartengono alla stessa famiglia: sono
entrambi fibre costituite da molecole della proteina
tropocollagene, sebbene tipi differenti. Invece le fibre elastiche
hanno una costituzione chimica diversa dalle prime due.
4
Le fibre costituite da tropocollagene conferiscono al tessuto
resistenza meccanica, le fibre elastiche la capacit di recuperare
le dimensioni originali dopo essere stato disteso e sono due
diverse propriet che per possono consistere all'interno lo stesso
tessuto.
Le fibre collagene sono la categoria di fibre pi rappresentate
nei tessuti connettivi e costituiscono il componente non minerale
pi abbondante del nostro corpo, dopo l'acqua. Sono flessibili ma
poco estensibili, ed offrono grande resistenza alla trazione. Sono
rapidamente digerite dal succo gastrico, ma resistono alla
digestione con tripsina in soluzione alcalina. Tendono a
rigonfiarsi in acidi diluiti, mentre si dissolvono in acidi e
alcali forti. Sono digerite specificatamente dall'enzima
collagenasi. Prendono questo nome perch con la bollitura si
trasformano in un materiale colloso, che poi raffreddandosi forma
la gelatina. Esaminate a fresco hanno un colorito biancastro motivo
per cui sono dette fibre bianche in contrapposizione alle fibre
gialle (o fibre elastiche). All'osservazione al microscopio ottico
si possono evidenziare con vari coloranti, soprattutto acidi,
sebbene non presentino spiccate affinit tintoriali. Si colorano
comunemente con esosina o di blu con la miscela Azan-Mallory o
ancora con la fucsina acida. Sono debolmente PAS positive e non
argirofile (caratteristica che permette di distinguerle dalle fibre
reticolari). Appaiono come filamenti molto lunghi e con spessore
variabile da 1-12 mm e decorrono in una o pi direzioni con un
andamento che pu essere ondulato o rettilineo a seconda della loro
collocazione. Ad esempio, la loro forma distesa nel tendine mentre
ondulata nel connettivo lasso; oppure i fasci sono disposti
parallelamente sempre nel tendine, mentre si incrociano l'uno con
l'altro nel legamento. Sempre al M.O. ma a un ingrandimento molto
maggiore, possibile notare che ogni fibra collagene costituita da
fibrille pi sottili (0,2-0,3 mm di spessore) disposte
parallelamente tra loro e riunite in fascetti, in cui le fibrille
sono tenute insieme da un materiale amorfo che pu essere di solito
dissolto da alcali diluiti e da tripsina. Esaminate al microscopio
alle luce polarizzata, le fibrille presentano una birifrangenza di
forma, che dimostra che a loro volta sono costituite da unit
filamentose pi sottili, non visibili al M.O, ma orientate sempre
longitudinalmente, ossia parallelamente all'asse maggiore della
fibra. Nelle fibrille si possono poi notare delle striature
trasversali dovute all'alternanza di bande scure larghe 35 nm e
bande chiare larghe 32 nm, che nell'insieme costituiscono un
periodo di ripetizione largo 67 nm. Queste fini fibrille di 0,2-0,3
mm, ancora osservabili al M.O. , se osservate invece al M.E. (con
cui possono essere risolte a maggiore ingrandimento) appaiono a
loro volta composte da un numero variabile di microfibrille o
fibrille submicroscopiche o protofibrille dello spessore di 20-150
nm. Queste microfibrille sono associate parallelamente fra loro e
orientate sempre lungo l'asse maggiore della fibra. Esse presentano
l'analoga struttura periodica con periodo di 67 nm gi osservata
nelle fibrille ed proprio la loro organizzazione ad essere
responsabile della caratteristica birifrangenza delle fibre
collagene. Nella terminologia istologica si dice che le fibre
collagene mostrano una "periodicit assile", con un periodo di 64-70
nm. La tecnica della colorazione negativa permette poi di
visualizzare le molecole di tropocollagene, che sono i costituenti
elementari delle microfibrille. Infatti ogni microfibrille composta
dal cinque protofilamenti paralleli; un singolo protofilamento
costituito da una fila di molecole di tropocollagene le cui
estremit testa-coda sono distanziate da un intervallo di circa 35
nm. Inoltre le molecole di tropocollagene dello stesso
protofilamento sono sfalsate rispetto a quelle dei protofilamenti
vicini di circa 67 nm, in modo da determinare l'aspetto periodico a
bande chiare scure e da assicurare la stabilit del protofilamento.
Fibre collagene Fibrille Microfibrille Protofilamenti Molecole di
Tropocollagene 5
FIBRE COLLAGENE
Nella fattispecie le microfibrille si formano per
polimerizzazione di molecole di tropocollagene di tipo I e la
caratteristica bandeggiatura si ripete con un periodo che
corrisponde a circa un quarto della lunghezza totale della molecola
di tropocollagene, che di 280 nm e infatti il periodo di 67 nm.
Abbiamo anche detto che questa bandeggiatura dovuta a due fatti: --
ogni estremit di un'unit di tropocollagene non tocca mai l'estremit
della molecola seguente ma viene interposto uno spazio vuoto di 35
nm. - ogni unit di tropocollagene di una fila, partendo sfalsata
rispetto a quella della fila parallela di una lunghezza pari al
periodo (67 nm), presenta una zona di sovrapposizione di circa 32
nm e quindi andando ad usare una colorazione negativa per
l'osservazione al microscopio elettronico, il colorante di
contrasto penetrer negli spazi vuoti che si riempiono e diventano
opachi agli elettroni formando la banda scura, mentre dove le unit
di tropocollagene parallele si sovrappongono il colorante non
riuscir ad entrare e si avr la banda chiara. Il tropocollagene una
glicoproteina filamentosa lunga 280 nm e spessa 1,4 nm costituita
dall'associazione di tre subunit polipeptidiche elicoidali (catene
a) avvolte a formare una tripla elica. Ciascuna elica consta di
circa 1000 residui a.a. di cui il 34% costituito da glicina e il
20% da prolina. Sono anche presenti idrossiprolina e idrossilisina
e sono unite catene disaccaridiche in numero variabile a seconda
del tipo di collagene. I COLLAGENI Sono una superfamiglia di
proteine della ECM che comprende 27 tipi diversi di collagene. Si
tratta di glicoproteine filamentose lunghe 280-300 nm e spesse 1,4
nm. La molecola di tropocollagene tipica (circa 300 kDa) costituita
da una tripla elica determinata dall'avvolgimento di tre catene
polipeptidiche a di circa 100 kDa ciascuna, tipicamente ricche di
glicina, prolina, idrossiprolina. Inoltre presente idrossilisina
(risultante da una modifica post traduzionale della catena a) solo
alle estremit C e N terminali delle catene. Ovviamente la
concentrazione dei diversi amminoacidi varia a seconda del tipo di
collagene. Tutte le catene a presentano almeno un segmento
caratteristico costituito da triplette iterative di a.a. che
iniziano sempre con un residuo di glicina. Poi gli altri due
amminoacidi della tripletta sono solitamente proprio la prolina e
idrossiprolina sopra citate. Nelle regioni contenenti queste
triplette ripetute, ognuna delle tre catene a si dispone in
un'elica sinistrogira che, ripiegandosi a sua volta attorno un'asse
comune, forma una tripla elica con leggero ripiegamento verso
destra. Si forma una struttura bastoncellare piuttosto rigida. La
tripla elica stabilizzata da legami idrogeno tra le catene a ma
sono anche presenti legami crociati covalenti intermolecolari che
servono a stabilizzare le catene del tropocollagene e la loro
associazione nei protofilamenti delle microfibrille; inoltre questi
legami crociati contribuiscono grandemente alla resistenza alla
trazione tipica delle fibre collagene (la frequenza dei legami
covalenti varia con la sede e tende ad aumentare con l'et). La
presenza della glicina ogni tre amminoacidi fondamentale per la
formazione di questa struttura e anche l'idrossiprolina
contribuisce alla sua stabilit. Le molecole di tropocollagene si
associano prima longitudinalmente (testa-coda) dando il
protofilamento, poi parallelamente tra loro, dando la microfibrilla
(costituita da 5 protofilamenti) e poi pi microfibrille danno la
fibrilla e quindi la fibra vera e propria. Poich il tropocollagene
una glicoproteina, sono presenti brevi catene laterali di
carboidrati legate in particolare ai residui di idrossilisina. Il
numero totale di unit gli glicidiche varia da 0,4-5,8 unit per 1000
residui di amminoacidi. Il basso livello di glicosilazione rende
ragione della PAS negativit del collagene. 6
Biosintesi dei collageni o Fibrillogenesi La biosintesi delle
fibrille collagene un processo complesso che avviene in varie tappe
sia endo che extracellulari, a opera di diversi tipi cellulari nei
diversi tipi di tessuto connettivo: fibroblasti, condroblasti,
osteoblasti, ecc... 1) il processo inizia nel nucleo con la
trascrizione dei geni o del gene, seguito dalla maturazione dei
relativi mRNA 2) la traduzione avviene a livello dei ribosomi del
RER, dove vengono sintetizzate catene polipeptidiche di
procollagene o catene pro a che sono di dimensioni maggiori
rispetto alle catene a definitive perch presentano alle estremit
dei peptidi globulari che poi verranno rimossi: un pro-peptide
N-terminale e un pro-peptide C-terminale 3) sempre all'interno
delle cisterne del RER nel corso dell'assemblaggio delle catene di
procollagene , alcune molecole di prolina e lisina vengono
idrossilate e poi al termine della traduzione, avviene la
glicosilazione delle idrossilisine con aggiunta sopratutto di
galattosio. 4) da questi processi risultano le catene a di
procollagene. Tre di queste catene si allineano previa formazione
di ponti disolfuro tra le estremit C-terminali delle catene e
quindi si avvolgono a formare la tripla elica di procollagene,
senza che l'avvolgimento per coinvolga l'estremit della molecola 5)
la molecola di procollagene (costituita da una parte centrale
bastoncellare ad elica e dalla due estremit globulari) passa nel
Golgi dove si completa la glicosilazione e da qui passa alle
vescicole di secrezione. 6) le triple eliche di procollagene
secrete all'esterno della cellula subiscono l'azione di alcune
procollagene-peptidasi, enzimi capaci di tagliare selettivamente i
telomeri delle molecole di procollagene trasformandole in
tropocollagene 7) una volta eliminati i peptidi terminali, le
molecole possono disporsi spontaneamente in file parallele formando
fibrille con diametro di 20-150 nm e le lunghe alcuni mm, nelle
quali visibile fin dagli stadi relativamente iniziali di
assemblaggio, la tipica periodicit assile. Le fibrille collagene
neoformate hanno i caratteri di fibre reticolari, cio sono isolate,
non raccolte in fasci e presentano la caratteristica argirofilia.
Successivamente le fibrille si raccolgono in fasci tra loro
paralleli assumendo l'aspetto di tipiche fibre collagene, perdono
la capacit di impregnarsi con i sali di argento ed assumono i
coloranti del collagene (Mallory e Van Gieson). Perch il collagene
prodotto prima come procollagene e solo successivamente viene
trasformato in tropocollagene? Questa modalit di sintesi porta
almeno due vantaggi: il primo che affinch si formi la tripla elica
le tre catene a devono prima allinearsi correttamente e tale
allineamento dipende dalla formazione di ponti disolfuro tra i
telomeri C-terminali delle tre catene a. Il secondo motivo che le
molecole di tropocollagene si aggregano spontaneamente in fibrille
ma non quelle di procollagene proprio perch la presenza dei peptidi
terminali globosi impedisce l'associazione delle molecole, perch se
ci avvenisse entro la cellula prima della sua secrezione potrebbe
avere conseguenze disastrose. La fibrillogenesi l'evento iniziale
nella formazione delle fibre collagene a cui segue la fase di
crescita delle fibrille e la loro associazione di strutture di
ordine superiore quali le fibre e i fasci di fibre. Il tipo, la
grandezza e l'organizzazione delle fibre che risultano da questo
processo dipende da molti fattori sia stadi che tessuto specifici.
Lo specifico assortimento di tipi molecolari di collagene
(fibrillari e non fibrillari) e cos anche l'associazione con altri
tipi di macromolecole, sono importanti fattori per determinare la
qualit delle fibre mature. 7
Ad esempio il collagene di tipo I embrionale molto pi sensibile
alla proteolisi del collagene di tipo I dell'adulto e questa una
caratteristica vantaggiosa perch durante la vita embrionale
avvengono estesi fenomeni di rimaneggiamento tissutale. Torniamo
indietro a parlare delle catene a che costituiscono la singola
molecola di tropocollagene: in alcuni collageni tutte e tre le
catene sono identiche mentre in altri le catene possono essere due
o tre diverse fra loro. Poich ad oggi sono state individuate circa
42 diverse catene esisteranno anche diversi tipi di collagene che
differiscono tra loro per composizione aminoacidica e per diverso
numero di catene glicidiche. I tipi di collagene pi rappresentati e
pi importanti sono i collageni fibrillari (costituiscono la maggior
parte della matrice extracellulare di tessuti connettivi come il
derma, i tendini, i legamenti, le cartilagini) che hanno la
propriet di formare fibre caratterizzate da quella tipica striatura
trasversale con periodicit di 67 nm. Tra tutti i collageni
fibrillari il pi diffuso il collagene di tipo I che costituisce
circa il 90% del collagene del corpo. il solo collagene presente
nelle ossa e nei tendini, predominante nel derma e in molti altri
tessuti connettivi. Il collagene di tipo II anch'esso fibrillare si
trova nelle fibre collagene della cartilagine ialina e nell'occhio
e nel corpo vtreo dell'adulto. Il collagene di tipo III lo troviamo
nelle fibre reticolari. Poi esistono anche i collageni associati a
fibrille che sono costituiti da molecole in cui la tipica tripla
elica interrotta dalla presenza di alcuni domini non elicoidali e
quindi queste molecole non formano fibrille da sole, ma si
associano ai collageni fibrillari, stabilendo legami all'interno
delle fibrille e tra le fibrille e altre macromolecole della
matrice. (Questo gruppo di collageni pu essere identificato col
nome di FACIT, cio Fibril Associated Collagen with Interrupted
Triple Helix: associandosi ai collageni fibrillari contribuiscono a
determinarne le caratteristiche, come dimensioni, interazioni con
altre macromolecole dell' ECM e l'organizzazione stessa nella
matrice; ne fanno parte il collagene IX e XII). Infine esistono i
collageni laminari che sono localizzati nelle zone pericellulari e
si organizzano in strutture sottili. Appartengono a questa classe i
collageni della membrana basale degli epiteli che non formano
strutture fibrillari bens maglie reticolate e presentano un elevato
contenuto aminoacidico di idrossilina glicosilata e le subunit
molecolari comprendono le regioni terminali globulari non avvolte
in tripla elica. Esempio: collagene IV, VIII e X.
Le fibre reticolari furono considerate in passato una
particolare categoria di fibre del connettivo. In realt oggi si sa
che anche esse sono composte da tropocollagene e quindi possono
essere considerate una variet di fibre collagene appartenenti alla
stessa famiglia di cui abbiamo parlato precedente. Nella
fattispecie sono costituite da collagene di tipo III che, da un
punto di vista molecolare, caratterizzato da un pi alto contenuto
di idrossilisina e quindi anche da una maggior grado di
glicosilazione rispetto alle fibre collagene di tipo I. Le fibre
reticolari hanno un diametro di 0,5-2 mm quindi sono pi sottili
delle fibre collagene (che sono 1-12 mm). Osservate al M.E. si
risolvono in un'aggregazione di fibrille dello spessore di 20-40 nm
ma che comunque in generale non superano mai 50 nm, e anche in
questo caso risultano pi sottili delle fibrille del collagene di
tipo I (che sono 0,2-0,3 mm). Anche le fibrille di collagene tipo
III presentano la caratteristica striatura periodica di 67 nm e
derivano dalla polimerizzazione di un'unit di tropocollagene III
secondo modalit simili a quelle riscontrate nelle fibre collagene.
Ma a differenza delle fibrille di collagene che si riuniscono in
fascetti, queste si anastomizzano tra loro formando un intreccio
ramificato, motivo per cui complessivamente le fibre reticolari
risultano pi sottili 8
FIBRE RETICOLARI
delle fibre collagene. Quindi le fibre reticolari decorrono
isolate scambiandosi reciprocamente fibrille e costituendo
complicati reticoli che fungono da impalcatura per le cellule
circostanti. Il tessuto caratterizzato dalla presenza di fibre
reticolari appare come formato da una rete a maglie larghe in cui
gli ampi spazi sono occupati dalla matrice amorfa. Da un punto di
vista istologico le differenze pi importanti tra le fibre collagene
tipiche (cio quelle formate da tropocollagene di tipo I) e queste
fibre collagene formate da tropocollagene di tipo III (fibre
reticolari) riguardano soprattutto il loro grado di aggregazione e
le propriet tintoriali. Poich le fibre sono meno aggregate fra
loro, non visibile la striatura longitudinale che evidente nelle
fibre collagene tipiche. Inoltre il ridotto spessore delle fibre
reticolari le rende difficilmente visibili con i comuni preparati
istologici; le fibre reticolari sono ben colorarli con i metodi di
impregnazione argentica, motivo per cui sono dette fibre
argirofile. Inoltre, per il loro maggior grado di glicosilazione,
si colorano intensamente di rosso con il metodo di Schiff: sono PAS
positive. Le fibre reticolari sono particolarmente rappresentate
nel connettivo lasso delle tonache sierose, nella parete dei vasi
sanguigni, nel connettivo che circonda le singole fibre muscolari,
sono componenti permanenti del impalcatura fibrosa che sostiene i
tessuti linfoide e mieloide. Formano una fine trama che costituisce
la lamina reticolare delle membrane basali degli epiteli di
rivestimento e degli endoteli dei capillari. Circondano la cellula
adipose e formano lo stroma di organi parenchimatosi (fegato,
pancreas, ecc...)
Le fibre elastiche sono in genere pi sottili delle fibre
collagene e sono particolarmente presenti in tutti quegli organi
che per le loro funzioni, necessitano di particolare elasticit come
i vasi, la cute, i legamenti, i polmoni ecc... Sono scarsamente
presenti nel tessuto connettivo lasso (in cui sono pi numerose le
fibre collagene) ma si accumulano in grande numero nel tessuto
elastico, una variet di tessuto connettivo propriamente detto
caratterizzato dalla capacit di distendersi sotto l'azione di una
forza e di acquisire le dimensioni originali quando questa forza
viene meno. Sono molto abbondanti nella tonaca elastica delle
arterie, nei legamenti elastici e nei tendini, della cartilagine
elastica insieme alle fibre collagene. Le fibre elastiche possono
decorrere isolate o in fascetti sottili oppure possono ramificarsi
costituendo fitti intrecci a rete e in alcuni casi possono anche
riunirsi in lamine o membrane. Osservate a fresco, nei casi delle
fibre elastiche pi spesse, appaiono di colore giallastro motivo per
cui vengono denominate fibre gialle in contrapposizione alle fibre
bianche di collagene. A differenza sia delle fibre collagene sia
delle fibre reticolari, le fibre elastiche sono pi difficilmente
distinguibili al M.O. con metodi convenzionali e richiedono
colorazioni specifiche come il metodo Gomori dell'aldeide fuxina o
quello di Weigter della resorcina fuxina. Inoltre non presentano la
striatura longitudinale. Sono termostabili, resistenti a molti
agenti chimici e al succo gastrico ma sono digerite da un enzima
specifico estratto dal pancreas, l'elastasi. Sono meno resistenti
alla trazione delle fibre collagene ma possono facilmente
distendersi e poi ritornare alla lunghezza originaria. Dicevamo che
le fibre elastiche sono in genere pi sottili delle fibre collagene
e misurano da 0,2-1 mm di spessore. La microscopia elettronica
dimostra che le fibre e le lamine elastiche sono entrambi
costituiti da due componenti:
FIBRE ELASTICHE
9
una componente amorfa di densit elettronica variabile ma che in
realt costituito da un microreticolo di elastina una componente
microfibrillare costituita da fibrillina. La componente amorfa
delle fibre e delle lamine elastiche l'elastina, una proteina
globulare idrofobica che si forma per aggregazione mediante legami
covalenti crociati, di molecole di tropoelastina, il precursore
solubile della elastina. Le tropoelastine sono proteine di circa 70
kDa non glicosilate caratterizzate da un'elevata presenza di
glicina (oltre il 30%) e inoltre dal fatto che oltre il 75% degli
aminoacidi che contiene sono oltre la glicina,valina, alanina e
prolina, i quali costituiscono ampi domini idrofobici intervallati
da pi piccole regioni ricche di alanina. Vediamo il processo
dell'elastinogenesi (che consta di fasi intra ed extra cellulari):
all'interno della cellula, l'associazione tra monomeri di
tropoelastina impedita perch sono legati con un'altra proteina che
li accompagna fino all'esterno della cellula. Gi all'interno della
cellula la tropoelastina subisce varie modificazioni post
traduzionali tra cui l'idrossilazione di residui di prolina. Dopo
la secrezione al di fuori della cellula la molecola di
tropoelastina si separa dalla proteina a cui era legata e pu quindi
cominciare la sua polimerizzazione. La formazione di legami
crociati tra molecole di tropoelastina richiede che queste prima si
allineino correttamente fra di loro e questo processo favorito dal
fatto che le microfibrille di fibrillina sono gi presenti nello
spazio extra cellulare disposte ordinatamente. Infatti l'elastina
si accumula tra le microfibrille un po' alla volta sino a formare
la parte preponderante della fibra. Un enzima extracellulare, la
lisil-ossidasi, catalizza l'ossidazione e deaminazione della
maggior parte dei residui di lisina nella tropoelastina. Queste
reazioni precedono la formazione di legami crociati che coinvolgono
gli a.a. modificati e ne risultano a.a. insoliti, derivati dalla
condensazione di 2-4 residui, che formano composti ciclici chiamati
desmosine che formano un ponte covalente tra due catene
polipeptidiche della tropoelastina. Il risultato di questi processi
la formazione dell'elastina, un polimero amorfo, insolubile ma al
tempo stesso altamente idratato che formano un reticolo
tridimensionale che avvolge le microfibrille di fibrillina. Le
molecole di elastina sono aggregate tra loro in maniera da formare
una sorta di rete attorcigliata in condizioni di riposo e dispersa
se sottoposta trazione. Infatti la catena polipeptidiche
dell'elastina ha una conformazione disordinata ma se sottoposta a
una forza di trazione le catene vengono stirate e si ordinano
allineate. Quando la forza applicata cessa le molecole si riportano
allo stato iniziale di disordine. Tant' che questo tipo di
elasticit viene definito di tipo entropico proprio perch basato
sullo stato di maggior o minor ordine delle catene polipeptidiche.
Inoltre la resistenza alla trazione delle fibre elastiche
direttamente proporzionale al numero di legami presenti tra le
molecole di elastina. Le microfibrille invece sono prevalenti nelle
fibre elastiche in via di sviluppo e meno numerosa con l'aumentare
dell'et. Poich compaiono prima della componente amorfa di elastina
probabilmente hanno il ruolo di determinare la forma delle fibre
elastiche nei vari tessuti e sono localizzate solitamente alla
periferia della fibra proprio per impedire l'iperestensione delle
fibre: come se la polimerizzazione dipendesse dallo stampo
costituito da microfibrille. Le microfibrille sono costituite
soprattutto da una glicoproteina filamentosa detta fibrillina.
Queste molecole di fibrillina si dispongono longitudinalmente
testa-coda e per file parallele venendo a costituire queste
microfibrille spesse circa 10-13 nm. Altre macromolecole sono
associate alla fibrillina nella costituzione delle microfibrille:
tra queste proteoglicani (condroitin solfato e dermatan solfato) e
la glicoproteina associata alle microfibrille. Le fibre elastiche
possono essere stirate sino una volta mezzo rispetto alla loro
lunghezza di partenza, poi sono in grado di ritornare alla
normalit. L'eventuale incapacit a riprendere o mantenere la
normale
10
struttura dipende dall'invecchiamento o da processi patologici.
Fibre elastiche sono sintetizzate da fibroblasti, condroblasti,
cellule muscolari lisce della parete dei vasi sanguigni.
IL SISTEMA DELLE FIBRE ELASTICHE Cos come precedentemente
abbiamo parlato di fibre collagene facendo riferimento sia alle
fibre collagene tipiche sia alle fibre reticolari, adesso vedremo
che parlando di fibre elastiche ci riferiamo a un sistema di fibre
(una famiglia) che comprende tre tipi di strutture: 1) fibre
elastiche 2) elauiniche 3) ossitalaniche 1) Le fibre elastiche
(vedi sopra) appaiono formate da una parte centrale omogenea e
amorfa detta elastina contornata in periferia da strutture
microfibrillare di 10-13 nm di diametro. 2) Nelle elauiniche i
depositi di elastina amorfa sono meno abbondanti e sparsi tra fasci
di microfibrille. 3) Le fibre ossitalaniche sono costituite
soltanto da fasci di microfibrille e manca l'elastina amorfa. Poich
abbiamo visto che il processo di formazione delle fibre elastiche
prevede che prima si depositino le microfibrille e poi un po' alla
volta, si vada accumulando l'elastina, potremmo dire che queste tre
tipologie di fibre possono rappresentare momenti diversi del
processo di formazione e maturazione delle fibre elastiche. Si
parte dalle fibre ossitalaniche quando ancora non c' elastina, poi
diventano elauiniche e infine si formano le fibre elastiche vere e
proprie. In realt le fibre ossitalaniche ed elauiniche si trovano
anche come strutture stabili nei tessuti adulti di alcuni distretti
anatomici. Ad es, le fibre ossitalaniche possiamo trovarla nella
pelle, nei filamenti ancoranti dei vasi linfatici e nella zonula
ciliare e nell'endonevrio. Le fibre elauiniche si trovano
all'interfaccia tra derma papillare e reticolare, nell'epinevrio e
a ridosso degli adenomeri delle ghiandole sudoripare. Le fibre
elastiche abbondano nel derma reticolare, nei vasi, nel polmone,
nei legamenti gialli della colonna vertebrale. Spesso per i tre
tipi di fibre possono formare una rete continua in cui le fibre
ossitalaniche rappresentano un sistema di ancoraggio alle membrane
basali. Infine ricordiamo che la caratteristica elasticit delle
fibre elastiche dipende proprio dall'elastina, dalla sua
composizione ma soprattutto dalla sua conformazione disordinata
capace di distendersi e di ritornare nuovamente allo stato
iniziale. Le microfibrille invece sono strutture piuttosto rigide
con limitate propriet elastiche.
2) SOSTANZA AMORFA O SOSTANZA FONDAMENTALE La sostanza amorfa,
cos chiamata perch inizialmente era considerata non strutturata, la
componente in cui sono immerse le fibre e le cellule di ogni
tessuto connettivo. Possiede le propriet di una soluzione
colloidale molto viscosa o di un gel fluido capace di legare
quantit variabili di acqua (acqua che, con le sostanze e i gas in
essa disciolti, diffonde dai capillari sanguigni e costituisce il
liquido interstiziale o tissutale; vedi dopo). Nell'ambito delle
funzioni del tessuto connettivo propriamente detto, la sostanza
amorfa svolge un ruolo 11
di regolazione selettiva del flusso di liquido interstiziale che
la traversa. Il suo ruolo anche quello di dare turgidit al tessuto,
proprio legando l'acqua alle sue macromolecole e garantendo cos una
risposta, seppur limitata, alle forze di compressione. Inoltre la
sostanza amorfa influenza l'orientamento delle microfibrille
nascenti di collagene e di fibrillina e contribuisce alle reazioni
di difesa dell'organismo ostacolando la diffusione dei
microrganismi. La sostanza fondamentale costituita, oltre da quella
quantit variabile di acqua che rappresenta il liquido
interstiziale, soprattutto da alcune macromolecole quali i
glicosaminoglicani (GAG) e i proteoglicani, nonch glicoproteine tra
cui spiccano le proteine adesive (come la fibronectina) che
collegano macromolecole della superficie cellulare a macromolecole
della matrice (vedi dopo). Solitamente la sostanza amorfa
caratterizzata da una scarsa densit delle macromolecole che la
costituiscono (oltre che da un contenuto pi o meno elevato di
acqua) motivo per cui ha un indice di rifrazione molto vicino a
quello dell'acqua, e ci la rende invisibile nei preparati a fresco.
Anche nei comuni preparati istologici di difficile evidenziazione
perch solubile nei comuni fissativi. conservata meglio utilizzando
il metodo del congelamento-essiccamento seguito da fissazione
mediante esposizione a vapori di etere-formaildeide. Nei preparati
cos allestiti si colora debolmente con la reazione di Schiff
(debolmente PAS positiva) e si colora metacromaticamente con alcuni
coloranti basici come il blu di toluidina. In alcuni tessuti
connettivi, come la cartilagine e l'osso, il contenuto di
glicosaminoglicani e glicoproteine della sostanza amorfa tanto
elevato da renderla fissabile e colorabile con i coloranti basici e
con il metodo di PAS in preparati istologici allestiti con tecniche
comuni. La metacromasia della sostanza amorfa dei connettivi una
propriet istochimica conferita dai glicosaminoglicani acidi in essa
contenuti: acido ialuronico, condroitin solfato, cheratan solfato,
ecc... I glicosaminoglicani solforati sono in genere pi
metacromatici di quelli non solforati. Quando i gruppi solforici
sono molto numerosi, come nella cartilagine, la sostanza amorfa si
colora anche con ematossilina. La colorabilit dei tessuti
connettivi con la reazione PAS non dipende tanto dai GAG, ma deve
essere attribuita alle glicoproteine, scarsamente concentrate nel
tessuto connettivo lasso ma presenti in elevate concentrazioni
nelle membrane basali e nella sostanza amorfa della cartilagine e
dell'osso. La sostanza amorfa dei tessuti connettivi, in particolar
modo quella della cartilagine, si colora inoltre con il metodo del
ferro colloidale di Hale e col metodo Alcian blu. Queste reazioni
sono dovute alla propriet dei glicosaminoglicani di legare cationi
bivalenti e sono di solito impiegate per mettere in evidenza i
glicosaminoglicani acidi della cartilagine.
LIQUIDO INTERSTIZIALELa sostanza intercellulare amorfa ha le
propriet di una soluzione colloidale molto viscosa ed capace di
legare quantit variabili di acqua. Quest'acqua che ritroviamo nella
sostanza amorfa costituisce il liquido tissutale o interstiziale.
In essa sono disciolte le sostanze metaboliche e i gas e diffonde
dai capillari sanguigni al connettivo e viceversa. La matrice
amorfa ed i liquidi tissutali sono intimamente associati e le
caratteristiche molecolari e biofisiche di queste due componenti
stanno alla base della funzione trofica del tessuto connettivo
lasso (che svolge anche un ruolo di regolazione selettiva del
flusso di liquido interstiziale). La maggior parte del fluido
extracellulare legata ai componenti macromolecolari della matrice
amorfa e in condizioni normali non si riscontra in quantit
apprezzabili come fluido libero nel connettivo; si accumula invece
in grandi quantit come liquido libero nell'edema o in caso di
infiammazioni.
12
GLICOSAMINOGLICANI (GAG)I costituenti chimici pi importanti
della sostanza amorfa dei tessuti connettivi appartengono a una
classe di polisaccaridi denominati glicosaminoglicani o GAG, che
poi legandosi covalentemente a proteine, formano complessi
proteico-polisaccaridici giganti detti proteoglicani. I GAG sono
lunghi polisaccaridi lineari costituiti da unit ripetute moltissime
volte di disaccaridi, concatenati mediante legame O-glicosidico.
Ogni disaccaride costituito da un acido uronico (glucuronico o
idruronico) e da un amminozucchero (N-acetil glucosamina o N-acetil
galattosamina). Gli aminozucchero possono essere spesso solfatati.
I GAG sono molecole grandi (da alcune migliaia ad alcuni milioni di
dalton). L'elevato contenuto di gruppi anionici (gruppi solforici o
carbossilici, ecc...) conferisce ai GAG un'elevata carica negativa
e ci spiega la loro intensa basofilia, la loro metacromasia ma
anche la loro capacit di legare molte molecole di acqua. Proprio
legando acqua e cationi, i GAG sono i principali responsabili del
turgore e della resistenza alle forze di compressione della ECM;
inoltre tendono ad occupare un volume molto elevato rispetto alla
loro massa e sono proprio queste loro caratteristiche a rendere
gelatinosa e viscosa alla sostanza intercellulare amorfa. Il pi
semplice e comune dei GAG lo ialuronato o acido ialuronico: una
singola catena non ramificata costituita da un caratteristico
disaccaride non solforato (acido glucuronico- N acetil glucosamina)
che pu essere ripetuto fino al 25.000 volte. abbondante in numerosi
tessuti sia dell'embrione che dell'adulto. digerito
specificatamente dall'enzima ialuronidasi. Ha una consistenza
viscosa e per questo rappresenta un ottimo lubrificante: infatti il
componente principale del liquido sinoviale. La viscosit dell'acido
ialuronico dipende dal suo grado di polimerizzazione, dalla sua
conformazione tridimensionale e dalla sua capacit di legare acqua;
queste propriet possono modificarsi rapidamente a seconda delle
condizioni funzionali determinando variazioni nella consistenza
della matrice amorfa e variazioni nella diffusione delle sostanze
dai capillari dei tessuti e viceversa (liquido tissutale). L'acido
ialuronico svolge quindi un ruolo importante nel controllare la
diffusione attraverso il tessuto connettivo di quelle sostanze
disciolte nel liquido interstiziale e allo stesso tempo previene la
diffusione di agenti tossici e batteri nelle infezioni localizzate
(tant' che alcuni batteri secernono proprio l'enzima ialuronidasi).
adatto a resistere alla compressione e inoltre durante lo sviluppo
o durante la cicatrizzazione viene utilizzato, proprio in virt del
suo elevato volume specifico, come sostanza capace di creare uno
spazio che sar poi riempito da altre macromolecole o cellule.
Mentre gli altri GAG sono solitamente sintetizzati dentro la
cellula e poi secreti all'esterno per esocitosi, l'acido ialuronico
sintetizzato da un enzima inserito nel doppio strato lipidico della
membrana plasmatica: le singole sub unit saccaridiche sono aggiunte
sul versante citoplasmatico delle membrana e il polimero che si va
formando viene via via emesso attraverso la membrana nello spazio
extracellulare. Un'attiva sintesi di acido ialuronico e un suo
accumulo nella matrice, determina un allontanamento delle cellule e
la formazione di gel idratati in cui le cellule si muovono
facilmente. Se invece si ha una degradazione dell'acido ialuronico,
le cellule si avvicinano e questo un processo che sta alla base, ad
esempio, della formazione degli abbozzi scheletrici. Altri GAG (che
sono sempre legati covalentemente a proteine) sono il condroitin
solfato, il dermatan solfato, il cheratan solfato, l'eparan solfato
e l'eparina. (L'eparina ha una localizzazione intracellulare nei
mastociti e granulociti neutrofili e pu essere rilasciata in
risposta a certi stimoli per espletare funzioni fisiologiche.
L'eparan solfato, sotto forma di proteoglicano, un componente
ubiquitario della superficie cellulare).
13
PROTEOGLICANIIn natura, i GAG, eccezione fatta per l'acido
ialuronico, non esistono come molecole libere ma sono sempre legati
covalentemente a proteine diverse dal collagene, formando degli
enormi complessi macromolecolari detti proteoglicani. Ogni
proteoglicano costituito da un lungo polipeptidiche che forma
l'asse centrale (detto asse proteico) al quale sono connessi con
legami covalenti numerosi GAG (che in particolare sono legati ai
residui di serina dell'asse proteico tramite un tetrasaccaride di
connessione). La Biosintesi dei proteoglicani segue la via
secretoria: sono cio sintetizzati all'interno della cellula e poi
secreti mediante esocitosi. La parte proteica viene sintetizzata
sui ribosomi legati alle membrane del REG e viene poi traslocata
nel lume del reticolo dove pu essere glicosilata in modo simile
alle glicoproteine. Dopo di che, la proteina viene trasportata
tramite vescicole all'apparato di Golgi e qui in corrispondenza di
numerosi residui di serina, vi si lega, mediante il caratteristico
legame O-glicosidico, uno specifico tetrasaccaride (detto
tetrasaccaride di connessione o di legame). La catena dei
glicosaminoglicani inizia ad essere sintetizzata e ad accrescersi,
un monosaccaride alla volta, a partire dall'estremit libera del
tetrasaccaride. I proteoglicani meglio caratterizzati sono quelli
della matrice cartilaginea. Un proteoglicano tipico della
cartilagine ialina l'aggrecano (che contribuisce alla grande
resistenza di questo tessuto alla compressione), costituito da un
asse proteico al quale sono legati covalentemente in punti diversi
oltre 100 catene laterali costituite da GAG solforati, appartenenti
a tre categorie: condroitin 4 solfato, condroitin 6 solfato e
cheratan solfato. L'asse proteico invece costituito da circa 3000
a.a. ed ha una lunghezza di circa 100-150 nm e pu essere suddivisa
in tre regioni: una regione che lega prevalentemente le molecole di
condroitin solfato, una regione intermedia che lega prevalentemente
le molecole di cheratan solfato e un segmento situato a un'estremit
privo di catene laterali polisaccaridiche, con cui si attacca
all'acido ialuronico. Infatti molte molecole di aggrecano si legano
a una singola catena di acido ialuronico tramite proteine di
connessione, dando origine ad aggregati che pensano molti milioni
di dalton e possono raggiungere alcuni micrometri di dimensione e
che sono capaci di legare grandi quantit d'acqua per il loro
carattere idrofilo. Ricordiamo per che solitamente nei
proteoglicani i diversi tipi di GAG non sono legati ciascuno ha una
specifica regione dell'asse proteico cos come in questo caso, ma
sono pi mescolati tra loro. Le funzioni dei proteoglicani sono
principalmente di due tipi: 1) - contribuiscono ad organizzare in
modo ordinato l'ECM mediante interazioni specifiche con altri
componenti; a causa della loro viscosit e permeabilit costituiscono
dei "filtri" molecolari a porosit variabile: regolano la diffusione
di molecole da e verso i capillari; per la loro forte carica
negativa proteggono gli endoteli e impediscono l'attacco di cellule
circolanti nel sangue alla parete del vaso. Il caso pi evidente di
proteoglicano che contribuisce a organizzare la matrice proprio
quello dell'aggrecano, che si trova a nella cartilagine e
contribuisce a dare resistenza al tessuto nei confronti di forze di
compressione. Inoltre per le sue grandi dimensioni e per il suo
carattere idrofilo capace di trattenere grandi quantit di acqua. 2)
hanno la capacit di regolare le funzioni cellulari intervenendo in
vario modo sull'attivit dei recettori cellulari e i meccanismi con
cui agiscono sono molteplici. Infatti possono intrappolare nello
spazio intercellulare molecole, come fattori di crescita o enzimi;
il legame con il proteoglicano pu stimolare oppure inibire la
funzione del fattore di crescita; il proteoglicano pu limitare la
diffusione del fattore intrappolandolo in una regione limitata,
mediante legami covalenti, e da cui pu essere rilasciato
all'occorrenza. Infine il legame con il proteoglicano pu 14
proteggere oppure accelerare la degradazione del fattore. I
proteoglicani non solo li troviamo nello spazio intercellulare
all'interno della matrice: alcuni diventano componenti integrali
delle membrane plasmatiche, essendo ancorati al doppio strato o
tramite l'inserimento della proteina centrale oppure attraverso il
legame covalente con il GPI (glicosil fosfatidil inositolo) e
svolgono in questa sede molte funzioni: co-recettoriali, di
collegamento con macromolecole della matrice, ecc...). Ad es, il
proteoglicano decorina pu legarsi al fattore di crescita
trasformante b e ci impedisce al fattore di interagire con le
cellule bersaglio; oppure ancora questo fattore pu legarsi a un
altro proteoglicano, il betaglicano, che lo presenta allo specifico
recettore di membrana. Opuure ancora, il sindecano pu legarsi al
fattore di crescita dei fibroblasti tramite le catene di
eparansolfato e in alcuni casi questo legame sembra essenziale per
l'interazione del fattore con le cellule bersaglio. Inoltre l'asse
proteico del sindecano una proteina transmembrana che possiede un
dominio intercellulare che si lega ai filamenti di actina
subplasmalemmali (contribuendo a determinare lo stato organizzativo
del citoscheletro), un dominio transmembrana e un dominio
extracellulare a cui sono legati i GAG, attraverso i quali il
sindecano stabilisce rapporti con macromolecole della matrice,
fungendo quindi da integrina. Abbiamo gi parlato dell'aggrecano,
ora vediamo in generale di parlare di aggregati proteoglicanici. Un
aggregato proteoglicanico un complesso macromolecolare formato da
molte molecole di proteoglicano che si legano lungo una molecola di
acido ialuronico. Il complesso che ne risulta di grossissime
dimensioni. Ad es, l'aggregato presente nella matrice cartilaginea
costituito da un asse di acido ialuronico cui sono legate circa 100
molecole di aggrecano (ciascuna mediante una molecola di una
proteine di collegamento) e ha un peso molecolare dell'ordine di
100 milioni di dalton. La stessa proteine di collegamento capace di
mediare l'interazione di altri proteoglicani (versicano, neurocano)
con l'acido ialuronico e aggregati come quelli sopra descritti sono
reperibili in molti tessuti e sedi, come il corpo vitreo
dell'occhio, la polpa dentaria o il cumulo ooforo. I proteoglicani
possono legarsi anche ad altre macromolecole, tra cui il
tropocollagene o la fibronectina, formando reti tridimensionali
estremamente complesse. possibile che l'organizzazione in fasci
orientati delle strutture fibrillari dei tessuti connettivi sia
dovuta all'interazione tra tropocollagene e proteoglicani. 3)
PROTEINE STRUTTURALI CON FUNZIONE ADESIVA Le glicoproteine
costituiscono una componente importante della sostanza fondamentale
dei tessuti connettivi, anche se quantitativamente inferiore
rispetto al glicosaminoglicani. Sono formate da catene
polipeptidiche su cui sono uniti con legame covalente alcuni
oligosaccaridi, costituiti da una corta catena di glicidi: in
particolare, glucosio, mannosio, acido sialico, fucosio, esosamine,
xilolo, ecc... Queste catene di glicidi possono essere lineari o
ramificate e terminano molto spesso con un residuo di acido sialico
o di L-fucosio. I carboidrati rappresentano circa il 10-40% della
molecola e infatti, sebbene siano molto simili strutturalmente ai
proteoglicani, le glicoproteine contengono una maggiore percentuale
della componente proteica, ossia il 60-90%. La componente glucidica
costituita da brevi catene oligosaccaridiche (anzich
polisaccaridiche come nei proteoglicani) legate con legame
O-glicosidico ad un'unica catena polipeptidica, di solito in
corrispondenza di residui di serina o treonina, o con legame
N-glicosidico all'asparagina. Le glicoproteine della sostanza
amorfa sono responsabili della colorabilit di tale sostanza con il
reattivo di Schiff. Glicoproteine simili a quelle della sostanza
amorfa dei tessuti connettivi sono presenti sulla superficie di
tutti i tipi cellulari come componenti intrinseci della membrana in
quanto formano il cosiddetto glicocalice o matrice pericellulare.
15
Queste glicoproteine hanno la comune caratteristica di essere
composta da vari domini strutturali ognuno con propriet particolari
soprattutto per quanto riguarda le interazioni con altri componenti
della matrice extracellulare o con altre cellule. Queste
glicoproteine hanno funzioni molto varie, anche se la maggior parte
di queste molecole media l'adesione cellulare. Ogni specie
molecolare viene espressa in modo caratteristico nei diversi
tessuti e poich differenti glicoproteine riconoscono diversi
recettori di adesione,il risultato un sistema di adesione cellulare
molto variabile e complesso. Adesso vedremo le principali
glicoproteine capaci di ancorare le cellule alle fibre collagene
oppure ad altri substrati attraverso interazioni (contatti focali)
con i MF di actina del citoscheletro, mediante dei recettori di
membrana del gruppo delle integrine. Fibronectina: una
glicoproteina presente nei connettivi interstiziali ma anche nel
glicocalice. lunga circa 60 nm ed formata da due subunit
polipeptidiche simili, unite da ponti disolfuro. Regioni diverse
della fibronectina possono legare vari tipi di molecole, come il
collagene, l'eparina o altre molecole di fibronectina e inoltre la
proteina ha anche una regione di legame per le cellule. Il sito di
legame per le cellule costituito da due domini detti di tipo III in
cui una particolare sequenza di a.a. (arginina-glicina-acido
aspartico) localizzata in una ansa esposta della catena
polipeptidica ed riconosciuta dal recettore integrinico. La
fibronectina quindi una glicoproteina multifunzionale, il cui ruolo
si pensa sia proprio quello di fattore di adesione, specifica per
gli attacchi delle cellule e matrice extracellulare quale il
collagene e glicosaminoglicani dei diversi proteoglicani. Il legame
della fibronectina al collagene pu essere modulato dagli
glicosaminoglicani. Sebbene il meccanismo di questa interazione non
sia del tutto chiaro, possibile che la fibronectina formi complessi
macromolecolari differenti in base al tipo di proteoglicano con cui
per prima si lega. Nella matrice fibrosa, la fibronectina legata al
collagene potrebbe subire un cambiamento conformazionale che le fa
acquisire maggiore affinit per il glicosaminoglicani solfati.
Questi ultimi a loro volta regolano il legame della fibronectina
con il collagene stabilizzando il complesso fibronectina-collagene
e inducono la precipitazione della fibronectina e del collagene
determinando la loro organizzazione strutturale per formare un
reticolo fibrillare. In generale la fibronectina una volta che
stata secreta dalla cellula pu organizzarsi in filamenti con un
assemblaggio controllato dalla cellula stessa: da un lato la
fibronectina agisce sull'organizzazione del citoscheletro e della
cellula, dall'altro il citoscheletro agisce sull'organizzazione
delle fibrille di fibronectina. Infatti nel momento in cui la
fibronectina si lega ai suoi recettori integrinici, si ha un
reclutamento di molecole citoscheletriche e di segnale. Ne consegue
l'organizzazione del citoscheletro di actina e un ulteriore
aggregazione di proteine del citoscheletro e segnalatrici, con
formazione di grossi complessi molecolari al di sotto della
membrana, detti adesioni focali. vero che la maggior parte delle
glicoproteine della ECM ha funzioni adesive, per alcune hanno anche
funzioni anti-adesive. Tenascina: una glicoproteina composta da sei
catene polipeptidiche tenute assieme da ponti disolfuro;
particolarmente abbondante nei tessuti embrionali, e pu promuovere
oppure inibire l'adesione a seconda del tipo di cellula. In
particolare il suo effetto antiadesivo sembra attribuito al fatto
che la tenascina inibisce il legame sindecano-fibronectina,
un'interazione che complementa quella della fibronectina con il suo
recettore integrinico. SPARC: contenuta nelle membrane basali, ha
soltanto una fusione antiadesiva. A quanto pare attiverebbe una via
di segnalazione che destabilizza le adesioni focali. La
distribuzione di queste proteine adesive ed antiadesive ha un ruolo
importante nel guidare la migrazione delle cellule all'interno
della matrice, un fenomeno particolarmente importante durante lo
16
sviluppo embrionale. Laminina: glicoproteina solforilata che
permette l'adesione delle cellule epiteliali ed endoteliali al
collagene di tipo IV e ai proteoglicani delle lamine basali. N.B.
Ricapitolando i componenti pi importanti della sostanza amorfa
sono: GAG: acido ialuronico Proteoglicani: versicano, decorina,
sindecano, betaglicano e aggrecano Glicoproteine: fibronectina,
laminina, fibrillina, tenascina, SPARC La composizione e la
struttura della matrice extracellulare non dipende soltanto dal
tipo di molecole prodotte, ma anche dai processi di degradazione
con cui queste molecole possono essere distrutte una volta secrete.
Tale degradazione avviene ad opera di enzimi extracellulari, tra
cui i pi importanti sono: - metallo proteasi della matrice o MMP o
matricine, che necessitano di ioni zinco legati alla proteina -
serina-proteasi che possiedono una serina particolarmente reattiva
nel sito catalitico. Questi enzimi sono necessari in condizioni
fisiologiche per rimaneggiare rapidamente la matrice
extracellulare, ad esempio durante l'involuzione dell'utero dopo la
gravidanza e nell'ossificazione endocondrale. Proprio nei processi
di ossificazione, il ruolo delle matricine particolarmente
importante perch contribuiscono a rimuovere parzialmente la matrice
cartilaginea per sostituirla con tessuto osseo. Inoltre sempre le
matricine, nel momento in cui distruggono la matrice cartilaginea,
permettono di liberare fattori di crescita che erano resi inattivi
proprio dal legame con la matrice extracellulare. Invece in
condizioni patologiche, come i tumori, questi enzimi favoriscono
l'invasione dei tessuti circostanti e la disseminazione
metastatica.
MEMBRANA BASALEE' una struttura submicroscopica specializzata
dell'ECM. Ha aspetto laminare con spessore di circa 50100 nm. Si
trova all'interfaccia tra il tessuto connettivo propriamente detto
e diversi tipi di cellule: epiteliali, muscolari, gliali, adipose.
Pu formare uno strato basale, un rivestimento, che costituisce il
substrato a cui aderiscono le cellule epiteliali, oppure pu
avvolgere completamente altri tipi cellulari quali appunto cellule
muscolari o adipociti o cellule di Schawann. Particolarmente spessa
la membrana basale del glomerulo renale, membrana che si interpone
tra le cellule endoteliali del glomerulo renale e i podociti
(cellule epiteliali della capsula di Bowman). La membrana basale si
presenta come una zona priva di cellule ma ricca di macromolec le
della matrice, PAS positiva e metacromatica (propriet conferitagli
da glicoproteine e GAG). Si presenta apparentemente omogenea se
osservata al M.O. , mentre osservata al M.E, si rivela costituita
da pi strati. In particolar modo se parliamo della membrana basale
che separa l'epitelio dal connettivo si distinguono 17
sul versante epiteliale la lamina basale, sul versante
connettivale la lamina reticolare. La lamina basale si suddivide a
sua volta in: - lamina lucida detta anche lamina rara: uno strato
di 10-50 nm di spessore, addossato alla membrana plasmatica delle
cellule epiteliali, relativamente omogeneo e ricco di integrine e
glicoproteine come lamina ed entactina - lamina densa: uno strato
elettron-denso di 20-300 nm di spessore, ricco di filamenti di
collagene di tipo IV e di perlencano, un proteoglicano ricco di
eparan solfato. Nella lamina basale sono presenti componenti
elaborati soprattutto dalle cellule epiteliali e inoltre anche
microfibrille di collagene di tipo VII e di fibrillina e molecole
di fibronectina prodotte dai fibroblasti. La lamina reticolare
invece ricca di macromolecole elaborate dai fibroblasti, come
collagene di tipo I e III, ed ha spessore variabile. L'insieme dei
componenti dei diversi strati forma, attraverso una serie di
interazioni, un intreccio complesso, un feltro, elaborato da
entrambi tessuti confinanti: le molecole di collagene IV si
aggregano, attraverso interazioni specifiche tra le estremit
amminiche e carbossiliche, a formare una rete estesa. Questa rete
si lega alla nidogenina e attraverso questa, con la laminina. La
laminina a sua volta si lega a recettori di superficie delle
cellule epiteliali, muscolari, ecc... Si forma cos una fitta
impalcatura tridimensionale stabilizzata da numerosi legami
covalenti. Le funzioni della membrana basale dipendono proprio dal
complesso intreccio di macromolecole: la rete di collagene assicura
coesione meccanica tra connettivo e tessuto confinante, la presenza
dei GAG svolge funzioni di filtrazione molecolare, e cos via.
Complessivamente quindi la membrana basale in primis fornisce un
ancoraggio flessibile, deformabile, ma resistente alla tensione per
il tessuto confinante col connettivo: questo ancoraggio permette di
determinare la forma della cellula, la sua popolarit e durante lo
sviluppo costituisce un percorso lungo il quale avvengono
migrazioni cellulari. Un'altra funzione che riguarda soprattutto il
glomerulo renale proprio quella di filtro molecolare sopra
accennato. La membrana basale del glomerulo impedisce infatti il
passaggio delle macromolecole del sangue nell'urina e questo dovuto
soprattutto alla presenza del perlecano (un proteoglicano ricco di
eparan solfato). La membrana basale poi determinante per la
differenziazione delle cellule, per la loro sopravvivenza e per
regolarne la proliferazione. anche fondamentale nei processi di
rigenerazione tessutale: infatti se la membrana basale non rimane
conservata nella sua struttura, la riparazione del tessuto avviene
pi lentamente e in modo disordinato. Infine alcuni componenti della
membrana basale contengono dei domini con funzione criptica, una
funzione cio che non si esplica fino a quando la molecola integra.
Quando la molecola per viene degradata da enzimi proteolitici,
magari in seguito a processi patologici, questi domini vengono
liberati sotto forma di frammenti singoli e possono svolgere la
loro funzione. Ad esempio, l'endostatina inibisce la neoformazione
di vasi sanguigni. Le fibre dell'ECM e le membrane basali sono
connesse da vari sistemi strutturali: - fibrille ancoranti: un
complesso di ancoraggio che si trova al di sotto di molti epiteli
ed costituito da fasci di procollagene VII, le cui estremit si
inseriscono nella membrana basale oppure nelle placche ancoranti
(corpuscoli immessi nella matrice interstiziale, con
un'ultrastruttura simile alla lamina densa della membrana basale e
costituiti in prevalenza da collagene IV). La rete di fibrille
ancoranti ingloba nelle sue maglie fasci di fibre collagene,
stabilendo cos un'effettiva integrazione tra membrana basale e
stroma interstiziale. - filamenti di collagene VI: questo collagene
forma dei filamenti perlati diffusi in tutto il connettivo
interstiziale ma soprattutto al di sotto delle membrane basali. La
sottile rete a maglie larghe che ne deriva, 18
prende contatto con la membrana basale, legandosi col il
collagene IV. Questa rete di filamenti particolarmente importante
come componente dell'endomisio, perch necessaria per stabilizzare
le fibre muscolari durante il processo di contrazione. - fibre
ossitalaniche: servono ad integrare le membrane basali e l'elastina
fibrosa. Queste fibre decorrono spesso perpendicolarmente alla
membrana basale degli epiteli, vi si inseriscono direttamente
mentre negli interstizi si continuano prima con le fibre elauiniche
e poi con la rete di fibre ricche di elastina. In questo modo gli
stress meccanici applicati all'epitelio vengono trasmessi
attraverso fibre ossitalaniche rigide e poi smorzati su fibre che
hanno via via quantit pi abbondante di elastina.
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