A  MATRIZ  EXTRACELULAR

 

ANOTAÇÕES TEÓRICAS E MÉTODOS DE ESTUDO

 

  A matriz extracellular (MEC) faz parte do interstício presente no estroma em todos os órgãos e tecidos do corpo, sendo caracterizada por uma rica e complexa rede dinâmica de macromoléculas, que modulam a proliferação, a diferenciação, a forma, a função, a polaridade, a adesão, a motilidade e a migração celulares, durante os desenvolvimentos embrionário, fetal e no período pós-natal, assim como o reparo e a manutenção da estrutura e da organização dos diversos tecidos corporais, ou seja, dos tecidos conjuntivos em si (conjuntivo propriamente dito, adiposo, cartilaginoso, ósseo, sanguíneo, hematopoético), e os dos órgãos constituintes dos vários sistemas do organismo: tegumentar, respiratório, circulatório, digestório, genitourinário, endócrino, nervoso, locomotor e imunológico.

  Seus componentes são sintetizados pelas células estromais (fibroblastos, osteócitos, osteoblastos, condrócitos, condroblastos, células endoteliais, adipócitos, macrófagos, etc) e parenquimais, epiteliais e não epiteliais, e caracterizam-se, basicamente, por variadas proteínas colagênicas e não colagênicas (glicoproteínas), glicosaminoglicanas e proteoglicanas, e pelo sistema elástico. Estes componentes variam de acordo com os diversos tipos de tecidos e órgãos, interagem entre si e com moléculas de adesão do tipo integrinas (proteínas da membrana celular, que promovem a adesão intercelular e das células com a MEC), assim como com o citoesqueleto citoplasmático e a matriz nuclear, influenciando na expressão genética celular, além de servirem como sítios de ligação de inúmeras citocinas (e.g. vários fatores de crescimento) e hormônios, modulando, assim, as funções das diversas células (autóctones ou não) presentes nos tecidos.

 

As Proteínas Colagênicas da Matriz Extracelular

 

  As proteínas colagênicas são as mais abundantes, compreendendo cerca de 25% a 30% das proteínas do organismo. A molécula de colágeno é formada pela reunião helicoidal de três cadeias alfa polipeptídicas helicoidais, ricas nos aminoácidos glicina, prolina, hidroxiprolina e hidroxilisina. Há cerca de 46 tipos diferentes de cadeias alfa polipeptídicas, de modo a formarem-se os 29 diferentes tipos de colágeno conhecidos. Essas moléculas distribuem-se em grupos definidos de acordo com as homologias estruturais de seus domínios e as interrelações entre si (associações supraestruturais), pois cada tipo de colágeno costuma associar-se com outro tipo de colágeno na matriz extracelular, assim como com vários dos demais componentes da MEC citados.

 

Os Grupos Conhecidos de Colágenos

 

♦ Colágenos fibrilares: tipos I, II, III, V, XI, XXIV e XXVII. Esses colágenos são os predominantes, formam agregados fibrilares, e são encontrados, especialmente, em matrizes fibrosas, como na derme, ossos, tendões e ligamentos, cápsulas de órgãos, entre vários outros sítios.

♦ Colágenos FACIT (Fibril Associated Collagens with Interrupted Triple-helices): tipos IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX, XXI e XXII. Estes  colágenos associam-se com os colágenos fibrilares constituindo pontes entre eles. Assim, os colágenos XII, XVI, XIX e XXI associam-se com o colágeno fibrilar tipo I e os colágenos IX, XVI e XIX associam-se com o colágeno fibrilar tipo II. Tais colágenos promovem e asseguram a integridade e a estabilidade da MEC, regulando a formação e o tamanho dos colágenos fibrilares.

♦ Colágeno de membrana basal: tipo IV. Forma uma estrutura em rede, associando-se com outras proteínas da membrana basal, como a laminina, entre outras (veja abaixo).

♦ Colágeno de cadeia longa: tipo VII. Constitui as fibrilas ancorantes que unem a membrana basal, onde se apoia o epitélio, com a matriz extracelular do estroma conjuntivo associado.

♦ Colágenos filamentosos com contas (glóbulos): tipos VI, XXVI, XXVIII e XXIX. Caracterizam-se por formarem microfibrilas com domínios globulares.

♦ Colágenos de cadeia curta: tipos VIII e X. O do tipo VIII constitui uma rede hexagonal. O tipo X regula e é regulado nos sítios com hipertrofia da cartilagem (veja abaixo).

♦ Colágenos MULTIPLEXINs (multiple triple-helix domains and interruptions): tipos XV e XVIII. Apresentam múltiplos domínios da tripla-hélice com interrupções, não colagênicas, contendo os glicosaminoglicanos condroitim-sulfato (colágeno XV) ou heparam-sulfato (colágeno XVIII).

♦ Colágenos MACIT (Membrane Associated Collagens with Interrupted Triple-helices): tipos XIII, XVII, XXIII e XXV. Colágenos de membranas celulares com domínios intra- e extracelulares.

 

Considerando-se Cada um dos Tipos de Colágenos

 

 O colágeno tipo I forma fibras largas com o agrupamento das fibrilas, e está presente em quase todos os tecidos conjuntivos, como nos ossos, na pele, nos tendões e ligamentos, nas paredes vasculares, no fígado e na esclera ocular, na córnea, na membrana limitante interna da retina, nos vasos retinianos e na interface do corpo vítreo (humor vítreo) com a retina, etc. Constitui cerca de 90% dos tipos de colágeno. Associa-se com os colágenos III e V constituindo fibras com fibrilas heterotípicas, usualmente observadas na matriz extracelular de osso, tendões e ligamentos.

 O do tipo II, fibrilar, constitui fibras finas, e é encontrado especialmente na cartilagem (80-90% da matriz da cartilagem), nos discos intervertebrais e no humor vítreo (corpo vítreo) na câmara posterior do globo ocular, na interface do corpo vítreo com a retina, assim como nos vasos da retina. Associa-se com o colágeno tipo XI e faz ligações cruzadas covalentes com o colágeno IX, além de interagir com proteoglicanas.

 O colágeno tipo III, caracteriza-se por fibras finas e tende a associar-se com o colágeno tipo I, formando com este, fibrilas heterotípicas, tendo, assim, a mesma distribuição que a do colágeno tipo I. Constitui importante componente das chamadas fibras reticulares observadas na derme e na parede dos vasos e no estroma dos órgãos como os pulmões, rins, fígado, baço, tubo digestivo, etc. Igualmente está presente na esclera e na córnea e nos vasos retinianos.

 O do tipo IV, não forma fibrilas e constitui redes que estão presentes, especialmente, nas membranas basais, que separam os epitélios do estroma conjuntivo associado. O colágeno tipo IV nas membranas basais associa-se com outras moléculas, como os colágenos tipos XV e XVIII, e com proteínas não colagênicas como a laminina, a entactina (nidogênios 1 e 2), e as proteoglicanas perlecana e agrina.

 O colágeno tipo V, caracteriza-se por fibrilas, que se unem aos colágenos tipo I e tipo III formando fibrilas heterotípicas, tendo, assim, ampla distribuição como a do colágeno tipo I, além de também estar nos pelos, nas unhas, no corpo vítreo (humor vítreo ocular), na interface do corpo vítreo com a retina, nos vasos da retina, na esclera e na córnea, nos ossos, no fígado, pulmões, e na placenta. Também dispõem-se como finas redes ao redor de células, nos tecidos musculares lisos (pericelular) e estriados (no endomísio).

 O do tipo VI forma microfibrilas com domínios globulares, que se dispõem entre os feixes de fibrilas dos colágenos tipos I e III, unindo-as. Também interage com o colágeno tipo II e a proteoglicana decorina. As microfibrilas do colágeno tipo VI são estabilizadas por meio de ligações não covalentes com a glicosaminoglicana hialuronana (ácido hialurônico). Sua distribuição acompanha as dos colágenos tipos I, II e III, podendo-se citar: a cartilagem, discos intervertebrais, aorta, pele, placenta, útero, fígado, tendão, córnea, o corpo vítreo (humor vítreo ocular), na membrana basal da retina (membrana limitante interna), na íris e no corpo ciliar, nos vasos retinianos, etc.

 O colágeno do tipo VII é formado por finas e curtas fibrilas, as fibrilas ancorantes, que unem a membrana basal da pele com o conjuntivo na derme; a membrana basal do epitélio estratificado escamoso com a lâmina própria da mucosa oral; a membrana basal do epitélio da mucosa uterina com o córion, etc. Também está presente em várias camadas da retina. Como fibrilas ancorantes une-se com os colágenos I e III.

 O do tipo VIII, de cadeia curta, em rede hexagonal, é encontrado no tecido conjuntivo subendotelial de grandes vasos sanguíneos, assim como em arteríolas e vênulas (nos músculos estriados esqueléticos e cardíaco, rins, baço, fígado e pulmões, etc); nos olhos (membrana de Descemet da córnea, na rede trabecular, na parede do canal de Schlemm, na membrana de Bruch, no estroma coroidal, na esclera, nas placas cribriformes dos nervos ópticos, e na íntima da artéria central da retina ) e no pericôndrio.

 O colágeno tipo IX é fibrilar e associa-se com fibrilas do colágeno tipo II, estando, assim, presente na cartilagem, discos intervertebrais, e no humor vítreo (corpo vítreo) da câmara posterior ocular, na interface do corpo vítreo com a retina, nos vasos retinianos e na córnea.

 O do tipo X é encontrado nas zonas de ossificação endocondral e nas áreas de neoformação óssea, secundárias aos processos inflamatórios e degenerativos osteoarticulares e no reparo das fraturas, assim como em zonas com hiperplasia da cartilagem.

 O colágeno tipo XI é fibrilar, também associa-se com o colágeno tipo II, na cartilagem, e nos discos intervertebrais, formando fibrilas heterotípicas. Igualmente está presente na traqueia, tendões, ossos esponjosos, músculo esuqelético, placenta, pulmões, no cérebro, no corpo vítro (humor vítreo) ocular e na interface do corpo vítreo com a retina.

 O do tipo XII é fibrilar e associa-se com fibrilas do colágeno tipo I e está presente na musculatura estriada esquelética, na pele, pericôndrio, periósteo, ligamentos e tendões, pulmões, fígado, placenta, paredes vasculares, etc. Interage com glicoproteínas da matriz, como a decorina, fibromodulina e a tenascina.

 O colágeno tipo XIII é de localização transmembrana celular e envolvido na adesão celular, sendo observado na pele, olhos, coração, células endoteliais e nas junções neuromusculares. Sua expressão é maior durante o desenvolvimento e no crescimento pós-natal. Interage com várias moléculas da matriz, como a fibronectina, perlecana, nidogênio 2, vitronectina, colágeno IV e com integrinas.

 O do tipo XIV associa-se com fibrilas do colágeno tipo I e tem distribuição semelhante às dos colágenos tipos I e XII. Também é observado na pele, tendões, cartilagem articular, córnea. Predomina em tecidos com alto estresse mecânico.

 O colágeno tipo XV é observado na membrana basal especializada em olhos, músculos estriados esqueléticos, capilares, testículos, coração, rins, pâncreas. Tem sido detectado associado com células musculares lisas, células endoteliais, lipócitos e células de Schwann, nos intestinos delgado e grosso, ovário, assim como com o colágeno fibrilar na pele e na placenta, por exemplo.

 O do tipo XVI encontra-se na pele, em associação com componente microfibrilar rico em fibrilina, em áreas próximas da membrana basal (derme papilar) e na junção dermoepidérmica, e associa-se também com fibrilas de colágeno tipo II na cartilagem. Liga-se também com o colágeno XI e a fibronectina. Igualmente é encontrado no coração, intestinos, rins e paredes arteriais. Nos intestinos é produzido por miofibroblastos subepiteliais, onde contribui para a estabilidade e manutenção da membrana basal, sendo a sua síntese aumentada nas doenças inflamatórias intestinais. É produzido igualmente por neurônios dos gânglios das raízes dorsais dos nervos espinhais, depositando-se-na matriz ganglionar e dispondo-se ao redor dos neurônios.

 O colágeno tipo XVII localiza-se nos hemidesmossomos dos epitélios na pele, nas membranas mucosas, e nos olhos. Estabiliza a adesão das células epiteliais com a matriz extracelular. Liga-se com a laminina e integrinas.

 O do tipo XVIII encontra-se nas membranas basais (da cápsula de Bowman, dos capilares glomerulares, dos túbulos renais, dos alvéolos pulmonares, dos brônquios, nervos periféricos, da pele), no fígado, na matriz mesangial dos glomérulos renais, pulmões, musculatura esquelética, testículos, nos vasos da retina e na interface do corpo vítreo (humor vítreo) com a retina e na membrana limitante interna da retina e nos vasos retinianos. Está envolvido com o desenvolvimento dos olhos e com a manutenção da integridade das membranas basais. Regula a adipogênese e a manutenção e a função dos depósitos de tecido adiposo no organismo.

 O colágeno tipo XIX é observado nas membranas basais em mamas, cólon, rins, fígado, placenta, próstata, músculo esquelético, pele e baço.

 O do tipo XX forma pontes com os colágenos fibrilares tipos XII e XIV. É o mais prevalente na córnea. É detectado na pele do embrião, na cartilagem esternal e nos tendões.

 O colágeno tipo XXI parece ser importante na estruturação da rede vascular. É visto no coração, estômago, jejuno, rins, pulmões, músculo esquelético, pâncreas, linfonodos e placenta.

 O do tipo XXII predomina no coração e músculos esqueléticos. Tem sido descrito em junções teciduais, como as miotendinosas, que são os locais onde os músculos exercem a maior força de tração nos tendões.                

 O colágeno tipo XXIII é descrito nos pulmões, coração, pele, tendões, córnea, retina, rins e placenta.

 O do tipo XXIV é colágeno fibrilar encontrado nos ossos em formação, assim como na córnea, cérebro, músculos, rins, baço, fígado, pulmões, testículos, e ovário.

 O colágeno tipo XXV é de membranas celulares e expresso em neurônios no cérebro, assim como em células no coração, testículos e olhos.

 O do tipo XXVI é visto especialmente nos testículos e ovários de adultos e tem alta expressão durante o desenvolvimento dos tecidos reprodutores (testículos e ovários) nos neonatos.

 O colágeno tipo XXVII está presente na cartilagem de adultos. Durante o desenvolvimento a sua expressão é alta nos ossos, na ossificação endocondral, especialmente nas áreas com hipertrofia da cartilagem nos centros primários de ossificação e nas placas epifisárias (placas de crescimento).

 O do tipo XXVIII predomina nos nervos periféricos ao redor de células gliais  não mielinizantes e nos gânglios nervosos da raiz dorsal dos nervos espinhais. Também é observado nos nós de Ranvier e na pele que reveste a calvária (calota craniana).

 O colágeno tipo XXIX é importante para a integridade, coesão, dos epitélios, sendo observado relacionado com a epiderme, assim como com os epitélios do pulmão e dos intestinos delgado e grosso. Na dermatite atópica há a falta da expressão do colágeno XXIX, especialmente nas camadas mais externas da epiderme. O colágeno XXIX pertence ao grupo de colágenos com domínio tipo A (vWA) do fator de von Willebrand. Estes colágenos formam filamentos com domínios globulares contendo motivos vWA, e estão envolvidos nas interações de proteínas-ligantes, importantes na organização arquitetural dos tecidos e na adesão celular.

 A reunião dos componentes da matriz extracelular permite observar por meio de estudos imuno-histoquímicos das proteínas colagênicas da MEC, que ocorre um heteropolimerismo resultante de diferentes tipos de colágeno em uma única fibrila. Assim, há ligações cruzadas entre os colágenos tipos I e V; tipos I e II; tipos II e IX; tipos II e XI; tipos I e III, formando-se fibrilas heterotípicas.

 

As Proteínas Não Colagênicas (Glicoproteínas) da Matriz Extracelular

 

  Dentre as inúmeras proteínas não colagênicas (glicoproteínas) da Matriz Extracelular podemos citar:

 

  A fibronectina é uma família de glicoproteínas de alto peso molecular encontrada na matriz extracelular de vários tecidos, incluindo o plasma sanguíneo. Promove a adesão celular e regula a morfologia, a migração e a diferenciação celulares, assim como a organização do citoesqueleto. Possui domínios de ligação com moléculas de colágeno, fibrina, fibrinogênio, heparina, heparam-sulfato e com integrinas (proteínas presentes na superfície celular, que promovem a adesão intercelular e das células com componentes da MEC).

  A laminina é uma importante família de glicoproteínas da membrana basal e suas funções envolvem regular a adesão, a migração, o crescimento e a diferenciação celulares, pois interage com receptores de membranas celulares (integrinas, que são proteínas ligadoras de laminina). Liga-se com o colágeno IV, a proteoglicana heparam-sulfato e a entactina/nidogênio presentes na membrana basal. Estabiliza o fenótipo diferenciado da maioria das células epiteliais e induz a proliferação celular. A laminina localizada na membrana basal da junção neuromuscular é importante na manutenção da junção e na organização da liberação das vesículas sinápticas, com neurotransmissor, que se acumulam nas zonas ativas pré-sinápticas.

  A tenascina é uma glicoproteína da matriz constituída de seis subunidades idênticas, expressa em tecidos mesenquimais em íntimo contato com células epiteliais e endoteliais em proliferação ou migração, durante o desenvolvimento embrionário dos órgãos. Está presente nos sistemas nervosos central e periférico, na musculatura lisa, nos tendões, no pericôndrio e periósteo, e no fígado (constitutivamente no espaço perissinusoidal, e é reexpressa ao redor de vasos sanguíneos proliferando durante a fibrogênese hepática), e na matriz de neoplasias.

  A fibulina é uma glicoproteína da matriz extracelular, incluindo a do plasma. Tem alta afinidade na ligação com o Ca²⁺ e liga-se também com a fibronectina e o fibrinogênio.

  A entactina (nidogênio) é uma proteína da membrana basal, que se liga ao colágeno tipo IV e à laminina, assim como ao Ca²⁺ e à superfície celular.

  A restrictina é uma glicoproteína da matriz extracelular expressada no sistema nervoso e implicada na adesão das células nervosas.

  O fibrinogênio/fibrina presentes no plasma tem inportante papel na coagulação do sangue, além de interagirem com receptores de plaquetas e ligarem-se com receptores do tipo integrinas na superfície de células endoteliais e de leucócitos. O trombo constitui matriz extracelular provisória importante no processo de reparo tecidual, nos danos vasculares, além de promover a hemostase secundária.

  A agrina é uma glicoproteína localizada na membrana basal das sinapses da junção neuromuscular, onde ativa e reune os receptores de acetilcolina e outras proteínas na membrana plasmática da célula muscular.

  A trombospondina é uma glicoproteína de adesão, que interage com receptores na superfície celular envolvendo o proteoglicano sindecano e integrinas. É expressa em grande quantidade durante o desenvolvimento embrionário nos músculos estriados cardíaco e esquelético, ossos e cérebro, e nos tecidos adultos, especialmente nos tecidos com respostas inflamatórias. É sintetizada por células endoteliais e plaquetas ativadas, sendo encontrada nas superfícies destas, assim como na membrana basal. Liga-se também com heparina, colágeno tipo V, laminina, fibronectina, plasminogênio e fibrinogênio.

  A janusina (glicoproteínas J1) é uma glicoproteína da matriz extracelular envolvida na interação das células com o substrato. É expressa no sistema nervoso central pelos astrócitos e oligodendrócitos. Medeia a adesão transitória no reconhecimento da célula glial com o corpo celular dos neurônios. Também participa dos estádios iniciais da mielinização na interação do oligodendrócito com o axônio neuronal. Nos adultos a janusina é expressa em associação com a mielina e acumula-se nos nós de Ranvier.

  A osteonectina/SPARC (Secreted Protein, Acidic and Rich in Cystein) é uma glicoproteína ligadora de Ca²⁺ presente na matriz óssea, que tem a habilidade de formar complexos com o colágeno tipo I e a hidroxiapatita de cálcio. Tem importante participação nos processos de mineralização óssea, no desenvolvimento, homeostasia, reparo e remodelação dos tecidos. Além do colágeno tipo I, a osteonectina também liga-se com os colágenos tipos III e V e com a trombospondina. Outras proteínas da matriz extracelular óssea, igualmente sintetizadas pelos osteoblastos, e que também participam da mineralização óssea, são a osteopontina e a osteocalcina. A osteopontina participa da ancoragem dos osteoclastos com a matriz óssea, é importante na remodelação óssea, e é secretada por várias outras células não ósseas (fibroblastos, condrócitos, macrófagos, células musculares lisas e estriadas, células endoteliais, etc). A osteocalcina é secretada apenas pelos osteoblastos; atua na formação do osso; participa da homeostasia do cálcio; atua como hormônio estimulando as células-beta da ilhotas pancreáticas a liberarem insulina; estimula os adipócitos a liberarem adiponectina, que aumenta a sensibilidade à insulina; estimula as células de Leydig testiculares a produzirem testosterona; etc.

  A undulina é uma glicoproteína observada nos tecidos conjuntivos bem diferenciados, que previne a degradação das fibrilas de colágeno regularmente alinhadas. Atua também como proteína de adesão para as células mesenquimais, mediada por integrinas. No fígado a undulina liga-se às fibras de colágeno do espaço-porta, especialmente ao redor dos vasos, e também é observada no espaço perissinusoidal.

 

As Glicosaminoglicanas e Proteoglicanas da Matriz Extracelular

 

  As Glicosaminoglicanas

 

  As glicosaminoglicanas são polissacarídeos de cadeia longa, linear (não ramificada), constituídas de duas subunidades de dissacarídeos repetitivas, sendo um dos sacarídeos um amino-açúcar (N‑acetilglicosamina, ou N-acetilgalactosamina) ligado, glicosidicamente, a um açúcar ácido (ácido glicurônico, ou ácido idurônico), ou a uma galactose. Possuem carga elétrica negativa devido aos grupamentos aniônicos sulfatados e, ou carboxilados. Consequentemente, atraem grande quantidade de cátions, especialmente o Na⁺, tornando‑se osmoticamente ativos e, por isso, altamente hidrófilos, ou seja, tornam a matriz extracelular muito hidratada.

  O ácido hialurônico ou hialuronana é a glicosaminoglicana mais simples, sendo constituída de uma cadeia de 25.000 unidades dissacarídicas não sulfatadas (N-acetilglicosamina + ácido D-glicurônico), com grupo aniônico carboxilado. Tem ampla distribuição, tanto na matriz extracelular, como na superfície de células, interferindo em suas funções. Sua presença torna a matriz altamente viscosa e hidratada. É encontrado, especialmente, no líquido sinovial, no cordão umbilical, na derme e no tecido subcutâneo.

  As demais glicosaminoglicanas são sulfatadas e diferenciadas de acordo com os monossacarídeos das suas unidades dissacarídicas, o tipo de ligação entre as mesmas e o número e localização dos grupos sulfatados, sendo denominadas: condroitim-sulfato, dermatam-sulfato, heparam-sulfato e queratam-sulfato.

♦ O condroitim-sulfato tem como unidades dissacarídicas, N-acetilgalactosamina + ácido D-glicurônico, com grupamentos aniônicos sulfatados e carboxilados.

♦ O dermatam-sulfato tem como unidades dissacarídicas, N-acetilgalactosamina + ácido L-idurônico, com grupamentos aniônicos sulfatados e carboxilados.

♦ O heparam-sulfato tem como como unidades, glicosamina e N-acetil-glicosamina + ácido L-idurônico e ácido D-glicurônico, com grupamentos aniônicos sulfatados e carboxilados.

♦ O queratam-sulfato tem unidades dissacarídicas, N-acetilglicosamina + galactose, com grupamentos aniônicos sulfatados.

  Com exceção do ácido hialurônico ou hiarulonana, as demais glicosaminoglicanas estão unidas por meio de ligações covalentes com uma proteína central, de modo a constituirem as chamadas proteoglicanas. Estas se diferenciam das glicoproteínas por conterem cadeias longas de glicosaminoglicanas não ramificadas, lineares, ligadas à porção central protéica, enquanto as glicoproteínas têm cadeias pequenas ramificadas de oligossacarídeos, associadas com a parte protéica.

 

  As Proteoglicanas

 

  As proteoglicanas são inúmeras, tendo importante ação na sinalização química entre as células por se ligarem a várias citocinas, como fatores de crescimento e quimiocinas. Algumas são componentes integrais da membrana citoplasmática, atuando como correceptores na ligação das células com a matriz extracelular. Outras interagem com moléculas de colágeno, podendo ser citadas:

  Agrecana é uma grande proteoglicana agregante, contendo queratam-sulfato ou condroitim-sulfato, sendo encontrada nos tecidos cartilaginosos. Apresenta alta afinidade em formar ligações com o complexo proteína-ligadora associada com o ácido hialurônico/hialuronana na matriz da cartilagem. A proteína-ligadora estabiliza a interação entre a agrecana e o ácido hialurônico. Além da cartilagem, a agrecana também é expressa nos discos intervertebrais e no cérebro, especialmente nas redes perineurais. Atua como molécula ligadora de vários componentes da matriz extracelular, e destes com as superfícies celulares

  Biglicana é uma proteoglicana pequena contendo condroitim-sulfato ou dermatam-sulfato. Associa-se com a superfície celular ou localiza-se na matriz pericelular, especialmente em células mesenquimais (musculares esqueléticas, ósseas e cartilaginosas) durante o desenvolvimento. A com condroitim-sulfato, predomina no feto e no osso jovem. A com dermatam-sulfato encontra-se na cartilagem articular. Parece que esta proteoglicana liga-se ao fator de crescimento transformante-beta (TGF-β), modulando a sua atividade no ambiente da MEC. É produzida por fibroblastos da meninge e por astrócitos e tem importância na manutenção dos neurônios via mecanismos que envolvem o condroitim-sulfato e o dermatam-sulfato. É expressa nos tendões juntamente com o colágeno I e decorina e lumicana.

 Proteoglicana Cat-301 é uma proteoglicana de alto peso molecular contendo condroitim-sulfato, sendo expressa na superfície de neurônios em vários sítios no sistema nervoso central (SNC). Parece ter importância na estabilização da estrutura das sinapses no SNC.

 Decorina é uma pequena proteoglicana associada com condroitim-sulfato ou dermatam-sulfato. Liga-se com colágenos fibrilares, participando na cinética da reunião das fibrilas. Também se liga ao fator  de crescimento transformante-beta (TGF-β), neutralizando a sua ação. A decorina com condroitim-sulfato tem sido isolada de osso em desenvolvimento e a com dermatam-sulfato da cartilagem articular e do tendão. É expressa nas membranas de neurônios e de células de Schwann e inibe a adesão destas células, quando associada com condroitim-sulfato.

 Fibroglicana é uma proteoglicana heparam-sulfato especialmente expressa na membrana de fibroblastos pulmonares humanos, que tem alta afinidade em ligar-se com o colágeno fibrilar tipo I e a fibronectina.

 Fibromodulina é uma proteoglicana com queratam-sulfato presente na matriz extracelular da cartilagem, tendões, pele e esclerótica ocular. Liga-se com os colágenos fibrilares tipo I e tipo II, regulando a fibrilogênese dos colágenos. Tem ampla distribuição nos tecidos conjuntivos.

 Lumicana é uma proteoglicana contendo queratam-sulfato. Localiza-se nos tecidos mesenquimais. Contribui para a transparência da córnea mantendo os espaços interfibrilares na estruturação do colágeno da córnea. Está presnetre nos tendões juntamente com o colágeno I, biglicana e decorina.

 Glipicana é uma proteoglicana com heparam-sulfato expressa na superfície de fibroblastos pulmonares, que se liga com alta afinidade com o colágeno fibrilar tipo I, com a fibronectina e com a antitrombina III. Também é observada na superfície das células endoteliais do cordão umbilical. Interage com vários fatores de crescimento, regulando as suas atividades.

 Perlecana é uma proteoglicana com porção central protéica mutiglobular, que apresenta em uma extremidade duas ou três cadeias laterais de heparam-sulfato. Pode também apresentar cadeia lateral de condroitim-sulfato. É a proteoglicana mais comum nas membranas basais. Está também presente na cartilagem fetal (interfalangianas e metacarpofalangianas e metatarsofalangianas, nos rudimentos carilaginosos dos cotovelos, nos côndilos femorais, etc) e no adulto na cartilagem da articulação do joelho. É expressa no Sistema Nervoso Central nos plexos coroides, na membrana basal subendotelial e na membrana basal ao redor do cérebro. Mantém-se proeminente na matriz da cartilagem ao redor dos condrócitos. Exerce várias funções como: participar da estruturação da membrana basal em união com os demais componentes da mesma; na membrana basal glomerular tem participação na filtração seletiva glomerular mediada por cargas elétricas negativas; armazena o fator de crescimento fibroblástico básico (bFGF), e controla a atividade das serinas-proteases, as quais participam da degradação das proteínas da MEC (e.g. colágeno, fibronectina, laminina, etc). Tem igualmente importante participação na condrogênese e na osteogênese, e no desenvolvimento cardiovascular. Participa de vários processos celulares como a adesão, a endocitose e a autofagia. O nome perlecana deriva‑se da palavra perle (inglês medieval para pérola), devido à sua porção central protéica ser multiglobular, lembrando um “colar de pérolas.”

 Sindecana é uma proteoglicana integral de membrana citoplasmática contendo cadeias de heparam‑sulfato e de condroitim-sulfato. Participa da regulação da forma e da organização das células epiteliais. Une estas células por meio de ligações cruzadas com proteínas da matriz extracelular, como a fibronectina, colágenos tipos I, III e V, e trombospondina, fazendo por meio da membrana citoplasmática associação com a actina do citoesqueleto. Também associa-se ao fator de crescimento ligado à heparina, e ao fator de crescimento básico fibroblástico (bFGF), modulando a ação do mesmo, assim como ao fator de crescimento fibroblástico ácido (aFGF), ao fator estimulante de colônias granulócito-macrófago, à interleucina 3, ao gama-interferon, etc. Nas células mesenquimais esta proteoglicana é intracelular. As moléculas de colágenos tipos I, III e V, fibronectina e trombospondina podem ligar-se separadamente ou em combinação com as células que expressam sindecana na membrana citoplasmática.

 Versicana é uma grande proteoglicana com condroitim-sulfato expressa em fibroblastos, que se liga ao ácido hialurônico. Interage também com a tenascina, fibulina, fibronectina, colágeno tipo I, e com os receptores de membrana selectinas e CD44, com quimiocinas e fatores de crescimento, etc. Assim, tem importante atuação na regulação da adesão (antiadesão), sobrevivência, proliferação e migração celulares, assim como na estruturação da matriz extracelular. Tem ampla expressão em muitos tecidos do corpo.

 Neurocana é uma proteoglicana com condroitim-sulfato presente na matriz extracelular no Sistema Nervoso Central. Interage com hialuronana, heparina, tenascina, fatores de crescimento e outras citocinas, assim como com moléculas de adesão celular. É importante componente da matriz extracelular cerebral durante o desenvolvimento. É expressa em condições fisiológicas pelos neurônios e pelos astrócitos quando há lesão cerebral.

 Brevicana é a principal proteoglicana com condroitim-sulfato presente no cérebro adulto. Localiza-se na superfície de neurônios e nos sítios perissinápticos.

 

O Sistema Elástico da Matriz Extracelular

 

 Tecidos como a pele, pulmões, grandes vasos sanguíneos, bexiga, e em sítios no interior de órgãos, que possuem propriedades elásticas, ou seja, a capacidade de serem distendidos e de voltarem à forma original, ao exercerem as suas funções, apresentam na matriz extracelular um sistema elástico, constituído por uma rede de fibras oxitalânicas, fibras elaunínicas e fibras elásticas.

 Durante o desenvolvimento, na elastogênese, as fibras que primeiro aparecem são as oxitalânicas, seguidas das elaunínicas e, por fim, as fibras elásticas. O precursor da elastina é a tropoelastina sintetizada por fibroblastos, fibras musculares lisas, condrócitos e células endoteliais.

 As fibras elásticas são uma estrutura complexa, que contém elastina, proteínas microfibrilares e lisil-oxidase, sendo a proteína elastina o seu principal componente (cerca de 90%), a qual é altamente hidrofóbica e rica em prolina e glicina, com pouca hidroxiprolina e nenhuma hidroxilisina. Assim, as fibras elásticas têm um núcleo de elastina (amorfo) coberto por uma camada de microfibrilas tubulares. Estas são constituídas de várias glicoproteínas de grande tamanho, ricas em cisteína, e de pequeno tamanho, e de uma grande glicoproteína chamada fibrilina, essencial para a integridade das fibras elásticas. Quando totalmente maduras as fibras elásticas deixam de apresentar o componente microfibrilar.

 As fibras oxitalânicas são constituídas apenas por feixe de microfibrilas paralelas de aspecto tubular, idênticas às microfibrilas das fibras elásticas.

 As fibras elaunínicas apresentam algum componente amorfo elastina disperso e entremeado por entre as microfibrilas.

 A elastina provê elasticidade e resiliência aos tecidos e órgãos. Assim, as fibras oxitalânicas, por possuirem apenas microfibrilas, não têm elasticidade e, desse modo, restringem-se aos sítios do tecido conjuntivo sujeitos aos estresses mecânicos, mas que não podem sofrer estiramento, distensão. As fibras elaunínicas, por possuírem microfibrilas e alguma elastina de permeio, possuem propriedade elástica intermediária entre as fibras oxitalânicas e as fibras elásticas. Por fim, as fibras elásticas por conterem predominantemente o componente amorfo elastina, apresentam plenamente as propriedades elásticas.

  Nos tecidos conjuntivos da pele, das mucosas, ao redor dos vasos, etc, as fibras elásticas têm distribuição nas áreas mais profundas, mantêm continuidade direta com as fibras elaunínicas em distribuição intermediária e estas com as fibras oxitalânicas em disposição mais superficial, cujas extremidades unem-se com a membrana basal subepitelial.

 

MÉTODOS DE COLORAÇÃO OU IMPREGNAÇÃO PARA O ESTUDO HISTOLÓGICO DA MATRIZ EXTRACELULAR

 

  O estudo histológico clássico dos componentes da matriz extracelular pode ser realizado por inúmeros métodos de coloração ou impregnação, dentre os quais indicamos alguns, que, no conjunto, permitem avaliar de modo ótimo, os diversos grupos de componentes da matriz extracelular depositados nos tecidos normais, como controle, e nos com alterações histopatológicas.

 

 Método Tricromático de Masson

  Para a avaliação da matriz extracelular como um todo, corada em azul, nos cortes histológicos, mantendo-se a visualização das células de modo diferenciado, um dos melhores métodos é o Tricromático de Masson. (Imagens 1, 2, e 3).

 

1. Pneumonite crônica com fibrose e organização. Note a deposição de componentes da matriz extracelular (em azul) no interstício. À esquerda, observa-se brônquio com a parede espessada e associada com alguns feixes de fibras musculares lisas (em vermelho). À direita, observam-se bronquíolos respiratórios delimitados por largos septos resultantes do colapso dos alvéolos, com justaposição e fibrose dos seus septos. Método Tricromático de Masson, 200x.

 

2. Pneumonite crônica com fibrose e organização pela deposição de componentes da matriz extracelular no interstício (em azul). Observe os espaços aéreos constituídos por bronquíolos respiratórios, revestidos por pneumócitos tipo II.  Os septos representam a justaposição dos septos alveolares, com fibrose, pelo colapso dos alvéolos, devido ao dano difuso dos bronquíolos respiratórios e alvéolos, com membranas hialinas, na fase de pneumonite aguda. Método Tricromático de Masson, 200x.

 

3. Pneumonite crônica. Observe os bronquíolos respiratórios e os septos delimitando-os, com deposição de matriz extracelular (em azul) e fibroblastos/miofibroblastos no interstício. Método Tricromático de Masson, 400x.

 

Método do Ácido Periódico - Prata Metenamina (PAMS)

  Este método impregna com a prata os componentes da matriz extracelular, que ficam negros, devido à redução da prata de Ag¹⁺ para Ag⁰, deixando a membrana basal bem definida. A contracoloração com o método da Hematoxilia & Eosina-Floxina, dá um ótimo contraste entre os componentes celulares e a matriz extracelular. PAMS. (Imagens 4, 5 e 6).

 

4. Pneumonite crônica com fibrose e organização. À esquerda, observa-se brônquio com material amorfo, em negro, na luz, epitélio hiperplásico, e parede com deposição de componentes da matriz extracelular em várias áreas, de modo mais marcante onde há feixes de musculatura lisa. No centro e à direita, observam-se bronquíolos respiratórios delimitados pelos septos alveolares justapostos, podendo-se notar as membranas basais bem nítidas, em negro, dos vasos capilares alveolares. Em áreas a deposição de matriz extracelular preenche o interstício dos septos. No conjunto observa-se um padrão pseudoglandular, reminiscente do pulmão em desenvolvimento. PAMS-Hematoxilina & Eosina-Floxina, 200x.

 

5. Pneumonite crônica. Observe os bronquíolos respiratórios delimitados por septos com deposição de componentes da matriz extracelular no interstício, em negro, podendo-se ver, bem diferenciadas, as membranas basais dos vasos capilares dos septos alveolares justapostos, pelo colapso dos alvéolos. PAMS-Hematoxilia & Eosina-Floxina, 200x.

 

6. Pneumonite crônica. Detalhe dos septos delimitando bronquíolos respiratórios. Observe os vasos capilares nos septos, com suas membranas basais bem definidas, em negro, e apresentando hemácias na luz. PAMS-Hematoxilina & Eosina-Floxina, 400x.

 

Método da Reticulina

  Permite a impregnação com prata das fibras reticulares, que ficam negras, devido à redução da prata de Ag¹⁺ para Ag⁰, as quais representam o colágeno tipo III e as demais proteínas (glicoproteínas) não colagênicas da matriz extracelular. Métodos da Reticulina. (Imagens 7 e 8).

 

7. Pneumonite crônica. Observe a trama de fibras reticulares, que representam o colágeno tipo III e as proteínas não colagênicas (glicoproteínas) da matriz extracelular presente nos septos, que delimitam os bronquíolos respiratórios. Reticulina de Gomori, 100x.

 

8. Pneumonite crônica. Observe a rica trama de fibras reticulares em negro, nos septos que delimitam os bronquíolos respiratórios, devido ao colapso dos alvéolos e a justaposição e organização de seus septos. Reticulina de Gomori, 200x.

 

Método do Picrosirius Red para Microscopia com Luz Polarizada e Microscopia Confocal

  Permite a visualização dos colágenos tipos I, II (cartilagem), III, e IV (membrana basal). A identificação do colágeno tipo II na cartilagem exige tratamentos especiais dos tecidos, indicado na técnica. As fibras colágenas ficam coradas em vermelho, sem luz polarizada. Sob luz polarizada as fibras colágenas do tipo I adquirem birrefringência aumentada nas cores amarela viva, laranja ou vermelha; o colágeno tipo III na cor verde, o colágeno tipo IV, da membrana basal, na cor amarela, e o colágeno tipo II, da cartilagem, após tratamento especial, adquire birrefringências variáveis nos tons azul e amarelo claros, dependendo da angulação entre o colágeno tipo II e o feixe de luz  polarizada. Método do Picrosirius Red (Luz Polarizada). (Imagens 9, 10, 11, 12 e 13). Método do Picrosirius Red - Ácido Fosfomolíbdico para Microscopia Confocal. Leia o artigo original.pdf.

 

9. Pneumonite crônica com fibrose e organização. Observe a deposição no interstício de fibras colágenas do tipo I, amarelas e vermelhas, e as fibras colágenas do tipo III, verdes. Método do Picrosirius Red, com luz polarizada, 100x.

 

10. Pneumonite crônica com fibrose e organização. Observe a deposição de fibras colágenas tipo I, amarelas, e as de tipo III, verdes, no interstício dos septos, que delimitam bronquíolos respiratórios. Método do Picrosirius Red, com luz polarizada, 100x.

 

11. Pneumonite crônica. Observe os septos alveolares justapostos, devido ao colapso dos alvéolos, e delimitando os bronquíolos respiratórios. Note, no interstício dos septos, as fibras colágenas do tipo I, com birrefringência em amarelo, e as fibras colágenas do tipo III, com birrefringência em verde. Método do Picrosirius Red, com luz polarizada, 200x.

 

12. Pneumonite crônica com fibrose e organização do estroma. Note os septos delimitando os bronquíolos respiratórios e evidenciando a deposição no interstício do colágeno tipo I, com birrefringência em amarelo vivo, e do colágeno do tipo III, com birefringência em verde. Método do Picrosirius Red, com luz polarizada, 400x.

 

13. Pneumonite crônica com fibrose e organização. Observe, do meio para a esquerda, parede de brônquio com deposição de fibras colágenas do tipo I, com birrefringências em amarelo vivo e laranja, tendo associado fibras colágenas do tipo III, com birrefringência em verde. Do meio para a direita note os septos, que delimitam os bronquíolos respiratórios. Método do Picrosirius Red, com luz polarizada, 200x.

 

Método da Resorcina-Fucsina de Weigert Modificado para o Sistema Elástico

  Este método, modificado por meio de oxidação com peroximonopersulfato de potássio, ou com persulfato de potássio, permite a visualização diferenciada das fibras do sistema elástico: oxitalânica, elaunínica e elástica. Método de Weigert Modificado (Imagens 14 e 15).

 

14. Pneumonite aguda, com danos difusos de bronquíolos respiratórios e alvéolos, associados com membranas hialinas. Observe as fibras do Sistema Elástico, coradas em castanho, predominantemente nas paredes dos bronquíolos respiratórios. Método de Weigert, Modificado, 100x.

15. Pneumonite crônica com fibrose e organização. Note as fibras do Sistema Elástico, na cor castanha, predominantemente nas paredes dos bronquíolos respiratórios. Comparando-se com a imagem anterior observa-se aumento do Sistema Elástico. Método de Weigert, Modificado, 100x.

 

Método do Alcian Blue (pH 1,0 ou pH 2,5 ) – Ácido Periódico – Schiff

  As mucossubstâncias (polissacarídeos, proteoglicanas e glicoproteínas) fortemente sulfatadas reagem com o Alcian Blue no pH 1,0. As fracamente sulfatadas reagem com o Alcian Blue em soluções com pHs entre 1,0 e 2,5. As não sulfatadas, ou seja, tendo apenas grupamentos carboxílicos, reagem com o Alcian Blue em solução com pHs entre 1,7 e 3,2.

  Dito de outro modo, o corante Alcian Blue liga-se aos grupamentos ácidos aniônicos, carboxilados e sulfatados, quando em solução no pH 2,5, e apenas aos grupamentos sulfatados, quando em solução no pH 1,0. Nas soluções fortemente ácidas (pH 1,0) os grupos carboxilados não são ionizados (cargas negativas) e, assim, não atraem eletrostaticamente os cátions do Alcian Blue (corante básico ou catiônico), sendo identificados apenas os grupamentos sulfatados das mucossubstâncias.

  Assim, o Alcian Blue, no pH 1,0, permite a identificação de mucossubstâncias (polissacarídeos, proteoglicanas, glicoproteínas) fortemente sulfatadas, e o Alcian Blue, no pH 2,5, a identificação tanto das sulfatadas, como das não sulfatadas (apenas carboxiladas). Naturalmente, as mucossubstâncias coradas com o Alcian Blue em ambos os pHs 1,0 e 2,5 podem ser sulfatadas e carboxiladas, ou apenas carboxiladas (não sulfatadas).

  As mucosubstâncias neutras, ou seja, que não possuem grupamentos ácidos aniônicos, carboxilados ou sulfatados, (ou grupamentos funcionais contendo nitrogênio), não reagem com o Alcian Blue, porém são coradas pelo método do Ácido Periódico-Schiff. Neste método há uma oxidação seletiva, pelo íon periodato, dos grupos hidroxila (OH) unidos a dois átomos de carbono vizinhos, ou seja, pelas ligações tipo glicol (1,2-diol) dos carboidratos, rompendo-as, e levando à produção de aldeídos. Estes reagem com o reagente de Schiff, que contém fucsina básica, metabissulfito de sódio (ou de potássio) e ácido clorídrico na sua constituição, sendo ao final produzida uma substância vermelha, magenta, insolúvel. Método do Alcian Blue (pH 1,0 ou pH 2,5) - PAS. (Imagens 16 e 17).

 

16. Pneumonite crônica com fibrose apresentando a deposição de proteoglicanas sulfatadas na matriz extracelular dos septos, que delimitam os espaços aéreos distais (bronquíolos respiratórios). Método do Alcian BLue, pH 1,0 - Ácido Periódico - Schiff, 200x.

 

17. Pneumonite crônica com fibrose e organização. Observe a deposição de proteoglicanas no interstício dos septos, delimitando as membranas basais. Método do Alcian Blue, pH 1,0, - Ácido Periódico - Schiff, 200x.

 

 MÉTODOS IMUNO-HISTOLÓGICOS NO ESTUDO DA MATRIZ EXTRACELULAR

  Os métodos acima citados são insubstituíveis para se ter uma avaliação dos componentes da matriz extracelular nos tecidos compreendendo, no sentido lato, as fibras colagênicas e as fibras não colagênicas (glicoproteínas), as proteoglicanas sulfatadas e as não sulfatadas e o sistema elástico, com as fibras oxitalânicas, elaunínicas e elásticas. Porém, devem ser complementados com o estudo imuno-histológico (imuno-histoquímica ou imunofluorescência), para a identificação específica dos diversos componentes da matriz extracelular descritos (e.g. imagens 18, 19, 20, 21, 22 e 23).

 

18. Pneumonite crônica com fibrose e organização. Observe, no interstício dos septos, delimitando os bronquíolos respiratórios, a trama de colágeno tipo III, um dos componentes das fibras reticulares. Imuno-Histoquímica (Avidina-Biotina-Peroxidase), 200x.

 

19. Pneumonite crônica, com fibrose e organização. Observe, nos septos, a trama de fibras colágenas tipo IV, de membrana basal, delimitando os vasos sanguíneos capilares. Imuno-Histoquímica (Avidina-Biotina-Peroxidase), 200x

 

20. Pneumonite crônica com fibrose e organização. Note nos septos e nas paredes de bronquíolos, com hiperplasia do epitélio, a trama do proteoglicano condroitim-sulfato. Imuno-Histoquímica (Avidina-Biotina-Peroxidase), 200x.

 

21. Pneumonite crônica. Septos delimitando os bronquíolos respiratórios e apresentando deposição da glicoproteína fibronectina no interstício. Imuno-Histoquímica (Avidina-Biotina-Peroxidase), 400x.

 

22. Pneumonite crônica. Septos espessados e delimitando bronquíolo respiratório, apresentando deposição de fibrinogênio/fibrina (amarelo e verde) na superfície e no interstício. Imunofluorescência (Isotiocianato de fluoresceína), 310x.

 

23. Pneumonite crônica. Septos, delimitando bronquíolos respiratórios, e apresentando deposição de fibrinogênio/fibrina (amarelo e verde) na superfície e no interstício. Note a presença de fibrinogênio/fibrina nas luzes vasculares, com hemácias em vermelho. Imunofluorescência (Isotiocianato de fluoresceína), 310x.

 

 

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Extracellular Matrix Biology, Edited by Richard O. Hynes and Kenneth N. Yamada

 

 

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