2. Spazio extracellulare, abbondante nei tessuti connettivi, ricco di H20, fattori di
crescita, ormoni, citochine + rete di macromolecole.
RUOLO: STRUTTURALE: impalcatura del corpo dei vertebrati,
FUNZIONALE: migrazione cellulare, proliferazione cellulare, forma, attività
metabolica tissutale
ORIGINE: CELLULE EPITELIO MESENCHIMALE (tessuto connettivo embrionale da cui
originano connettivi, tessuto osseo, tessuto cartilagineo, sangue...).
Osteoblasti osso
Fibroblasti tessuto connettivo, tendineo
Condroblasti cartilagine
Odontoblasti denti
MATRICE EXTRACELLULARE (MEC)
3. Matrice extracellulare (MEC)
COMPOSIZIONE:
Sostanza fondamentale +
proteine fibrose
Sostanza fondamentale: matrice
amorfa e gelatinosa: permette che le
cellule si ancorino e comunichino le une
con le altre.
Il sistema comprende specifiche
proteine recettoriali trans-membrana
e proteine fibrose :
1) intracellulari actina, talina, vinculina,
(citoscheletro).
2) extracellulari fibronectina/laminina,
integrine, proteoglicani, fibre di
collagene
4. COMPONENTI del MEC
La componente extracellulare è costituita da macromolecole, prevalentemente
secrete dalla cellula.
La loro natura varia in base alla complessità dell’organismo.
Negli eucarioti consistono di lunghe molecole fibrose, flessibili immerse in una
matrice idratata amorfa di glicoproteine e polisaccaridi ramificati
5. I componenti della MEC sono soggetti continua degradazione e
ricostruzione per rinnovare la matrice e permettere il rimodellamento
durante lo sviluppo embrionale o in seguito a danno tissutale/malattia
La degradazione dei materiali della
MEC è operata da
metalloproteasi della matrice
(MMP).
MMP= fam. di proteine sia secrete
nello spazio extracellulare, che
legate alla superficie esterna della
membrana plasmatica.
Molte patologie come artrite, sclerosi multipla, aterosclerosi, deterioramento dei denti e
progressione tumorale possono essere associate ad eccessiva o inappropriata attività delle MMP
DEGRADAZIONE DELLA MEC
6. Degradazione e sintesi delle componenti della MEC sono normalmente in equilibrio.
Il mantenimento di questa condizione prevede quindi che sotto stimolo sia endogeno
che esogeno le MMPs siano attive, ma sotto stretto controllo.
Citochine infiammatorie, ormoni, fattori di crescita modulano espressione delle MMPs a
livello trascrizionale.
Attivatori locali: plasmina
Inibitori specifici: inibitori tissutali della MMPs (TIMPs)
7. COLLAGENE, ELASTINA: proteine fibrose strutturali RESISTENZA ALLA
TRAZIONE.
FIBRONECTINA, LAMININA: proteine fibrose adesive ADESIONE
CELLULARE
INTEGRINE: proteine recettoriali SEGNALAZIONE
PROTEOGLICANI E GLICOSOAMINOGLICANI (GAG) componenti della
matrice gelatinosa, molecole molto idratate RESISTENZA ALLA
COMPRESSIONE
PRINCIPALI MOLECOLE
DELLA MATRICE EXTRACELLULARE
8. COLLAGENE
La scultura Districare il Collagene (Unraveling Collagen) (2005) di Julian Voss-Andreae,
in acciaio inossidabile, alta 3,40 m. Usando le coordinate atomiche depositate nella
Protein Data Bank, l'artista tedesco-americano Julian Voss-Andreae ha realizzato
sculture basate sulla struttura del collagene e di altre proteine
18. STABILITÀ DELLE FIBRE DI COLLAGENE
La stabilità del collagene è rinforzata da ponti idrogeno tra gli ossidrili dei
residui di idrossiprolina e idrossilisina.
Questi ponti idrogeno formano legami crociati sia all’interno che tra le
singole molecole di collagene presenti in una singola fibrilla.
La mancata idrossilazione delle catene di collagene ha conseguenze su struttura
e funzione dei tessuti connettivi
19. Formazione dei legami trasversi
Le fibre sono ulteriormente
rinforzate da legami covalenti
crociati fra i residui di lisina e
idrossilisina di molecole di collagene
adiacenti (ciò rende la molecola
insolubile). Processo che nei tessuti
continua per tutta la vita… e aumenta
con l’età indurendo i tessuti
20. LEGAMI TRASVERSALI
La rottura di questi
legami conferisce
aspetto gelatinoso
LISINA,
ossidata
ad ALLISINA
Allisine di 2 fibre di
tropocollagene affiancate
formano tra loro legami
covalenti (forti)
LISIL NH3OSSIDASI
Lisil
amino-ossidasi
21. Contemporaneamente in tessuti come la cute diminuiscono le molecole di
elastina. Come conseguenza, le persone anziane hanno ossa ed
articolazioni meno flessibili e rughe.
22. Adulti: lento
Embrione/feto: veloce.
Nei tessuti in fase di rigenerazione, le collagenasi
tissutali sostengono il rimodellamento tissutale:
per esempio l’utero dopo il parto.
COLLAGENASI: enzimi proteolitici: idrolizzano la
tripla elica del collagene.
DEGRADAZIONE (lisosomale); l’attività è monitorabile
per l’ escrezione urinaria di Idrossiprolina,
non metabolizzata dall’organismo
COLLAGENASI BATTERICA:
gangrena gassosa (Clostridiopeptidasi A).
TURNOVER/DEGRADAZIONE del
COLLAGENE
23. COLLAGENE: famiglia di proteine codificate
da geni diversi.
Collagene di tipo I (connettivo
propriamente detto: tendini, osso,
dentina, cemento)
Collagene di tipo II (fibre reticolari:
cartilagine)
Collagene di tipo III (fegato, milza, pelle,
polmoni)
Collagene di tipo IV (lamina basale)
24. I diversi tipi di collagene sono divisi principalmente in due sottofamiglie:
1) FIBRILLARE: derma, cornea, tendini ecc., aspetto organizzato in fasci10-
300 nm diametro bandeggiature.
2) NON-FIBRILLARE: membrana basale, organizzato in strutture flessibili
a rete ma meno ordinate
1 2
25. PATOLOGIE
SCORBUTO: emorragie, ematomi, caduta dei denti causata da
gengive lasse.
Mancanza di vitamina C NO idrossilazione di prolina e lisina
NO legami intracatena collagene debole, lasso
rilassamento strutturale: pelle, capillari, gengive, ossa
denti ne risentono.
Denutrizione o malnutrizione: scarso apporto di vitamina C
dalla frutta/verdura: scorbuto
ALTERAZIONI GENGIVALI
NELLO SCORBUTO
26. Assenza o inattività enzimi maturazione collagene: patologia di Ehlers-
Danlos (9 varianti geniche).
Variante 5: carenza lisil ossidasi, no allisina, no legami trasversali:
collagene cutaneo lasso. La pelle quando tirata non ritorna nella posizione
iniziale.
27. Osteogenesis imperfecta
Patologia ereditaria del tessuto connettivo ed in
particolare del collagene tipo I che presenta una incidenza
stimata intorno a 1/10.000 nati
MUTAZIONE (glicina <--> cisteina)
Scorretto assemblaggio della tripla elica.
29. M a n ifesta zion i clin ich eM an ifesta zion i clin ich e
C om u ni fra gilità oss ea - osteope nia 10 0 %
Fr e qu e nti sc le re b lu 6 0 -9 0 %
d entin oge nes i im pe rfe tta 10 -5 0 %
ipo ac u sia 4 0 %
ipe rlass ità articolar e e cu tane a 5 0 -7 0 %
b as sa statur a 3 0 -10 0 %
M inori ec ch im os i, livid i, ch eloidi
ipe rte rm ia, ipe rid ros i
ip oton ia e ipo trofia m u sc olare 10 %
S p or ad ich e valvu lopatie c ard iach e
m a cro c efa lia , idr o ce falo,
alte raz ioni d e ll’em os tas i,
d e fic it o cu la ri, nef rolitiasi 5 %
C om u niC o m u ni f rag ilitfra gilit àà osse aos se a -- o ste openiaoste ope nia 10 0 %10 0 %
F re q ue ntiF re qu en ti s cle re b lusc le re b lu 6 060 --9 0 %9 0 %
d e ntinoge ne sid entino ge nes i im p erf ettaim pe rfe tta 1010 --5 0 %5 0 %
ipoacu siaip oa cu sia 4 0 %4 0 %
iper las sitip erlass it àà ar ticolare e c uta ne aarticolar e e cu tane a 5 050 --7 0 %7 0 %
b a ssa statu rab as sa statur a 303 0 --10 0 %10 0 %
M in or iM inori e cc him osi, liv id i, ch e loid ie cch im o si, livid i, ch eloid i
iper ter m ia, ipe rid rosiip erte rm ia, ipe ridr os i
ipotonia e ipotrofia m us co la reipoton ia e ipotro fia m u sc olare 10 %10 %
S po ra d ic heS por a dich e v alvulopa tieva lvu lopatie ca rd iac h ecar diac he
m ac roce falia, id roce f alo,m acro c efa lia, id roce falo,
alte razion i d ellaltera zioni de ll’’e m o sta si,em ostas i,
de ficit oc ulari, ne fro litia sid e fic it oc ula ri, nef rolitias i 5 %5 %
31. ELASTINA
Le fibre elastiche, a differenza del collagene, si allungano se
sottoposte a trazione e al cessare della trazione, le fibre
riacquistano la loro forma originale.
32. seconda proteina dopo collagene più importante della matrice
750 aminoacidi, 72 kDa un solo gene
66% aa neutri, soprattutto: glicina (33%), prolina (11%), alanina (22%).
•POCA IDROSSIPROLINA 1 %
•MANCA IDROSSILISINA
ELASTINA
33. ELASTINA
UNITA’ COSTITUENTE: TROPOELASTINA (organizzata in filamenti poveri di legami
idrogeno).
Presenti legami crociati (covalenti) tra residui di allisina o tra lisina-allisina,
ma meno numerosi rispetto al collagene: la struttura è meno rigida e organizzata.
Legami tra molecole di tropoelastina formano strutture particolari di DESMOSINA che
conferiscono elasticità per sostenere la trazione in tutte le direzioni
35. Avvolgimenti casuali (random coil) delle
molecole di elastina permettono ai tessuti
(pelle, arterie) di ritornare alla posizione
iniziale dopo essere stati deformati
più idrofobica, aspetto simile alla “gomma”:
ritorna nella configurazione originale dopo
allungamento.
Conferisce caratteristiche estensive alle
arterie e ai polmoni.
Permette una corretta funzionalità di vasi
sanguigni, legamenti e pelle.
ESTENSIBILITA’ DELL’ ELASTINA
36. PATOLOGIE
ELASTASITURNOVER della ELASTINA
Nelle pareti alveolari del tessuto polmonare l’attività della
elastasi regolata dalla ANTITRPISINA α1 che inibisce l’
elastasi impedendo distruzione tessuto polmonare
Mutazione nel gene per a1-AT o mutazione elastasi
sempre attiva degradazione non controllata tessuto
connettivo polmonare ENFISEMA.
a1-AT inibisce l’ ELASTASI interagendo con un residuo di
metionina che nel fumatore è ossidato e quindi non
riconoscibile: enfisema dei fumatori.
ENFISEMA POLMONARE
37. COLLAGENE, ELASTINA: proteine fibrose strutturali RESISTENZA ALLA
TRAZIONE.
FIBRONECTINA, LAMININA: proteine fibrose adesive ADESIONE
CELLULARE
INTEGRINE: proteine recettoriali SEGNALAZIONE
PROTEOGLICANI E GLICOSOAMINOGLICANI (GAG) componenti della
matrice gelatinosa, molecole molto idratate RESISTENZA ALLA
COMPRESSIONE
PRINCIPALI MOLECOLE
DELLA MATRICE EXTRACELLULARE
38. LE PROTEINE ADESIVE
LE PROTEINE ADESIVE APPARTENGONO AL GRUPPO DELLE
GLICOPROTEINE E ASSIEME AI PROTEOGLICANI ANCORANO LE
CELLULE ALLA MATRICE EXTRACELLULARE.
39. FIBRONECTINA
2) Movimento cellulare
3) La fibronectina plasmatica coagulazione
L’ adesione delle cellule alla matrice extracellulare avviene
attraverso il riconoscimento della sequenza RGD
Arginina Glicina Aspartato.
1) mantenimento della forma cellulare
possiede diversi domini che riconoscono la fibrina e può ancorare le piastrine alla
fibrina durante la formazione del coagulo.
40. LAMININE
Le laminine rappresentano la seconda importante famiglia
di glicoproteine adesive. Al contrario della fibronectina
che è presente nella maggior parte dei tessuti connettivi
e nei fluidi corporei, LE LAMININE SONO PRESENTI
PRINCIPALMENTE NELLE LAMINE BASALI
La laminina, come la fibronectina, interviene nella
migrazione, crescita e differenziamento cellulare.
41. RUOLO: integrare
meccanicamente e
funzionalmente la MEC
con il citoscheletro.
Le integrine sono importanti
recettori, tramite i quali
proteine della matrice, quali i
collageni, le fibronectine e le
laminine, possono legarsi alle
cellule modulandone
l’organizzazione e la funzione
INTEGRINE
42. SINDROME DI MARFAN: deficit di fibrillina-1.
patologia sistemica, coinvolto il tx connettivo: ampio spettro di espressivita’.
Gene coinvolto FBN1 (Fibrillin 1): note oltre 400 mutazioni patogenetiche.
La patologia è autosomica dominante.
Caratteristica comune e’ l’altezza e la lassita’ delle articolazioni, alta statura,
braccia e gambe lunghe, aracnodattilia, spina dorsale malformata, difetti
valvolari cardiaci dislocazione del cristallino, fragilità dell’aorta.
Abraham Lincoln Charles de Gaulle Nicolò Paganini
43. COLLAGENE, ELASTINA: proteine fibrose strutturali RESISTENZA ALLA
TRAZIONE.
FIBRONECTINA, LAMININA: proteine fibrose adesive ADESIONE
CELLULARE
INTEGRINE: proteine recettoriali SEGNALAZIONE
PROTEOGLICANI E GLICOSOAMINOGLICANI (GAG) componenti della
matrice gelatinosa, molecole molto idratate RESISTENZA ALLA
COMPRESSIONE
PRINCIPALI MOLECOLE
DELLA MATRICE EXTRACELLULARE
44. Nella sostanza fondamentale sono presenti:
Glicosaminoglicani (GAG): lunghi polimeri lineari di unità disaccaridiche solforate
covalentemente legate a proteine/ residui aa
L’unico GAG legato a proteine ma non solforato è l’acido ialuronico
Proteoglicani: costituiti da un asse proteico sul quale si legano i glicosaminoglicani,
nella cartilagine formano la matrice gelificata perché legati all’acido ialuronico.
45. GLICOSAMMINOGLICANI
Catene
oligosaccaridi
di carica
negativa,
si respingono
tra loro:
lasciano libero
dello spazio
per l’H20.
La
compressione
Espelle H2O,
(che poi
rientra)
EPARINA
polisaccaride più
negativo per
numerosi gruppi
solfato
si lega alla
antitrombina III
con effetto
anticoagulante
DERMATAN
SOLFATO
Dà elasticità
alla pelle,
(presente
anche nei vasi
sanguigni, nelle
valvole
aortiche)
ACIDO
IALURONICO
forma un gel
chiaro ed
altamente
viscoso (liquido
sinioviale, umor
vitreo
dell’occhio,
cartaligine,
tendini.
46. Unico GAG che non è solforato e
nemmeno legato covalentemente a
proteine
50. PROTEOGLICANI
Proteine con grossa componente glucidica (>95%)
STRUTTURA: proteina + centinaia di catene
polisaccaridiche di GAG
FUNZIONI:
-partecipano adesione cellulare,
-riempiono spazi intercellulari nei tessuti,
-interazione con glicosamminoglicani (GAG)
-resistenza alla pressione
Nei PG i GAG si legano all’asse proteico sia con
legame N-glicosidico che O-glicosidico
54. OSSO
Principale riserva di Ca2+ corporeo: scheletro = 99% Ca2+
Composizione:
23% MINERALI resistenza trazione e carico Ca++ immagazzinato come
CRISTALLI DI IDROSSIAPATITE Ca10 (PO4)6 (OH)2
77% PROTEINE forma e struttura principale COLLAGENE (tipo I).
Osso 1,1 Kg < [Ca2+] > 1,5 Kg
Plasma [Ca2+] = 2 mM
pochi mg di Ca2+ dall’osso sono sufficienti per variare molto calcemia, senza
recare danno allo scheletro.
55. STRUTTURA dell’OSSO
OSSO ADULTO = L’ OSSO COMPATTO LAMELLARE forma
l’osso maturo; il tessuto è organizzato da fibre collagene
orientate ordinatamente in parallelo e strati ossei sovrapposti
a formare lamelle ossee.
Prodotto da OSTEOCITI affondati nella matrice mineralizzata
Tessuto osseo lamellare semplice
56. OSSO NON LAMELLARE: cartilagine dello scheletro dell’embrione e del feto.
Adulto: suture cranio, labirinto osseo ed è 1° tessuto osseo che si forma durante la
riparazione delle fratture.
Osso leggero, plastico, più elastico, meno consistente rispetto al lamellare, contiene
minore quantità di minerali.
Le Fibre di collagene non sono orientate in modo preferenziale: definite fibre
intrecciate.
Tessuto osseo non lamellare
57. TESSUTO CONNETTIVO DENSO, contenente vasi sanguigni, vasi linfatici e fasci
nervosi -> approvvigionamento, smaltimento, informazione.
STRUTTURA E
COMPOSIZIONE
PORZIONE MINERALIZZATAimpalcatura fibrosa
proteica costituita da collagene di tipo I
aa prevalenti: Glicina, Prolina, Lisina, Glutammato,
Alanina e Arginina (Osteoblasti)
Strati minerali (fibre ricoperte da idrossiapatite
[Ca10(PO4)6(OH)2]: 60% Ca, 30% P e 10% O2 e H2
Minerale (presente anche libero in natura).
59. OSTEOCLASTI multinucleati, grossi, membrana apicale increspata demolizione
e riassorbimento della struttura ossea
OSTEOBLASTI mononucleati, sintesi componenti matrice extracellulare non
mineralizzata (OSTEOIDE). Progenitori degli osteociti Promuovono osteogenesi e
angiogenesi.
OSTEOCITI derivano da osteoblasti, inseriti nella matrice mineralizzata, forma
stellata, non si dividono. Mantengono il funzionamento del tessuto.
CELLULE dell’OSSO
60. OSTEOCLASTI
EROSIONE OSSEA eliminano
cristalli di idrossiapatite dalle ossa
rilasciandoli in circolo.
Aumentano calcemia.
OSTEOBLASTI RICOSTRUZIONE
OSSEA prelevano Ca circolante che
utilizzano per formare i cristalli di
idrossiapatite della matrice ossea.
Abbassano calcemia
CELLULE DELL’OSSO e rimodellamento osseo
Ogni giorno gli osteoclasti scompongono 500 mg
di Ca2+ dalle ossa.Ogni anno un soggetto adulto
rinnova circa il 25 % del tessuto osseo, elevata
attività metabolica
OSTEOCLASTIOSTEOCLASTIOSTEOCLASTIOSTEOCLASTI
OSTEOBLASTOSTEOBLASTOSTEOBLASTOSTEOBLASTI
61. Infanzia/gioventù OSTEOBLASTI
lavorano più degli osteoclasti: il
tessuto osseo cresce
Intorno ai 30 anni è raggiunta la
maggior massa ossea.
(Successivamente diventano più attivi
gli osteoclasti)
Senescenza la massa ossea diminuisce:
lavorano di più gli OSTEOCLASTI
RIGENERAZIONE OSSEA
62. Se la quantità di fosfato e calcio in circolo aumentano contemporaneamente
(4.5 mg Ca X 7.8 mg Po4)/100ml = 35.1 mg/100 ml
soglia del PRODOTTO DI SOLUBILITA’
precipitato di FOSFATO DI CALCIO
Evento che deve essere evitato per impedire la formazione inappropriata di cristalli.
Molto controllato
Se quantità di Ca aumenta, quella di fosfato (fosfatemia, 2,5-4,5 mg/dl nell'adulto) deve
diminuire e viceversa: organi e ormoni percepiscono e regolano i livelli plasmatici
Mineralizzazione dell’osso
63. innesco del processo di mineralizzazione dell’osso:
formazione e lisi delle VESCICOLE DELLA MATRICE EXTRACELLULARE
(VME)
Mineralizzazione dell’osso
64. EFFETTO MINERALIZZANTE
Nel processo di riassorbimento occorrono
gli OSTEOCLASTI MATURI
Maturazione: innescata da fattori
osteolitici (PTH, Vit D) ed agiscono sugli
osteoblasti che rilasciano fattori per il
differenziamento degli osteoclasti
RANKL = receptor activator of NFkB
Citochine, TRACE, ODF, M-CSF
RANK-R
Attivazione
Trascrizione nucleare
Solubilizzazione idrossiapatite
=
Demineralizzazione osso
OPG = Osteoprotegerina
(glicoproteina)
Domain apicale
increspato
pompa H+/Na
pH acidoSolubilizza
idrossiapatite
x
RIASSORBIMENTO (LISI)
DELL’OSSO
EFFETTO DEMINERALIZZANTE
65. L’attività osteoblasti e osteoclasti
regolata da:
1) ormoni e vitamine
Vit C favorisce rigeneraz ossea,
sostiene produzione collagene
2) condizioni genetiche,
patologiche e di stile di vita
3) funzionalità intestine fegato e reni
Regolazione
metabolismo osseo
= regolazione
omeostasi calcio
66. RACHITISMO (INFANZIA)
OSTEOMALACIA (ETÀ ADULTA)
Incompleta mineralizzazione ossea
EZIOLOGIA:
deficienza o resistenza Vit D Diminuito
intake/produzione Ca2+
Metabolismo difettoso (fegato,reni)
Aumentata escrezione Ca++(reni)
Post-menopausa
La carenza di estrogeni,
aumenta l’attività degli
osteoclasti
FATTORI DI RISCHIO
• Menopausa precoce
• Fumo, alcool
Prevenzione:
dieta, terapia ormonale,
calcio, vitamina D,
esercizio fisico
OSTEOPOROSI
69. For Internal Use Only. Amgen Confidential.
Osteoprotegerin (OPG) Prevents RANK Ligand Binding to RANK and
Inhibits Osteoclast Formation, Function, and Survival
Hormones
Growth factors
Cytokines
Bone Formation
Adapted from Boyle WJ, et al. Nature. 2003;423:337-342.
Bone Resorption
Inhibited
Osteoclast Formation, Function,
and Survival Inhibited
Osteoclast Formation, Function,
and Survival Inhibited
CFU-M Osteoclast
Precursor
CFU-M = colony forming unit macrophage
M-CSF = macrophage colony stimulating factor
Osteoblasts
RANKL
RANK
OPG
70. RANKL Stimulates Bone Resorption
RANK Ligand Is an Essential Mediator of Osteoclast Formation,
Function, and Survival
Osteoblasts
Activated
Osteoclast
CFU-M Pre-fusion
Osteoclast
Multinucleated
Osteoclast
Hormones
Growth factors
Cytokines
RANKL
RANK
Bone Formation
Bone Resorption
Adapted from Boyle WJ, et al. Nature. 2003;423:337-342.
M-CSF
CFU-M = colony forming unit macrophage
M-CSF = macrophage colony stimulating factor
71. Approvato giugno 2010
Ab monoclonale umano diretto contro
RANKL (mediatore dell’attività)
RANKL implicato in numerose condizioni di
perdita ossea:
OP postmenopausale, senile.
artrite infiammatoria;
iperparatiroidismo,
perdita ossea indotta da cancro
(metastasi/mieloma multiplo)
Perdita ossea indotta da farmaci
(glucocorticoidi,inibitori dell’aromatasi..)
Model of Denosumab
72. Denosumab Mechanism of Action
Denosumab Binds RANK Ligand and
Inhibits Osteoclast-Mediated Bone Destruction
RANKL
RANK
Denosumab
Bone Formation
Hormones
Growth factors
Cytokines
Bone Resorption
Inhibited
Osteoclast Formation, Function,
and Survival Inhibited
CFU-M Pre-Fusion
Osteoclast
Osteoblasts
73. Malattie a carico del sistema endocrino
o di origine genetica che interessano il tessuto osseo
