UNIDAD VI: REPARACION DE LOS TEJIDOS: Proliferación celular, fibrosis

y curación de las heridas. II parte.Objetivo: Describir los mecanismos y factores que participan en el ciclo celular y los mecanismos de la multiplicación celular, con responsabilidad, actitud crítica y respeto a la vida del ser humano.

Contenido:

1.- Ciclo celular y regulación de la multiplicación celular.

2.- Factores del crecimiento e inhibición.

3.- Matriz extracelular e interacciones célula - matriz

4.- La Reparación por tejido conjuntivo.

Ciclo celular y regulación de la multiplicación celular

Hemos revisado las vías moleculares que son estimuladas por los factores de crecimiento, pero ¿cuáles son los mecanismos que controlan el paso de las células por cada fase del ciclo celular y organizan los fenómenos que dan lugar a la multiplicación celular?

Hasta ahora se conocen dos clases de controles moleculares que regulan dichos fenómenos:

1. Una cascada de vías de fosforilización de las proteínas, en donde interviene un grupo de proteínas llamadas ciclinas.

2. Una serie de puntos de control, que vigilan la ejecución completa de los fenómenos moleculares y, si es necesario, retrasan el paso a la fase siguiente del ciclo

Ciclinas y cinasas dependientes de las ciclinas.

Cuando las células se incorporan y avanzan a lo largo del ciclo celular son controladas por variaciones en los niveles y grado de actividad de las ciclinas.

Algunas ciclinas llamadas A, B, E, alcanzan su máxima concentración en ciertas fases del ciclo celular y luego se degradan rápidamente cuando las células pasan a la fase siguiente del ciclo.

Las ciclinas realizan sus funciones formando complejos con un grupo de proteínas expresadas estructuralmente, que se llaman cinasas dependientes de las ciclinas (CDK).

Cada paso importante del ciclo celular se asocia a distintas combinaciones de ciclinas y CDK.

Después de la mitosis, las ciclinas implicadas, en este caso la ciclina B, se degradan por la vía de la ubiquitina-proteasoma.

En esta vía, las proteínas se conjugan primero con el pequeño cofactor proteínico ubiquitina, y la proteína así modificada es reconocida y degradada específicamente dentro del proteasoma, un gran complejo proteolítico formado por muchas subunidades.

Además de su síntesis y degradación, los complejos activos de CDK son regulados por medio de su unión a ciertos inhibidores de las CDK, como el p21 y p27, y por otras cinasas y fosfatasas.

Los inhibidores controlan el ciclo celular equilibrando la actividad de las CDK.

Puntos de control

Los puntos de control representan un segundo modelo de regulación del ciclo celular y proporcionan un mecanismo de vigilancia, que asegura el cumplimiento de los pasos esenciales para conseguir una ordenación correcta y para que los fenómenos importantes se lleven a cabo con toda fidelidad.

Los puntos de control permiten detectar la existencia de problemas en la replicación del DNA, reparación del DNA y separación de los cromosomas.

Cuando los puntos de control se activan, por ejemplo por DNA dañado o con replicación insuficiente, surgen señales que detienen la maquinaria del ciclo celular.

Al retrasar el ciclo celular, los puntos de control dan tiempo para que se produzca una reparación y para que disminuyan las posibilidades de una mutación.

Por ejemplo, el gen de supresión tumoral más conocido, el p53, se activa cuando el DNA se lesiona e inhibe el ciclo celular aumentando la expresión de un inhibidor de las CDK, el p21.

Se desprende de ello que la pérdida de puntos de control puede provocar inestabilidad del genoma, como se observa en ciertos procesos cancerosos hereditarios y en las primeras etapas evolutivas de la transformación de las células normales en células cancerosas.

Inhibición del crecimiento

La otra cara de la moneda del control del crecimiento celular es la inhibición del crecimiento.

Durante decenios, basándose en la observación de que las poblaciones de células en cultivo in vivo son capaces de reducir el crecimiento de otras poblaciones, se ha sospechado que existían señales inhibidoras del crecimiento que mantienen la integridad de un tejido.

La inhibición por contacto que se produce en el crecimiento de los cultivos confluentes es una manifestación de esa inhibición del crecimiento.

También existen pruebas sobre la supresión del crecimiento in vivo.

Así, después de una hepatectomía parcial, las células dejan de multiplicarse cuando el hígado ha alcanzado su tamaño y estructura preoperatorias normales, lo que sugiere la existencia de señales inhibidoras.

Los mecanismos moleculares que inhiben el crecimiento se parecen a los que lo estimulan y se entrecruzan durante sus intercambios intercelulares.

Un buen ejemplo de un sistema de señalización inhibidor del crecimiento es el de un factor polipeptídico de transformación del crecimiento β (TGF-β, del inglés transforminggrowth factor).

Este factor envía sus señales a través de los receptores con actividad de cinasa de serina/treonina existentes en la superficie celular.

El receptor activado fosforiliza su propio dominio citoplásmico además de las proteínas del sustrato, conocidas como SMAD.

El TGF-β, alterando el funcionamiento de los factores de transcripción y de las proteínas que controlan el ciclo celular, inhibe el paso a la fase S del ciclo celular.

Así por ejemplo, el TGF-β aumenta la expresión de un inhibidor de las CDK, el p27, el cual disminuye la actividad de las CDK2 y produce también menor fosforilización de la proteína Rb al final de la fase G1.

La Rb hipofosforilada, a su vez, suprime la transcripción de los genes que normalmente se expresan en la fase S, y da lugar a una inhibición del crecimiento.

Factores de crecimiento:

Algunos de ellos actúan sobre diferentes clases de células, mientras que otros son bastante específicos de algunas de ellas.

Los factores del crecimiento poseen también efectos sobre la locomoción, contractilidad y diferenciación celular (efectos que pueden ser tan importantes para reparar y curar las heridas como los que estimulan el crecimiento).

Aquí nos referiremos a aquellos factores que tienen muchos puntos de acción y que parecen intervenir en procesos patológicos de carácter general.

1.- EGF/TGF-α. El EGF se descubrió al principio por su capacidad para producir erupción precoz de los dientes y apertura de los párpados en los ratones recién nacidos.

El EGF se une a un receptor (c-erb B1) que posee actividad tirosina cinasa, apareciendo entonces los fenómenos de transmisión de la señal descritos antes.

El EGF produce la mitosis de diversas células epiteliales y fibroblastos in vitro, así como la multiplicación de las células hepáticas in vivo.

Se encuentra repartido por muchas secreciones y líquidos tisulares, como el sudor, saliva, orina y el contenido intestinal.

El TGF-α se obtuvo por vez primera de las células transformadas por el virus del sarcoma y se creyó que participaba en la transformación de las células normales en células cancerosas.

El TGF-α posee muchas zonas homólogas con el EGF, se fija al receptor del EGF y produce la mayoría de los efectos biológicos del EGF.

2.- PDGF. El PDGF es un grupo de varios dímeros muy afines de 30 kD, formados por dos cadenas llamadas A y B. Se secreta en tres isoformas (AA, AB y BB) que poseen actividad biológica.

El PDGF se acumula en los gránulos α de las plaquetas y se libera cuando se activan las plaquetas.

También pueden producirlo diversas células, como los macrófagos activados, células endoteliales y las fibras musculares lisas, además de muchas células tumorales.

El PDGF produce la migración y proliferación de los fibroblastos, de las fibras musculares lisas y de los monocitos, y posee también otras propiedades inflamatorias.

3.- FGF. Los factores del crecimiento mejor caracterizados de esta familia son el FGF ácido (FGFa o FGF-1) y el FGF básico (FGFb o FGF-2).

El FGF es reconocido por una familia de receptores de la superficie celular que poseen actividad intrínseca tirosina cinasadespués de la activación inducida por el ligando.

Al FGF se le atribuyen las siguientes funciones:

1) Formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis): el FGFb es capaz sobre todo de poner en marcha todos los pasos necesarios para la formación de neovasostanto in vivo como in vitro.

2) Reparación de las heridas: el FGF participa en la migración de los macrófagos, fibroblastos y células endoteliales en los tejidos lesionados, y en la migración del epitelio para formar nuevas epidermis.

3.- Desarrollo: el FGF influye en el desarrollo del músculo esquelético y en la maduración del pulmón. Por ejemplo, el FGF-6 y su receptor favorecen la proliferación de los mioblastos e inhiben la diferenciación de los miocitos, creando así una reserva de miocitos con capacidad proliferativa. Se cree también que el FGFb sirve, durante la embriogénesis, para transformar el mesodermo en angioblastos.

4.- Hematopoyesis: al FGF se le atribuyen dos funciones en la hematopoyesis:

A) la formación de líneas específicas de células sanguíneas.

B) El desarrollo del estroma de la médula ósea.

4.- Factor del crecimiento del endotelio vascular (VEGF, del inglés vascular endothelial growth factor).

El VEGF, llamado también factor de

permeabilidad vascular, es una familia formada por el llamado VEGF, el VEGF-B, el VEGF-C y el factor del crecimiento placentario (PIGF), que favorecen la formación de los vasos sanguíneos en las primeras etapas del desarrollo (vasculogénesis) y cuyo papel es esencial en el crecimiento de los neovasos(angiogénesis).

Matriz extracelular e interacciones célula-matriz

Las células crecen, se desplazan y se diferencian manteniendo un íntimo contacto con la ECM (Matriz Extra Celular), y existen pruebas contundentes de que la matriz influye decisivamente en estas funciones celulares.

La ECM es secretada localmente y se incorpora a la trama que se encuentra en los espacios intercelulares.

La ECM cumple muchas funciones:

a) La proteínas de la matriz retienen moléculas de agua para dar turgencia a los tejidos blandos.

b) Sustancias minerales capaces de dar rigidez a los tejidos esqueléticos

c) Forman reservorios para los factores de crecimiento que regulan la proliferación celular.

d) Proporciona sustrato para que las células se adhieran, emigren y proliferen.

e) Puede influir directamente sobre la forma y el funcionamiento de las células.

La degradación de la ECM acompaña a la morfogénesis y a la curación de las heridas, así como a la invasión por un tumor y sus metástasis.

Para que se forma ECM es preciso que se asocien físicamente tres clases de macromoléculas:

1.- las proteínas estructurales fibrosas, como las de colágeno y las elastinas.

2.- un grupo variado de glucoproteínas de adhesión, que comprende a la fibronectina y la laminina.

3.- un gel de proteoglucano y hialuronano. Estas macromoléculas reúnen formando dos estructuras: la matriz intersticial y la BM (membrana basal).

La matriz intersticial ocupa los espacios situados entre las células epiteliales, endoteliales y musculares lisas, y en el tejido conjuntivo.

Está formada por colágeno fibrilar de los tipos I, III, V y no fibrilar; elastina, fibronectina, proteoglucanos, hialuronato y otros componentes.

Las membranas basales son elaboradas por las células epiteliales y mesenquimatosas, y están íntimamente asociadas a la superficie celular.

Constan de una red de colágeno amorfo sin fibrillas , en su mayoría del tipo IV, laminina, heparán sulfato, proteoglucanosy otras glucoproteínas.

La Reparación por tejido conjuntivo (FIBROSIS)

La destrucción de un tejido acompañada de lesiones, tanto de las células parenquimatosas como del armazón o estroma, se observa en las inflamaciones necrosantes y es algo característico de la inflamación crónica.

Por consiguiente, la reparación no puede realizarse únicamente mediante la regeneración de las células parenquimatosas, ni siquiera en aquellos órganos que gozan de capacidad de regeneración.

Por tanto, los intentos de reparar los daños tisulares se consiguen sustituyendo a las células parénquimatosas no regeneradas por elementos del tejido conjuntivo, lo cual con el tiempo produce fibrosis y cicatrización.

Este proceso comprende cuatro fenómenos:

1) Formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis).

2) Migración y proliferación de los fibroblastos.

3) Depósito de ECM.

4) Desarrollo y organización del tejido fibroso, llamada también remodelación.

La reparación comienza pocas horas después de la inflamación.

A veces, incluso a las 24 horas de producirse la lesión, si la resolución no ha tenido lugar, los fibroblastos y las células endoteliales de los vasos comienzan a proliferar formando (en 3 a 5 días) un tipo de tejido especializado que es el sello distintivo de la curación, llamado tejido de granulación.

Este término proviene del aspecto blando, granuloso y rosado de la superficie de las heridas, pero son sus rasgos histológicos los que resultan característicos:

La formación de neovasos y la proliferación de los fibroblastos.

Estos nuevos vasos son permeables, y dejan pasar las proteínas y los hematíes al espacio extracelular. Por eso, el tejido de granulación reciente suele ser edematoso.

Angiogénesis:

los vasos sanguíneos se forman gracias a dos procesos:

1) La vasculogénesis, en la que los precursores de las células endoteliales, llamados angioblastos, forman la primitiva red vascular durante el desarrollo embrionario.

2) La angiogénesis o neovascularización, en la que los vasos preformados generan brotes o retoños capaces de formar nuevos vasos.

Para que se desarrollen neovasoscapilares durante la angiogénesis es necesario atravesar una serie de etapas:

a) La degradación proteolítica de la Membrana Basal del vaso progenitor, para que puede formarse un retoño capilar y la consecutiva migración celular.

b) Migración de las células endoteliales hacia el estímulo angiogénico.

c) Proliferación de las células endoteliales, inmediatamente por detrás del borde de avance de las células que migran.

d) Maduración de las células endoteliales, que incluye también a la inhibición del crecimiento y la remodelación en forma de tubos capilares.

E) Reclutamiento de las células periendoteliales que han de servir de sostén a los tubos endoteliales, además de proporcionar una función celular accesoria al vaso.

Todos estos pasos son regulados por las interacciones entre los factores de crecimiento, las células vasculares y la ECM.

Factores de crecimiento y sus receptores. Aunque hay muchos factores de crecimiento que poseen poder angiogénico, la mayoría de las pruebas indican que el VEGF y las angiopoyetinasson las que desempeñan un papel especial en la vasculogénesis y la angiogénesis.

Estos factores son secretados por muchas células mesenquimatosas y del estroma, pero sus receptores están en gran parte circunscritos al endotelio, y contribuyen al desarrollo de los vasos durante la embriogénesis, y la angiogénesis durante la vida adulta.

Fibrosis (Fibrodisplasia)

La fibrosis o fibrodisplasia se produce dentro del armazón del tejido de granulación de los neovasos y da lugar al depósito de la matriz extracelular que se forma inicialmente en el sitio de la reparación.

En la fibrosis intervienen dos procesos:

1. Emigración y proliferación de los fibroblastos en el sitio de la lesión

2. Depósito de matriz extracelular por esas células.

Proliferación de los fibroblastos:

El tejido de granulación contiene muchos vasos sanguíneos recién formados. Esto da lugar a un depósito intenso de proteínas plasmáticas, como el fibrinógeno y la fibronectina del plasma, en la ECM y proporciona un estroma provisional para la penetración de los fibroblastos.

La migración de los fibroblastos hacia el sitio de la lesión y su ulterior proliferación son desencadenadas por numerosos factores del crecimiento, como el TGF-β, PDGF, EGF, FGF, y las llamadas citocinas fibrogénicas, interleucina 1 y TNF-α.

El factor de crecimiento más importante que participa en la fibrosis inflamatoria parece ser el TGF-β, dada la multitud de efectos que favorecen el depósito de tejido fibroso.

El TGF-β es elaborado por la mayoría de la células del tejido de granulación, y produce migración y proliferación de los fibroblastos, mayor síntesis de colágeno y fibronectina, y menor degradación de la ECM por parte de las metaloproteinasas.

Además, el TGF-β posee también acción quimiotáctica sobre los monocitos y produce angiogénesis in vivo, posiblemente induciendo la penetración de los macrófagos.

En una serie de procesos crónicos de los seres humanos y los animales de experimentación hay aumento de la expresión del TGF-β en los tejidos.

Depósito de la matriz extracelular:

Conforme avanza la reparación, disminuye el número de células endoteliales y de fibroblastos que proliferan.

Paulatinamente, los fibroblastos adquieren más capacidad de síntesis y depositan mayores cantidades de matriz extracelular.

Los colágenos fibrilares forman la mayor parte del tejido conjuntivo en los sitios donde hay reparación, y son importantes para que las heridas, durante su curación, adquieran resistencia.

La síntesis de colágeno por los fibroblastos comienza bastante pronto del 3er al 5to día y se mantiene durante varias semanas, según sea el tamaño de la herida.

Muchos de los factores de crecimiento que regulan la proliferación de los fibroblastos estimulan también la síntesis de la matriz extracelular.

Así, la síntesis del colágeno aumenta gracias a varios factores de crecimiento y a las citocinas que son secretadas por los leucocitos y los fibroblastos durante la curación de las heridas.

Sin embargo, la acumulación final del colágeno depende , no solo de su síntesis, sino también de su degradación.

En último término, el armazón del tejido de granulación se convierte en una cicatriz formada por fibroblastos fusiformes, colágeno denso, fragmentos de tejido elástico y otros componentes de la matriz extracelular.

Remodelación tisular:

Para que el tejido de granulación sea sustituido por una cicatriz, es necesario que se produzcan cambios en la composición de la matriz extracelular.

Algunos factores del crecimiento que estimulan la síntesis de colágeno y otras moléculas del tejido conjuntivo modulan también la síntesis y activación de las metaloproteinasas, las enzimas que sirven para degradar estos componentes de la matriz extracelular.

El resultado final de los procesos de síntesis y degradación es la remodelación del armazón o trama del tejido conjuntivo, una característica importante tanto de la inflamación crónica como de la reparación de las heridas.

La degradación del colágeno y de otras proteínas de la matriz extracelular se consigue gracias a una familia de metaloproteinasas de la matriz, cuya actividad depende de los iones de zinc.

Las metaloproteinasas,

a) son colagenesas intersticiales que descomponen a los colágenos fibrilares de los tipos I, II, III.

b) Gelatinasas que degradan al colágeno amorfo y la fibronectina.

c) Estromelisinas, que actúan sobre diversos componentes de la matriz extracelular.

d) El grupo de las metaloproteinasas de la matriz unidas a la membrana, que son proteasas asociadas a la superficie celular.

Estas enzimas las producen distintas células (fibroblastos, macrófagos, neutrófilos, células sinoviales y algunas células epiteliales) y su secreción es inducida por ciertos estímulos, como los factores de crecimiento, las citocinas, la fagocitosis y los estrés físicos.

Son inhibidas por el TGF-β Y los esteroides.

CURACION DE LAS HERIDAS

La curación de las heridas es un fenómeno complejo, pero ordenado, que comprende varios procesos:

1) Inducción de un proceso inflamatorio agudo desencadenado por la lesión inicial.

2) Regeneración de las células parenquimatosas.

3) Migración y proliferación tanto de las células parenquimatosas como de los elementos del tejido conjuntivo.

4) Síntesis de las proteínas de la ECM.

5) Remodelación de los componentes de los tejidos conjuntivo y parenquimatoso.

6) Formación de colágeno y desarrollo de resistencia por la herida.

TAREA

Términos desconocidos.

1er tarea: Describa por día la etapas de la curación por primera intención y por segunda intención.

2da. Tarea: Factores locales y generales que influyen en la curación de una herida.