Distinguiamo due tipi di ECM • La matrice extracellulare (interstiziale) dei tessuti connettivi • La lamina basale Nella matrice extracellulare le molecole dell’ECM circondano le cellule riempiendo gli spazi interstiziali intercellulari Nelle lamine basali le molecole di ECM sono deposte solo sulla superficie basale su cui sono si adagiano le cellule Mentre nella matrice interstiziale le molecole tendono a formare un lattice tridimensionale, la membrana basale si organizza invece in un piano

MATRICE EXTRACELLULARE E’ un complesso miscuglio di proteine, glicoproteine e proteoglicani strutturali e funzionali, organizzati in un’unica ultrastruttura tri-dimensionale tessuto-specifica. Diversità di forme e funzioni, adatte ai requisiti di ciascun tessuto variazioni della quantità relativa dei vari tipi di macromolecole modo in cui esse si organizzano

La ECM può avere funzioni di supporto (Funzioni passive)

Funzioni dell’ ECM (attive) Ruolo strutturale: supporto per le cellule Regolazione divisione cellulare adesione motilità Sviluppo migrazione differenziamento Riserva di fattori di crescita Trasduzione del segnale molecole dell’ECM -> recettori di superficie -> espressione genica

Nella maggior parte dei tessuti connettivi le macromolecole della matrice sono secrete in gran parte dai fibroblasti Altre proteine della famiglia dei fibroblasti: Condroblasti -> formano la cartilagine Osteoclasti -> formano l’osso

GLYCOSAMINOGLYCANs - GAGs Glycosaminoglycans (GAGs) are unbranched polysaccharide chains composed of repeating disaccharide units. One of the two sugars in the repeating disaccharide is always an amino sugar (N-acetylglucosamine or N-acetylgalactosamine), which in most cases is sulfated (----). The second sugar is usually a uronic acid (glucuronic or iduronic).

Hyaluronan (also called hyaluronic acid or hyaluronate) is the simplest of the GAGs. It consists of a regular repeating sequence of up to 25,000 disaccharide units, is found in variable amounts in all tissues and fluids in adult Funzioni: Resistenza a forze di compressione (tessuti/cartilagini) Riempitore (sviluppo embrionale) Presente nel fluido articolare (lubrificante)

Proteoglycans Are Composed of GAG Chains Covalently Linked to a Core Protein proteoglycans can contain as much as 95% carbohydrate by weight, mostly in the form of long, unbranched GAG chains, each typically about 80 sugars long

Funzione dei proteoglicani Intrappolamento dell’acqua Resistenza alla compressione Ritorno alla forma originale Creazione di spazi Legame alle fibre di collagene Formano una rete Nell’osso, si combinano con l’idrossiapatite di calcio e carbonato di calcio. Adesione cellulare Migrazione cellulare durante lo sviluppo embrionale Possono regolare l’attività di fattori di crescita (quali FGF)

Le catene dei GAG possono formare dei gel con dimensione dei pori e densità di cariche variabile. Setacci selettivi per regolare il traffico di molecole e cellule in base a carica e dimensioni Segnalazione chimica tra le cellule Fattori di crescita (FGF) Attrattori chemotattici (Chemochine)

Es. Sindecani Presenti in fibroblasti e cell. epiteliali In continuità con il citoscheletro di actina Co-recettori Legano FGF

Struttura del Collagene

Propeptidi

Idrossilazione di Prolina e Lisina

Collagene Circa 25 diverse catene α, ognuna codificata da un diverso gene In tessuti diversi sono espresse combinazioni diverse di questi geni. •I tipi principali di collagene nei tessuti connettivi sono il tipo I, II, III, V e IX. Il tipo I è il principale tipo di collagene della pelle e dell’osso e di gran lunga il più abbondante in tutto il corpo (rappresenta il 90% di tutto il collagene corporeo). Il tipo II è il principale tipo di collagene della cartilagine Il tipo III si trova nella pelle, vasi sanguigni e organi interni. Il tipo V si trova in ossa, pelle, tendini, legamenti e cornea. Il tipo IX si trova associato alla superficie delle fibrille nella cartilagine. •I tipi IV e VII sono tipi di collagene che formano reti che polimerizzano a formare le membrane basali

Some Genetic Diseases of Collagen Collagen I Osteogenesis imperfecta Ehlers-Danlos syndrome type VII Collagen II Multiple diseases of cartilage Collagen III Ehlers-Danlos syndrome type IV Collagen IV Alport syndrome, stroke, hemorrhage, porencephaly Collagen VII Dystrophic epidermolysis bullosa (skin blistering)

Osteogenesis Imperfecta (brittle bone disease) Clinical: Ranges in severity from mild to perinatal lethal bone fragility, short stature, bone deformities, teeth abnormalities, gray-blue sclerae, hearing loss Biochemical: reduced and/or abnormal type I collagen Molecular: mutations in either type I collagen gene, COL1A1 or COL1A2, resulting in haploinsufficiency or disruption of the triple helical domain (dominant negative: glycine substitutions most common)

Lunghe fibrille non elastiche di collageno sono tenute insieme alle fibre elastiche, consentendo elasticità al tessuto ma limitando il grado di stiramento impedendo al tessuto di lacerarsi Le molecole di elastina sono unite fra di loro da legami covalenti, per formare un reticolo unito da legami crociati. Ciascuna molecola può espandersi e contrarsi.

La fibronettina si lega alle integrine tramite un motivo RGD (Arg-Gly-Asp)

Basement Membranes LAMINA BASALE Specialized layers of extracellular matrix surrounding or adjacent to all epithelia, endothelia, peripheral nerves, muscle cells, and fat cells Originally defined by electron microscopy as ribbon-like extracellular structures beneath epithelial cells

Basement Membranes are Involved in a Multitude of Biological Processes Influence cell proliferation, differentiation, and migration Maintain cell polarization and organization, as well as tissue structure Act as a filtration barrier in the kidney between the vasculature and the urinary space Separate epithelia from the underlying stroma/mesenchyme/interstitium, which contains a non-basement membrane matrix

Primary Components of All Basement Membranes Collagen IV 6 chains form α chain heterotrimers Laminin 12 chains form several α-β-γ heterotrimers Entactin/Nidogen 2 isoforms Sulfated proteoglycans Perlecan and Agrin are the major ones; Collagen XVIII is another

Struttura molecolare della membrana basale

Meccanismi alla base della metastasi

Saggio di migrazione in 2D (Scrath assay o Wound healing assay)

Saggio di migrazione in 2D (Scrath assay o Wound healing assay)

(Transwell migration assay) Saggio di migrazione (Transwell migration assay)

(Transwell invasion/transendothelial migration assay) Saggio di migrazione (Transwell invasion/transendothelial migration assay)

The p53 pathway

p53 gene is mutated in more than 30% of tumors Mutant p53 p53 gene is mutated in more than 30% of tumors Brosh and Rotter, 2009

Mutant p53 promotes cell invasion in response to TNF

Mutant p53 promotes cell invasion in response to TNF