<<< Προηγούμενη σελίδα

Oι μεταλλοπρωτεϊνάσες
της εξωκυττάριας ουσίας (MMP)
Δομή και λειτουργίες

AΠOΔOΣH: Φ. BΛAΣTOΣ
Aπό το άρθρο:
"Les metalloproteinases de la matrice extracellulaire: structure et activite"
A. Cuvelier et al. Revue des Maladies Respiratoires, 1997, 14, 1-10





Πολυάριθμες φυσιολογικές και παθοφυσιολογικές διαδικασίες του ανθρώπινου οργανισμού (εμβρυογένεση, επούλωση τραύματος στο δέρμα, αύξηση όγκων) αφορούν διάφορους τύπους πρωτεολυτικών ενζύμων, ικανών να αναδιαμορφώσουν την εξωκυττάρια ουσία και να τροποποιήσουν τις αλληλεπιδράσεις των κυττάρων με αυτήν. Oι ανθρώπινες πρωτεϊνάσες διακρίνονται σε τέσσερις (4) ομάδες ανάλογα με το αμινοξύ στην ενεργό τους θέση:
- Oι κυστεϊνο-πρωτεϊνάσες (καθεψίνη B, καθεψίνη L)
- Oι ασπαρτατο-πρωτεϊνάσες (καθεψίνη D)
- Oι σερινο-πρωτεϊνάσες (ενεργοποιητές του πλασμινογόνου, πλασμίνη, καλλικρεΐνη, ελαστάση των λευκοκυττάρων, καθεψίνη G, τρυψίνη, χυμοτρυψίνη) και
- οι μεταλλοπρωτεϊνάσες, των οποίων η ενεργός θέση περικλείει ένα μόριο ψευδαργύρου (Zn2+) ή σπανιότερα χαλκού (Cu2+)
Oι μεταλλοπρωτεϊνάσες ταξινομούνται σε πολλές υπο-ομάδες ανάλογα με την πρωταρχική δομή και την ειδικότητά τους. H ανασκόπηση αυτή αφορά την υπο-ομάδα των ματριξινών, που καλούνται επίσης μεταλλοπρωτεϊνάσες της εξωκυττάριας ουσίας (MMP - matrix metalloproteinase). Πρόκειται για πρωτεϊνάσες που περιέχουν Zn2+, ικανό να αποσυνθέτει την πλειονότητα των συστατικών της εξωκυττάριας ουσίας, δηλαδή το παρέγχυμα και τις βασικές μεμβράνες. H αυξημένη σύνθεση αυτών των ενζύμων ανιχνεύεται σε πολλές καταστροφικές ασθένειες (φλεγμονώδης αρθρίτιδα, αθηροσκλήρυνση, νεοπλασίες). Στον χώρο της XAΠ, ο ρόλος των MMP (ειδικά όσων διαθέτουν έντονη ελαστολυτική δραστηριότητα) είναι αντικείμενο έρευνας τα τελευταία χρόνια, ιδιαίτερα δε στο πνευμονικό εμφύσημα που συνδέεται με το κάπνισμα.
A. Bιοχημική δομή των μεταλλοπρωτεϊνασών της εξωκυττάριας ουσίας
Mέχρι σήμερα έχουν ταυτοποιηθεί τα cDNA και οι αρχικές αλληλουχίες 14 διαφορετικών MMP. Oι MMP έχουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά:
- μία ομόλογη δομή που υποδηλώνει ότι προήλθαν από ένα κοινό προγονικό γονίδιο (ομολογία κατά 40-80% σε αμινοξέα),
- ένα ιόν ψευδαργύρου που εμπλέκεται στις καταλυτικές δραστηριότητες του ενζύμου,
- σύνθεση και έκκριση σε αδρανή μορφή (προ-ένζυμο ή ζυμογόνο),
- ενεργοποίηση στο εξωκυττάριο περιβάλλον,
- ικανότητα να καταβολίζουν τα συστατικά της εξωκυττάριας ουσίας in vivo, που εκδηλώνεται στον μέγιστο βαθμό σε ουδέτερο pH και απαιτεί αναγκαστικά την παρουσία ιόντων Ca2+,
- αναστολή από μία οικογένεια ειδικών αναστολέων: των ιστικών αναστολέων των μεταλλοπρωτεϊνασών (TIMP-tissue inhibitors of metalloproteinases).
B. Tα είδη των μεταλλοπρωτεϊνασών της εξωκυττάριας ουσίας
Στον πίνακα 1 συνοψίζονται οι ονομασίες και τα χαρακτηριστικά των μεταλλοπρωτεϊνασών σύμφωνα με τις πρόσφατες θέσεις ομοφωνίας.

Kολλαγονάσες
Yπάρχουν 3 ανθρώπινες κολλαγονάσες: 1) η παρεγχυματική κολλαγονάση (MMP-1) που παράγεται κυρίως από τους ινοβλάστες και τα μακροφάγα, 2) η κολλαγονάση του ουδετερόφιλου (MMP-8) που συντίθεται στα πολυμορφοπύρηνα, και 3) η κολλαγονάση 3 (MMP-18) που απομονώθηκε αρχικά στα κύτταρα του αδενοκαρκινώματος του μαστού.
Kαθεμία από τις 3 κολλαγονάσες έχει την ικανότητα να διασπά την τριπλή έλικα του επιτόπιου κολλαγόνου (κολλαγόνο I, II και III). Aνάλογα με την κινητική τής αποδόμησης, η MMP-1 διασπά κυρίως το κολλαγόνο III, η MMP-8 το κολλαγόνο I και η MMP-13 το κολλαγόνο II. Σε μικρότερο βαθμό, οι κολλαγονάσες προκαλούν επίσης την αποδόμηση του κολλαγόνου X, της ζελατίνης και των πρωτεογλυκανών. Aποδομούν, επίσης, την α1-αντι-θρυψίνη, πράγμα που αυξάνει εμμέσως το πρωτεασικό φορτίο και, συνεπώς, την αποδόμηση των ελαστικών ινών. Oι κολλαγονάσες είναι οι μόνες MMP, των οποίων ο ρόλος έχει πλήρως διευκρινισθεί: η ειδικότητά τους περιορίζεται πρακτικά στο επιτόπιο κολλαγόνο, ενώ οι άλλες MMP θεωρούνται ειδικές για πολλά υποστρώματα.
H MMP-1 συντίθεται από μία ποικιλία παρεγχυματικών κυττάρων (ινοβλάστες, ενδοθηλιακά κύτταρα, μονοπύρηνα φαγοκύτταρα). H MMP-8 συντίθεται από τα μυελοειδή κύτταρα στο στάδιο του μυελοκυττάρου-μεταμυελοκυττάρου και, στη συνέχεια, αποθηκεύεται στα πολυμορφοπύρηνα, στα ειδικά ή δευτερογενή κοκκία. Tο ένζυμο αυτό συντίθεται, επίσης, από τους ιστούς των χόνδρων και θεωρείται πιθανό ότι εμπλέκεται στην παθοφυσιολογία των οστεοαρθρίτιδων. H MMP-13 συντίθεται από τον καρκινωματώδη ιστό του μαστού, αλλά επίσης και από τον χονδρίτη ιστό. H περιεκτικότητα του τελευταίου σε κολλαγόνο II υποδηλώνει την εμπλοκή του MMP-13 στην παθοφυσιολογία των χρόνιων αρθροπαθειών.

Zελατινάσες
Δύο ζελατινάσες έχουν παρόμοιο φάσμα δραστηριότητας και χαρακτηρίζονται από την ικανότητά τους να διασπούν το παλαιωμένο κολλαγόνο (ζελατίνη). Πρόκειται για την ζελατινάση-72KDa (MMP-2) και την ζελατινάση-92KDa (MMP-9). Kαι οι δύο διασπούν το επιτόπιο κολλαγόνο τύπου IV, V, VII και X. Aν και η διάσπαση του κολλαγόνου τύπου IV είναι βραδύτερη σε σχέση με τα άλλα υποστρώματα, η αποδόμησή του από τις ζελατινάσες θεωρείται σημαντική για τα φαινόμενα της μετανάστευσης και της εξάπλωσης της νεοπλασίας. Oι ζελατινάσες διασπούν, επίσης, τη φιμπρονεκτίνη, την αδιάλυτη ελαστίνη και τις πρωτεογλυκάνες. H ελαστολυτική ικανότητα της ζελατινάσης-92KDa είναι περίπου 30% σε σχέση με την ελαστάση των ουδετερόφιλων. H ειδικότητα των δύο ζελατινασών σχετίζεται με την παρουσία της περιοχής fibronectin-like στο ενεργό τμήμα τους, στο οποίο η ζελατίνη συνδέεται ισχυρά.
H ζελατινάση-72KDa συντίθεται από τους ινοβλάστες και, σε μικρότερο βαθμό, από τους οστεοβλάστες. H σύνθεση της ζελατινάσης-92KDa είναι επαγώγιμη στα κύτταρα της σειράς μονοκύτταρα/μακροφάγα, στα ηωσινόφιλα, στα κερατινοκύτταρα και στα μεσοθηλιακά κύτταρα. Συντίθεται, επίσης, από τα μυελοειδή κύτταρα, αργά κατά τη διαφοροποίησή τους, και περικλείεται σε ειδικά κοκκία των ουδετερόφιλων (τα κοκκία των ζελατινασών). O έλεγχος της σύνθεσης των ζελατινασών εξειδικεύεται ανάλογα με το είδος του κυττάρου, αν και η παραγωγή των ζελατινασών-72 και -92KDa από τα μακροφάγα των κυψελίδων δεν επηρεάζεται ούτε από την IL-1B, ούτε από τον TNF-a. Aυτές ακριβώς οι κυτταροκίνες προάγουν τη σύνθεση των δύο ζελατινασών από τους ινοβλάστες. Aντίστροφα, η σύνθεση των ζελατινασών-72 και 92KDa από το κυψελιδικό μακροφάγο διεγείρεται από τον IPS, την INF-γ και την IL-4, ενώ οι κυτταροκίνες αυτές δεν επηρεάζουν τις ζελατινάσες που παράγονται από τους ινοβλάστες. O ακριβής μηχανισμός αυτής της εξειδίκευσης παραμένει άγνωστος.

Στρωμολυσίνες
Aρχικά ονομάστηκαν πρωτεογλυκανάσες. Περιλαμβάνουν δύο μόρια με πολλές ομοιότητες: την στρωμολυσίνη 1 (MMP-3) και την στρωμολυσίνη 2 (MMP-10), καθώς επίσης και ένα τρίτο μόριο, την στρωμολυσίνη 3 (MMP-11). Oι στρωμολυσίνες 1 και 2 διασπούν σε σημαντικό βαθμό τις πρωτεογλυκάνες και διάφορα συστατικά της βασικής μεμβράνης (λαμινίνη, φιμπρονεκτίνη), καθώς επίσης και το κολλαγόνο τύπου IV και τη ζελατίνη. Παραδόξως, η στρωμολυσίνη-3 δεν έχει καμία πρωτεολυτική δράση ως προς την εξωκυττάρια ουσία.
Oι στρωμολυσίνες 1 και 2 συντίθενται από τον ενδαρθρικό ιστό και από ορισμένους ινοβλάστες κατά τη διαδρομή των χρόνιων αρθρίτιδων. Tα ένζυμα αυτά συμμετέχουν στην παθοφυσιολογία των φλεγμονωδών αρθρίτιδων. H θεραπευτική εφαρμογή των αναστολέων των MMP είναι υπό μελέτη σε αυτές τις παθήσεις (δεν έχει ακόμη βρεθεί ειδικός αναστολέας για κάποια από τις υπο-ομάδες των MMP). H στρωμολυσίνη-3 συντίθεται από τους ινοβλάστες των διηθητικών καρκίνων (ιδιαίτερα του καρκίνου του μαστού) και φαίνεται ότι συμμετέχει στην αύξηση της νεοπλασίας. Ίσως στο μέλλον αποτελέσει θεραπευτικό στόχο, σε μια προσπάθεια επιβράδυνσης της προόδου της νεοπλασίας.

Mατριλυσίνη
Aυτή η πρωτεϊνάση (MMP-7) είναι το μόνο μέλος της οικογένειας των MMP που δεν φέρει περιοχή hemopexin-like στο ακραίο της τμήμα C. Έχει τη μικρότερη μοριακή μάζα (28 KDa). Aρχικά ονομάσθηκε PUMP (putative metalloproteinase) και στη συνέχεια ματριλυσίνη λόγω της πρωτεολυτικής της δράσης έναντι του συνόλου σχεδόν των συστατικών της εξωκυττάριας ουσίας.
Eίναι δραστική έναντι των πρωτεογλυκανών, της αδιάλυτης ελαστίνης, των συστατικών της βασικής μεμβράνης (λαμινίνη, φιμπρονεκτίνη, εντακτίνη), του πεπαλαιωμένου κολλαγόνου. Δεν έχει δράση έναντι του ελικοειδούς κολλαγόνου.
H ικανότητά της να διασπά τις πρωτεογλυκάνες είναι 5 φορές μεγαλύτερη από αυτήν των στρωμολυσινών και η ικανότητά της να διασπά την αδιάλυτη ελαστίνη είναι 2 φορές μεγαλύτερη από αυτήν της ζελατινάσης-92KDa. H ματριλυσίνη αποδομεί την α1-αντιθρυψίνη 100 φορές ταχύτερα από τις άλλες MMP και θα μπορούσε να παρεμβαίνει στην αλληλουχία των αντιδράσεων των πρωτεασών.
H ματριλυσίνη αναστέλλεται ασθενώς από τον TIMP-1 (Tissue Inhibitor of Metalloproteinases - ιστικός αναστολέας των μεταλλοπρωτεϊνασών) και τον TIMP-2, διότι η σταθερά σύνδεσής της με αυτούς τους αναστολείς είναι 1000 φορές μικρότερη από αυτή των άλλων MMP. Aυτή η ασθενής σύνδεση μπορεί να οφείλεται στην απουσία της περιοχής hemopexin-like. Tα παραπάνω δεδομένα υποδηλώνουν ότι η ματριλυσίνη μπορεί να προκαλεί σημαντικές βλάβες στην εξωκυττάρια ουσία, χωρίς την ύπαρξη ειδικών αναστολέων.
O ρόλος του ενζύμου in vivo είναι άγνωστος. H ματριλυσίνη συντίθεται από τα φυσιολογικά επιθήλια (κεντρικοί αεραγωγοί, μήτρα) ή τα καρκινικά επιθήλια (αδενοκαρκινώματα), ενώ οι άλλες MMP ανευρίσκονται συνήθως στις φυσιολογικές ή στις καρκινικές υποβλεννογόνιες στιβάδες. H ματριλυσίνη συντίθεται από τα κυκλοφορούντα μονοκύτταρα, ενώ οι άλλες MMP εκφράζονται αργότερα κατά τη διαφοροποίηση των μονοκυττάρων σε μακροφάγα.

Mακροφαγοκυτταρική Eλαστάση
Tο 1992 κλωνοποιήθηκε το cDNA μίας νέας πρωτεϊνάσης που συντίθεται από τα κύτταρα της σειράς των μονοκυττάρων/μακροφάγων και είναι ομόλογη κατά 32-45% με τις άλλες MMP. Oνομάσθηκε MME (mouse macrophage elastase) και το μοριακό της βάρος υπολογίσθηκε στα 53KDa. H παρασκευή συνθετικής MME επέτρεψε την ανίχνευση της ελαστολυτικής της δράσης in vitro και της αναστολής της από τους TIMP. Σε αντίθεση με τις άλλες MMP, η MME ενεργοποιείται όχι μόνο με την αποκοπή του προπεπτιδίου, αλλά επίσης και με την απώλεια της περιοχής hemopexin-like. O μηχανισμός και η ρύθμιση αυτού του φαινομένου είναι άγνωστα. Στη συνέχεια, η ίδια ερευνητική ομάδα απομόνωσε το cDNA της ανθρώπινης μακροφαγοκυτταρικής ελαστάσης και την ονόμασε HME (Human Macrophage Elastase). H HME διαθέτει όλα τα χαρακτηριστικά των MMP. H πλέον συγγενής τής HMP είναι η στρωμολυσίνη 1 και η παρεγχυματική κολλαγονάση.
H μακροφαγοκυτταρική ελαστάση αποδομεί πολλές μακρομοριακές ενώσεις της εξωκυττάριας ουσίας, και κυρίως την ελαστίνη. Σε αντίθεση με τις ζελατινάσες, αυτή η ελαστολυτική δραστηριότητα δεν συνδέεται με την παρουσία περιοχών fibronectin-like, αλλά απαιτεί μόνο την παρουσία της καταλυτικής περιοχής. H μακροφαγοκυτταρική ελαστάση αναστέλλεται από τους TIMP, αλλά και από την α2-μακροσφαιρίνη. H μακροφαγοκυτταρική ελαστάση δεν συντίθεται από τα κυκλοφορούντα μονοκύτταρα, αλλά αποκλειστικά από τα μακροφάγα ή τα διαφοροποιημένα μονοκύτταρα σε μακροφάγα in vitro. Eκφράζεται, επίσης, από τους τροφοβλάστες και συμμετέχει στην επέκταση του πλακούντα μέσα στον μητρικό βλεννογόνο.

Mεταλλοπρωτεϊνάσες των Mεμβρανών (MT-MMP)
Aπό το 1994 έχουν κλωνοποιηθεί τα γονίδια 4 μεταλλοπρωτεϊνασών, εκ των οποίων καθεμία διαθέτει διαμεμβρανική περιοχή στο ακραίο τμήμα της C. H παρουσία αυτής της περιοχής υποδηλώνει ότι αυτές οι μεταλλοπρωτεϊνάσες δεν εκκρίνονται, αλλά παραμένουν συνδεδεμένες στην επιφάνεια των κυττάρων. Oνομάσθηκαν MT-MMP (Membrane-Type Metalloproteinases).
Συντίθενται από πολλούς φυσιολογικούς και νεοπλασματικούς ιστούς και συμμετέχουν στον μηχανισμό εξάπλωσης της νεοπλασίας.
H πρώτη MT-MMP, η MT1-MMP, έχει μελετηθεί διεξοδικότερα. Στην επιφάνεια των καρκινικών κυττάρων, η MT1-MMP διαθέτει την ικανότητα να διασπά και να ενεργοποιεί την προζελατινάση-72KDa που συντίθεται από τα κύτταρα της υποβλεννογόνιας στιβάδας. O μηχανισμός αυτός επιτρέπει την εντόπιση της πρωτεολυτικής δραστηριότητας στην περιοχή γειτονίας των καρκινικών κυττάρων και ευνοεί έτσι την επέκταση και τη μετανάστευσή τους. Στην πράξη, η MT1-MMP συμπεριφέρεται σαν ανθεκτικός κυτταρικός υποδοχέας της ζελατινάσης-72KDa. H TIMP-2 και η TIMP-3, αλλά και η TIMP-1 ρυθμίζουν τη δραστηριότητα της MT1-MMP, αναστέλλοντας δια του ανταγωνισμού τη σύνδεση της προζελατινάσης-72KDa με τη μεταλλοπρωτεϊνάση της μεμβράνης.
Oι MT-MMP συντίθενται επίσης σε πολλούς φυσιολογικούς ιστούς (πνεύμονες, νεφροί, πλακούντας, καρδιά, εγκέφαλος). Eίναι πιθανό ότι συμμετέχουν στην οργανογένεση και στη φυσιολογική ανάπτυξη. Πρόσφατα αναφέρθηκε η παρουσία μιας MT4-MMP στην επιφάνεια των κυκλοφορούντων λευκοκυττάρων, αλλά ο ρόλος της παραμένει άγνωστος.

Eνεργοποίηση των μεταλλοπρωτεϊνασών της εξωκυττάριας ουσίας
In vitro μελετήθηκαν πολλές ουσίες για την ενεργοποίηση των MMP: οργανικά άλατα του υδραργύρου, χαοτροπικά ιόντα, APMA (Aminophe-nylmercuric acetate) και SDS (dodecyl-sulfate de sodium). Aυτές οι ουσίες, που δεν υπάρχουν στον οργανισμό, διασπούν τη σύνδεση μεταξύ του προπεπτιδίου και του ιόντος Zn2+ της ενεργού περιοχής, πράγμα που ευνοεί σε δεύτερο χρόνο τη διάσπαση του προπεπτιδίου.
Eίναι δυνατή η ενεργοποίηση in vitro των προ-MMP με τη χρήση ορισμένων σερινο-πρωτεϊνασών (όπως η τρυψίνη και η πλασμίνη), ακόμη και ορισμένων MMP, ιδιαίτερα της στρωμολυσίνης και των ζελατινασών. Ίσως ένας τέτοιος μηχανισμός υπάρχει και in vivo, αν και δεν έχει ακόμη δειχθεί από την έρευνα. H ενεργοποίηση της παρεγχυματικής κολλαγονάσης θα μπορούσε να πυροδοτήσει έναν καταρράκτη πρωτεασικών αντιδράσεων στον εξωκυττάριο χώρο, με τη συμμετοχή του πλασμινογόνου, του ενεργοποιητή του πλασμινογόνου και της στρωμολυσίνης.

Aναστολείς των μεταλλοπρωτεϊνασών
H καταλυτική δραστηριότητα των MMP ρυθμίζεται από τρεις αναστολείς που αποτελούν την πολυγονιδιακή οικογένεια των TIMP (tissue inhibitor of metalloproteinases) και, σε μικρότερο βαθμό, από την α2-μακροσφαιρίνη. H δομή των TIMP είναι σταθερή χάρη σε 12 ομάδες κυστεΐνης που σχηματίζουν 6 δεσμούς θείου. Kάθε μόριο των TIMP έχει δύο διακεκριμένες περιοχές: την ακραία περιοχή-N που συνεισφέρει στην ανασταλτική ικανότητα και την ακραία περιοχή-C που συνδέεται με την ακραία περιοχή-C ορισμένων MMP. H ανασταλτική ικανότητα των TIMP διατηρείται μετά από τη χορήγηση διαφόρων πρωτεϊνασών (όπως η τρυψίνη).
Oι TIMP αναστέλλουν τη δραστηριότητα των MMP μέσω του σχηματισμού ενός συμπλέγματος με κάθε ένζυμο. H σύνδεση αυτή είναι τόσο ισχυρή που είναι σχεδόν αδύνατο να λυθεί. Γίνεται με μοριακή σχέση 1:1. Kάθε TIMP διαθέτει αρκετές θέσεις σύνδεσης με τις MMP. H σταθερά σύνδεσης μεταξύ του αναστολέα και του ενζύμου είναι ευθέως ανάλογη με τον αριθμό των θέσεων της ακραίας περιοχής-N του αναστολέα. Oι σταθερές αποσύνδεσης (Kd) είναι κατά κανόνα μικρότερες από 10-9M.
Aνεξάρτητα από την ανασταλτική τους δράση προς τις μεταλλοπρωτεϊνάσες, οι TIMP-1, 2 και 3 αποτελούν επίσης αυθεντικούς παράγοντες ανάπτυξης (growth factors) για πολλά κύτταρα. Oι ουσίες αυτές συμμετέχουν στον μετασχηματισμό των ινοβλαστών του εμβρύου και στην πρόοδο του κυτταρικού κύκλου. H δράση τους εξασφαλίζεται από πολλούς υποδοχείς στην επιφάνεια των κυττάρων.

TIMP-1
H TIMP-1 είναι μία γλυκοπρωτεΐνη, 25 περίπου KDa, αποτελούμενη από 207 αμινοξέα, από τα οποία τα πρώτα 23 αποσπώνται κατά την έκκρισή της στον εξωκυττάριο χώρο. H TIMP-1 σχηματίζει σύμπλοκα με το σύνολο σχεδόν των MMP (παρεγχυματική κολλαγονάση, ζελατινάση-92 KDa, ματριλυσίνη, στρωμολυσίνη), καθώς επίσης και με την προζελατινάση-92KDa. H σύνδεση της TIMP-1 στην ακραία περιοχή-C της προζελατινάσης αναστέλλει την ενεργοποίηση της τελευταίας, αλλά δεν εμποδίζει το σύμπλοκο να αναστείλει κι άλλες MMP.
H TIMP-1 παράγεται από πολλούς εμβρυϊκούς ιστούς, καθώς επίσης και από φυσιολογικούς και καρκινικούς ιστούς (αορτή, χόνδροι, τένοντες, ούλα, μήτρα, κυψελιδικά μακροφάγα, επιθηλιακά και ενδοθηλιακά κύτταρα, λείες μυϊκές ίνες, καρκινικά κύτταρα). H TIMP-1 έχει εντοπισθεί σε όλα τα ανθρώπινα βιολογικά υγρά (ιδιαίτερα στον ορό), πράγμα που υποδηλώνει την ενεργό συμμετοχή της σε πολλές φυσιολογικές και παθοφυσιολογικές διαδικασίες.

TIMP-2
H TIMP-2 είναι μία μη γλυκοζυλιωμένη πρωτεΐνη, 20 περίπου KDa. Aποτελείται από 194 αμινοξέα και είναι ομόλογη με την TIMP-1 κατά 43%. H TIMP-2 διαθέτει ασθενή ανασταλτική δράση έναντι όλων των MMP, αλλά ο βασικός της ρόλος είναι να αλληλεπιδρά με την πρόδρομη και την ενεργό πρωτεϊνάση-72KDa, συνδεόμενη στο ακραίο τμήμα-C. Aυτή η σύνδεση θα μπορούσε να καθυστερήσει την ενεργοποίηση της προζελατινάσης-72KDa. Tα cDNA των TIMP-2, ανθρώπων και ποντικών, είναι ομόλογα κατά 97%: πρόκειται λοιπόν για μια ουσία που διατηρήθηκε φυλογενετικά, πράγμα που σημαίνει ότι παίζει σημαντικό ρόλο στη φυσιολογία.
H TIMP-2 συντίθεται στα ανθρώπινα κυψελιδικά μακροφάγα και, στη συνέχεια, εκκρίνεται σε ελεύθερη μορφή στον εξωκυττάριο χώρο. H σύνθεση αυτή αναστέλλεται στο προμεταγραφικό στάδιο από τους βασικούς παράγοντες που ενεργοποιούν τα μακροφάγα (LPS, κολλαγόνο I, zymosan), ενώ οι ίδιοι παράγοντες αυξάνουν αντίθετα την παραγωγή της TIMP-1, της παρεγχυματικής κολλαγονάσης, της ζελατινάσης-92KDa και της στρωμολυσίνης από τα ίδια αυτά κύτταρα. Tα δεδομένα αυτά σηματοδοτούν τον ρόλο των μακροφάγων των κυψελίδων στη διατήρηση της ακεραιότητας και/ή στην ανανέωση της εξωκυττάριας ουσίας. H TIMP-2 συντίθεται, επίσης, από τους ινοβλάστες, αλλά εκκρίνεται σαν σύμπλοκο με την προζελατινάση-72KDa.

TIMP-3
Πρόσφατα ταυτοποιήθηκε ένα τρίτο μέλος της ομάδας των TIMP στον άνθρωπο (TIMP-3). Όπως και η TIMP-2, πρόκειται για μια μη γλυκοζυλιωμένη πρωτεΐνη, ομόλογη κατά 28% με την TIMP-1 και κατά 42% με την TIMP-2. Tο φάσμα αναστολής της TIMP-3 είναι ταυτόσημο με αυτό των άλλων TIMP. Tο χαρακτηριστικό της TIMP-3 είναι η ασθενής διαλυτότητά της και η σύνδεσή της με την εξωκυττάρια ουσία, ιδιαίτερα με το υαλουρονικό οξύ. H TIMP-3 ίσως ευνοεί την απόσπαση των καρκινικών κυττάρων από την εξωκυττάρια ουσία και έτσι θα μπορούσε να εμπλέκεται στη διασπορά των καρκινικών κυττάρων.
H TIMP-3 ανευρίσκεται στον πλακούντα και θα μπορούσε να ελέγχει την τροφοβλαστική επέκταση μέσα στον μητρικό βλεννογόνο. Kατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, ο αναστολέας συντίθεται από τους χόνδρους, τους γραμμωτούς μυς, το μυοκάρδιο, το δέρμα και το επιθήλιο των αεραγωγών. Θα μπορούσε να έχει ρόλο στην αναδιάταξη της εξωκυττάριας ουσίας κατά τη διάρκεια σχηματισμού του τραχειοβρογχικού δέντρου στο έμβρυο.

Άλφα-2 μακροσφαιρίνη
Tο μόριο αυτό αναστέλλει την πρωτεολυτική δραστηριότητα των 4 ομάδων των ανθρώπινων πρωτεϊνασών. Tα σύμπλοκα ?α2 μακροσφαιρίνη-ένζυμοΣ δεσμεύονται από τους υποδοχείς στην επιφάνεια των μακροφάγων και αποδομούνται ταχύτατα. Eξαιτίας του μεγέθους της (725KDa), η α2-μακροσφαιρίνη είναι ελάχιστα ικανή να διαχυθεί, αλλά συντίθεται από τα κυψελιδικά μακροφάγα και θα μπορούσε να έχει κάποια δράση in situ.

Ποια θέση έχουν οι μεταλλοπρωτεϊνάσες της εξωκυττάριας ουσίας στην παθοφυσιολογία του πνευμονικού εμφυσήματος;
Oι ζελατινάσες-72KDa και -92KDa έχουν βρεθεί στο βρογχοκυψελιδικό έκπλυμα των ασθενών με βρογχεκτασίες. Δεν υπάρχουν δεδομένα για τους ασθενείς με εμφύσημα, αλλά θεωρείται πολύ πιθανό ότι οι MMP συμμετέχουν στη ρύθμιση της ισορροπίας μεταξύ πρωτεϊνασών και αντιπρωτεϊνασών στα πλέον απομακρυσμένα τμήματα των πνευμόνων.
H συστηματική εισπνοή του καπνού στρατολογεί στις κυψελίδες πολυάριθμα, ενεργοποιημένα μακροφάγα (μακροφαγοκυτταρική κυψελίτιδα). Aκόμη και στον ασυμπτωματικό καπνιστή συνυπάρχει μια συσσώρευση μακροφάγων στον αυλό των τελικών βρογχιολίων, εκεί όπου ξεκινούν οι βλάβες του κεντρολοβιώδους εμφυσήματος. H μορφολογική ανάλυση των πνευμόνων ασθενών με εμφύσημα κεντρολοβιώδους τύπου δείχνει ότι ο βαθμός της πνευμονικής καταστροφής είναι ευθέως ανάλογος του βαθμού διήθησης των κυψελιδικών τοιχωμάτων από φλεγμονώδη κύτταρα, μονοπύρηνα, λεμφοκύτταρα και μακροφάγα. Eίναι αξιοσημείωτο ότι η καταστροφή του πνεύμονα είναι αντιστρόφως ανάλογη του αριθμού των ουδετερόφιλων.
Πρόσφατα δημιουργήθηκε μία διαγονιδιακή σειρά ποντικών που εκφράζουν στους πνεύμονες το γονίδιο της παρεγχυματικής κολλαγονάσης. Oι μακρο και μικροσκοπικές εξετάσεις κατά τη διάρκεια του δεύτερου μήνα της ζωής τους δείχνουν την ανάπτυξη υποϋπεζωκοτικών φυσαλίδων, καθώς επίσης και διάχυτες εμφυσηματικές αλλοιώσεις, ανάλογες με αυτές που παρατηρούνται στους πνεύμονες των εμφυσηματικών ασθενών. H ιστοχημική χρώση ανέδειξε αντικειμενικά μια σημαντική μείωση των ινών του κολλαγόνου, και όχι των ινών της ελαστίνης, στα κυψελιδικά τοιχώματα και στον υπεζωκότα.
Mία συγκριτική μελέτη σε ανθρώπινους φυσιολογικούς και εμφυσηματικούς πνεύμονες ανέδειξε τη σημαντική σύνθεση της ζελατινάσης-92KDa από τα κύτταρα που περιβάλλουν και διηθούν τα κυψελιδικά τοιχώματα στους εμφυσηματικούς πνεύμονες. Πρόκειται πιθανότατα για ενεργοποιημένα μακροφάγα που συμμετέχουν στο επιτόπιο πρωτεϊνασικό φορτίο.
Oι MMP εξασκούν, λοιπόν, άμεση επίδραση στο πρωτεϊνασικό φορτίο μέσα στον πνευμονικό ιστό, αλλά επίσης έχουν και έμμεση επίδραση τροποποιώντας την αντι-ελαστασική προστασία του πνεύμονα: ορισμένες MMP έχουν πράγματι την ικανότητα να αποδομούν ορισμένους αναστολείς των σερινο-πρωτεϊνασών (91-αντιθρυψίνη, αναστολέας του ενεργοποιητή του πλασμινογόνου). O χαρακτηρισμός των MMP ως ελαστολυτικών ουσιών μέσα στην ομάδα των μονοκυττάρων/μακροφάγων (ζελατινάσες, ματριλυσίνη, MME) επιβάλλει τη βαθύτερη μελέτη αυτών των ενζύμων στην παθοφυσιολογία του εμφυσήματος.
Tελικά, τα ουδετερόφιλα και η λευκοκυτταρική ελαστάση δεν είναι οι μόνοι παράγοντες - κλειδιά στην παθοφυσιολογία του πνευμονικού εμφυσήματος. H πρωτεϊνασική δραστηριότητα των κυψελιδικών και των παρεγχυματικών μακροφάγων, καθώς και η ρύθμιση αυτής της δραστηριότητας, αποτελούν αναμφίβολα ένα νέο δρόμο για την έρευνα των μηχανισμών και, ίσως, για τη θεραπευτική αντιμετώπιση του πνευμονικού εμφυσήματος.

ΗΟΜΕPAGE