Las lamininas son una familia de glicoproteínas de la matriz extracelular de todos los animales. Son constituyentes importantes de la membrana basal , es decir, la lámina basal (la base de la red proteica de la mayoría de las células y órganos). Las lamininas son vitales para la actividad biológica e influyen en la diferenciación , migración y adhesión celular . [1] [2]
Las lamininas son proteínas heterotriméricas con una masa molecular elevada (~400 a ~900 kDa) y poseen tres cadenas diferentes (α, β y γ) codificadas por cinco, cuatro y tres genes parálogos en humanos, respectivamente. Las moléculas de laminina se nombran según la composición de su cadena; por ejemplo, la laminina-511 contiene cadenas α5, β1 y γ1. [3] Se han identificado otras catorce combinaciones de cadenas in vivo . Las proteínas triméricas se entrecruzan componiendo una estructura cruciforme que es capaz de unirse a otras moléculas de la matriz extracelular y de la membrana celular . [4] Los tres brazos cortos tienen afinidad por unirse a otras moléculas de laminina, lo que conduce a la formación de láminas. El brazo largo es capaz de unirse a las células y ayuda a anclar las células del tejido organizado a la membrana basal.
Las lamininas son parte integral del andamiaje estructural de casi todos los tejidos de un organismo: se secretan e incorporan en matrices extracelulares asociadas a células. Estas glicoproteínas son imprescindibles para el mantenimiento y la vitalidad de los tejidos; las lamininas defectuosas pueden hacer que los músculos se formen incorrectamente, lo que lleva a una forma de distrofia muscular, enfermedad letal con ampollas en la piel ( epidermólisis ampollosa de la unión ) y/o defectos del filtro renal ( síndrome nefrótico ). [5]
En humanos se han identificado quince trímeros de laminina. Las lamininas son combinaciones de diferentes cadenas alfa, beta y gamma. [6]
Las lamininas anteriormente se numeraban a medida que se iban descubriendo, es decir, laminina-1, laminina-2, laminina-3, etc., pero la nomenclatura se cambió para describir qué cadenas están presentes en cada isoforma (laminina-111, laminina-211, etc. ). [3] Además, muchas lamininas tenían nombres comunes antes de que existiera cualquiera de las nomenclaturas de lamininas. [7] [8]
Las lamininas forman redes independientes y están asociadas con redes de colágeno tipo IV a través de entactina , [9] fibronectina , [10] y perlecano . Las proteínas también se unen a las membranas celulares a través de integrinas y otras moléculas de la membrana plasmática , como el complejo de glicoproteína distroglicano y la glicoproteína del grupo sanguíneo luterano. [4] A través de estas interacciones, las lamininas contribuyen de manera crítica a la unión y diferenciación celular, la forma y el movimiento de las células, el mantenimiento del fenotipo del tejido y la promoción de la supervivencia del tejido. [4] [6] Algunas de estas funciones biológicas de la laminina se han asociado con secuencias de aminoácidos específicas o fragmentos de laminina. [4] Por ejemplo, la secuencia peptídica [GTFALRGDNGDNGQ], que se encuentra en la cadena alfa de la laminina, promueve la adhesión de las células endoteliales. [11]
La laminina alfa4 se distribuye en una variedad de tejidos que incluyen nervios periféricos , ganglio de la raíz dorsal , músculo esquelético y capilares; en la unión neuromuscular , es necesario para la especialización sináptica . [12] Se ha predicho que la estructura del dominio laminina-G se parecerá a la de la pentraxina . [13]
Laminina-111 es un sustrato importante a lo largo del cual crecerán los axones nerviosos, tanto in vivo como in vitro. Por ejemplo, establece un camino que siguen las células ganglionares de la retina en desarrollo en su camino desde la retina hasta el tectum . También se utiliza a menudo como sustrato en experimentos de cultivo celular. La presencia de laminina-1 puede influir en cómo responde el cono de crecimiento a otras señales. Por ejemplo, los conos de crecimiento son repelidos por la netrina cuando se cultivan en laminina-111, pero se sienten atraídos por la netrina cuando se cultivan en fibronectina. [ cita necesaria ] Este efecto de la laminina-111 probablemente se produce a través de una reducción del AMP cíclico intracelular. [ cita necesaria ]
Las lamininas se enriquecen en el sitio de la lesión después de una lesión del nervio periférico y son secretadas por las células de Schwann . Las neuronas del sistema nervioso periférico expresan receptores de integrina que se unen a las lamininas y promueven la neuroregeneración después de una lesión. [14]
La estructura disfuncional de una laminina particular, la laminina-211, es la causa de una forma de distrofia muscular congénita . [15] Laminina-211 está compuesta por cadenas α2 , β1 y γ1 . La distribución de esta laminina incluye el cerebro y las fibras musculares. En el músculo, se une al alfa-distroglicano y a la integrina alfa7 - beta1 a través del dominio G y, a través del otro extremo, se une a la matriz extracelular .
La laminina-332 anormal, que es esencial para la adhesión de las células epiteliales a la membrana basal, conduce a una afección llamada epidermólisis ampollosa de unión , caracterizada por ampollas generalizadas, tejido de granulación exuberante de piel y mucosas y dientes hundidos.
El mal funcionamiento de la laminina-521 en el filtro renal provoca fuga de proteínas a la orina y síndrome nefrótico . [5]
Algunas de las isoformas de laminina se han implicado en la fisiopatología del cáncer . La mayoría de las transcripciones que albergan un sitio de entrada al ribosoma interno (IRES) participan en el desarrollo del cáncer a través de las proteínas correspondientes. Un evento crucial en la progresión del tumor denominado transición epitelial a mesenquimatosa (EMT) permite que las células del carcinoma adquieran propiedades invasivas. Recientemente se ha informado sobre la activación traduccional del componente de la matriz extracelular laminina B1 (LAMB1) durante la EMT, lo que sugiere un mecanismo mediado por IRES. La actividad IRES de LamB1 se determinó mediante ensayos de indicador bicistrónico independientes. Evidencia sólida excluye un impacto del promotor críptico o de los sitios de empalme en la traducción de LamB1 impulsada por IRES. Además, no se detectaron otras especies de ARNm de LamB1 que surjan de sitios de inicio de transcripción alternativos o señales de poliadenilación que representen su control traduccional. El mapeo de la región no traducida 5' (UTR) de LamB1 reveló el motivo IRES mínimo de LamB1 entre -293 y -1 aguas arriba del codón de inicio. La purificación por afinidad de ARN demostró que la proteína La interactúa con LamB1 IRES. Esta interacción y su regulación durante la EMT fueron confirmadas mediante inmunoprecipitación de ribonucleoproteínas. La es capaz de modular positivamente la traducción de LamB1 IRES, por lo que LamB1 IRES se activa uniéndose a La, lo que conduce a una regulación positiva de la traducción durante la EMT hepatocelular. [dieciséis]
Junto con otros componentes importantes de la MEC, como los colágenos y la fibronectina , las lamininas se han utilizado para mejorar el cultivo de células de mamíferos , especialmente en el caso de células madre pluripotentes , así como algunos cultivos de células primarias, que pueden ser difíciles de propagar en otros. sustratos. Hay dos tipos de lamininas de origen natural disponibles comercialmente: la laminina-111, extraída de sarcomas de ratón, y mezclas de lamininas de placenta humana, que pueden corresponder principalmente a la laminina-211, 411 o 511, según el proveedor. [17] Las diversas isoformas de laminina son prácticamente imposibles de aislar de los tejidos en forma pura debido a la extensa reticulación y la necesidad de condiciones de extracción duras, como enzimas proteolíticas o pH bajo, que causan degradación. Por lo tanto, se han producido lamininas recombinantes desde el año 2000. [18] Esto hizo posible probar si las lamininas podrían tener un papel importante in vitro como lo tienen en el cuerpo humano. En 2008, dos grupos demostraron de forma independiente que las células madre embrionarias de ratón se pueden cultivar durante meses sobre laminina-511 recombinante. [19] [20] Posteriormente, Rodin et al. demostró que la laminina-511 recombinante se puede utilizar para crear un entorno de cultivo celular definido y libre de xenos para cultivar células ES pluripotentes humanas y células iPS humanas. [21]
Las lamininas contienen varios dominios proteicos conservados .
Las lamininas son moléculas triméricas; laminina-1 es un trímero alfa1 beta1 gamma1 . Se ha sugerido que los dominios I y II de la laminina A, B1 y B2 pueden unirse para formar una estructura de triple hélice . [22]
El dominio de laminina B (también conocido como dominio IV) es un módulo extracelular de función desconocida. Se encuentra en varias proteínas diferentes que incluyen el proteoglicano de sulfato de heparán de la membrana basal , una proteína similar a la laminina de Caenorhabditis elegans y la laminina. El dominio de laminina IV no se encuentra en las cadenas cortas de laminina (alfa4 o beta3).
Además de diferentes tipos de dominios globulares , cada subunidad de laminina contiene, en su primera mitad, repeticiones consecutivas de aproximadamente 60 aminoácidos de longitud que incluyen ocho cisteínas conservadas . [23] La estructura terciaria de este dominio es remotamente similar en su extremo N al del módulo similar a EGF . [24] [25] También se conoce como dominio 'LE' o 'similar a EGF de tipo laminina'. El número de copias del dominio similar a EGF de laminina en las diferentes formas de lamininas es muy variable; Se han encontrado desde 3 hasta 22 ejemplares. En la cadena de laminina gamma-1 de ratón , se ha demostrado que el séptimo dominio LE es el único que se une con alta afinidad a nidogen . [26] Los sitios de unión están ubicados en la superficie dentro de los bucles C1-C3 y C5-C6. [24] [25] Largas series consecutivas de dominios similares a EGF de laminina en las lamininas forman elementos en forma de varilla de flexibilidad limitada, que determinan el espaciado en la formación de redes de laminina de las membranas basales . [27] [28]
El dominio globular de laminina (G), también conocido como dominio LNS (laminina-alfa, neurexina y globulina transportadora de hormonas sexuales), tiene una longitud promedio de 177 aminoácidos y se puede encontrar en una a seis copias en varios miembros de la familia de las lamininas. así como en una gran cantidad de otras proteínas extracelulares . [29] Por ejemplo, todas las cadenas alfa de laminina tienen cinco dominios de laminina G, todas las proteínas de la familia del colágeno tienen un dominio de laminina G, las proteínas CNTNAP tienen cuatro dominios de laminina G, mientras que las neurexinas 1 y 2 tienen cada una seis dominios de laminina G. En promedio, aproximadamente una cuarta parte de las proteínas que contienen dominios de laminina G son absorbidas por estos propios dominios de laminina G. El dominio de laminina G más pequeño se puede encontrar en una de las proteínas de colágeno (COL24A1; 77 AA) y el dominio más grande en TSPEAR (219 AA).
La función exacta de los dominios de Laminin G sigue siendo difícil de alcanzar y se ha atribuido una variedad de funciones de unión a diferentes módulos de Laminin G. Por ejemplo, las cadenas de laminina alfa1 y alfa2 tienen cada una cinco dominios de laminina G C-terminales , donde solo los dominios LG4 y LG5 contienen sitios de unión para heparina, sulfátidos y el receptor de superficie celular distroglicano . [30] Las proteínas que contienen laminina G parecen tener una amplia variedad de funciones en la adhesión , señalización , migración , ensamblaje y diferenciación celular .
El ensamblaje de la membrana basal es un proceso cooperativo en el que las lamininas se polimerizan a través de su dominio N-terminal (LN o dominio VI) y se anclan a la superficie celular a través de sus dominios G. Las netrinas también pueden asociarse con esta red a través de interacciones heterotípicas del dominio LN. [28] Esto conduce a la señalización celular a través de integrinas y distroglicanos (y posiblemente otros receptores) reclutados en la laminina adherente. Este autoensamblaje dependiente del dominio LN se considera crucial para la integridad de las membranas basales, como lo destacan las formas genéticas de distrofia muscular que contienen la eliminación del módulo LN de la cadena de laminina alfa 2. [31] El dominio N-terminal de laminina se encuentra en todas las subunidades de laminina y netrina excepto laminina alfa 3A, alfa 4 y gamma 2.
