Las lamininas son una familia de glicoproteínas de la matriz extracelular de todos los animales. Son componentes principales de la membrana basal , es decir, la lámina basal (la red proteica que constituye la base de la mayoría de las células y órganos). Las lamininas son vitales para la actividad biológica, ya que influyen en la diferenciación , la migración y la adhesión celular . [1] [2]
Las lamininas son proteínas heterotriméricas con una alta masa molecular (~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 de acuerdo con su composición de 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 puede unirse a otras moléculas de la matriz extracelular y la membrana celular. [4] Los tres brazos cortos tienen afinidad para 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 de tejido organizado a la membrana basal.
Las lamininas son fundamentales para el andamiaje estructural de casi todos los tejidos de un organismo: se secretan e incorporan a las matrices extracelulares asociadas a las células. Estas glicoproteínas son fundamentales para el mantenimiento y la vitalidad de los tejidos; las lamininas defectuosas pueden provocar que los músculos se formen de forma inadecuada, lo que conduce a una forma de distrofia muscular , enfermedad letal de formación de ampollas en la piel ( epidermólisis ampollosa de la unión ) y/o defectos del filtro renal ( síndrome nefrótico ). [5]
En los seres humanos se han identificado quince trímeros de lamininas, que son combinaciones de diferentes cadenas alfa, beta y gamma. [6]
Las lamininas se numeraban previamente a medida que se descubrían, es decir, laminina-1, laminina-2, laminina-3, etc., pero se cambió la nomenclatura 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 alguna nomenclatura 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 glucoproteína distroglicano y la glucoproteína 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 celular, el mantenimiento del fenotipo tisular y la promoción de la supervivencia tisular. [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 , incluidos los nervios periféricos , el ganglio de la raíz dorsal , el músculo esquelético y los capilares; en la unión neuromuscular , es necesaria para la especialización sináptica . [12] Se ha predicho que la estructura del dominio de la laminina-G se asemeja a la de la pentraxina . [13]
La laminina-111 es un sustrato importante a lo largo del cual crecen 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 la forma en que el cono de crecimiento responde a otras señales. Por ejemplo, los conos de crecimiento son repelidos por la netrina cuando crecen en laminina-111, pero son atraídos por la netrina cuando crecen en fibronectina. [ cita requerida ] Este efecto de la laminina-111 probablemente ocurre a través de una disminución del AMP cíclico intracelular. [ cita requerida ]
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 adhieren a las lamininas y promueven la neuroregeneración después de una lesión. [14]
La estructura disfuncional de una laminina en particular, la laminina-211, es la causa de una forma de distrofia muscular congénita . [15] La laminina-211 está compuesta de 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, esencial para la adhesión de las células epiteliales a la membrana basal, conduce a la epidermólisis ampollosa de la unión , caracterizada por ampollas generalizadas, tejido de granulación exuberante de la piel y la mucosa y dientes picados.
La laminina-521 mal funcional en el filtro renal provoca fugas de proteínas en la orina y síndrome nefrótico . [5]
Algunas de las isoformas de la laminina se han visto implicadas en la fisiopatología del cáncer . La mayoría de las transcripciones que albergan un sitio de entrada al ribosoma interno (IRES) están implicadas en el desarrollo del cáncer a través de las proteínas correspondientes. Un evento crucial en la progresión tumoral, conocido como la transición epitelial a mesenquimal (EMT), permite que las células de carcinoma adquieran propiedades invasivas. Recientemente se ha informado de 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 reporteros bicistrónicos independientes. Hay pruebas sólidas que excluyen un impacto del promotor críptico o de los sitios de empalme en la traducción impulsada por IRES de LamB1. Además, no se detectaron otras especies de ARNm de LamB1 que surjan de sitios de inicio de transcripción alternativos o señales de poliadenilación que expliquen su control traduccional. El mapeo de la región 5' no traducida (UTR) de LamB1 reveló el motivo IRES de LamB1 mínimo entre -293 y -1 aguas arriba del codón de inicio. La purificación por afinidad del ARN demostró que la proteína La interactúa con el IRES de LamB1. Esta interacción y su regulación durante la EMT se confirmaron mediante inmunoprecipitación de ribonucleoproteína. LamB1 es capaz de modular positivamente la traducción del IRES de LamB1, por lo que el IRES de LamB1 se activa al unirse a La, lo que conduce a una regulación positiva de la traducción durante la EMT hepatocelular. [16]
Junto con otros componentes principales de la matriz extracelular, 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 duras condiciones de extracción, como enzimas proteolíticas o pH bajo, que causan degradación. Por lo tanto, las lamininas recombinantes se han producido desde el año 2000. [18] Esto hizo posible probar si las lamininas podrían tener un papel significativo in vitro como lo han hecho en el cuerpo humano. En 2008, dos grupos demostraron de forma independiente que las células madre embrionarias de ratón pueden cultivarse durante meses sobre laminina-511 recombinante. [19] [20] Más tarde, Rodin et al. demostraron que la laminina-511 recombinante puede utilizarse para crear un entorno de cultivo celular definido y libre de xenoorganismos para cultivar células ES pluripotentes humanas y células iPS humanas. [21]
Las lamininas contienen varios dominios proteicos conservados .
Las lamininas son moléculas triméricas; la 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 superenrollada . [22]
El dominio de la laminina B (también conocido como dominio IV) es un módulo extracelular de función desconocida. Se encuentra en varias proteínas diferentes , entre ellas, el proteoglicano de heparán sulfato de la membrana basal , una proteína similar a la laminina de Caenorhabditis elegans y la laminina. El dominio de la laminina IV no se encuentra en cadenas cortas de laminina (alfa4 o beta3).
Además de los diferentes tipos de dominios globulares , cada subunidad de laminina contiene, en su primera mitad, repeticiones consecutivas de unos 60 aminoácidos de longitud que incluyen ocho cisteínas conservadas . [23] La estructura terciaria de este dominio es remotamente similar en su extremo N a la 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 copias. En la cadena gamma-1 de laminina de ratón , se ha demostrado que el séptimo dominio LE es el único que se une con una alta afinidad a nidogen . [26] Los sitios de unión se encuentran en la superficie dentro de los bucles C1-C3 y C5-C6. [24] [25] Las largas matrices consecutivas de dominios similares a EGF de laminina en las lamininas forman elementos similares a varillas de flexibilidad limitada, que determinan el espaciamiento en la formación de redes de laminina de las membranas basales . [27] [28]
El dominio globular (G) de la laminina, 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 la laminina, así como en una gran cantidad de otras proteínas extracelulares . [29] Por ejemplo, todas las cadenas alfa de la laminina tienen cinco dominios G de laminina, todas las proteínas de la familia del colágeno tienen un dominio G de laminina, las proteínas CNTNAP tienen cuatro dominios G de laminina, mientras que la neurexina 1 y 2 tienen cada una seis dominios G de laminina. En promedio, aproximadamente una cuarta parte de las proteínas que tienen dominios G de laminina está ocupada por estos mismos dominios G de laminina. El dominio G de laminina 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 la laminina G ha permanecido esquiva, y se ha atribuido una variedad de funciones de unión a diferentes módulos de la laminina G. Por ejemplo, las cadenas alfa1 y alfa2 de la laminina 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 celular , señalización , migración , ensamblaje y diferenciación .
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 distroglicano (y posiblemente otros receptores) reclutados a la laminina adherente. Este autoensamblaje dependiente del dominio LN se considera crucial para la integridad de las membranas basales, como lo resaltan las formas genéticas de distrofia muscular que contienen la eliminación del módulo LN de la cadena alfa 2 de laminina. [31] El dominio N-terminal de la laminina se encuentra en todas las subunidades de laminina y netrina excepto la laminina alfa 3A, alfa 4 y gamma 2.
