Las metaloproteinasas de matriz ( MMP ), también conocidas como metalopeptidasas de matriz o matrixinas , son metaloproteinasas que son endopeptidasas que contienen zinc y dependen del calcio ; [1] otros miembros de la familia son las adamalisinas , las serralisinas y las astacinas . Las MMP pertenecen a una familia más grande de proteasas conocida como la superfamilia de las metzincinas. [2]
En conjunto, estas enzimas son capaces de degradar todo tipo de proteínas de la matriz extracelular , pero también pueden procesar una serie de moléculas bioactivas . Se sabe que están implicadas en la escisión de los receptores de la superficie celular , la liberación de ligandos apoptóticos (como el ligando FAS ) y la inactivación de quimiocinas / citocinas . [3] También se cree que las MMP desempeñan un papel importante en los comportamientos celulares, como la proliferación celular , la migración ( adhesión /dispersión), la diferenciación , la angiogénesis , la apoptosis y la defensa del huésped .
Se describieron por primera vez en vertebrados en 1962, [4] incluidos los humanos, pero desde entonces se han encontrado en invertebrados y plantas. Se distinguen de otras endopeptidasas por su dependencia de iones metálicos como cofactores , su capacidad para degradar la matriz extracelular y su secuencia de ADN evolutiva específica .
Las MMP fueron descritas inicialmente por Jerome Gross y Charles Lapiere en 1962, quienes observaron actividad enzimática ( degradación de la triple hélice del colágeno ) durante la metamorfosis de la cola del renacuajo (al colocar una cola de renacuajo en una placa de matriz de colágeno). [5] Por lo tanto, la enzima se denominó colagenasa intersticial ( MMP-1 ).
Posteriormente se purificó a partir de piel humana (1968), [6] y se reconoció que se sintetizaba como un zimógeno . [7]
El "cambio de cisteína" fue descrito en 1990. [8]
Las MMP tienen una estructura de dominio común . Los tres dominios comunes son el propéptido, el dominio catalítico y el dominio C-terminal similar a la hemopexina , que está unido al dominio catalítico por una región de bisagra flexible. [2]
Las MMP se sintetizan inicialmente como zimógenos inactivos con un dominio pro-péptido que debe eliminarse antes de que la enzima esté activa. El dominio pro-péptido es parte del "interruptor de cisteína". Este contiene un residuo de cisteína conservado que interactúa con el zinc en el sitio activo y evita la unión y escisión del sustrato , manteniendo la enzima en una forma inactiva. En la mayoría de las MMP, el residuo de cisteína está en la secuencia conservada PRCGxPD. Algunas MMP tienen un sitio de escisión de la convertasa de prohormona (similar a Furin) como parte de este dominio, que, cuando se escinde, activa la enzima. MMP-23A y MMP-23B incluyen un segmento transmembrana en este dominio. [9]
Las estructuras cristalográficas de rayos X de varios dominios catalíticos de MMP han demostrado que este dominio es una esfera achatada que mide 35 x 30 x 30 Å (3,5 × 3 x 3 nm ). El sitio activo es una ranura de 20 Å (2 nm) que atraviesa el dominio catalítico. En la parte del dominio catalítico que forma el sitio activo hay un ion Zn 2+ catalíticamente importante , que está unido por tres residuos de histidina que se encuentran en la secuencia conservada HExxHxxGxxH. Por lo tanto, esta secuencia es un motivo de unión al zinc.
Las gelatinasas, como la MMP-2 , incorporan módulos de fibronectina tipo II insertados inmediatamente antes en el motivo de unión al zinc en el dominio catalítico. [10]
El dominio catalítico está conectado al dominio C-terminal mediante una región de unión o bisagra flexible. Tiene una longitud de hasta 75 aminoácidos y no tiene estructura determinable.
El dominio C-terminal tiene similitudes estructurales con la proteína sérica hemopexina . Tiene una estructura de hélice β de cuatro palas. Las estructuras de hélice β proporcionan una gran superficie plana que se cree que está involucrada en las interacciones proteína-proteína . Esto determina la especificidad del sustrato y es el sitio de interacción con TIMP ( inhibidor tisular de metaloproteinasas ). El dominio similar a la hemopexina está ausente en MMP-7 , MMP-23, MMP-26 y la planta y el nematodo . Las MMP unidas a la membrana (MT-MMP) están ancladas a la membrana plasmática a través de un dominio transmembrana o de anclaje a GPI.
Hay tres mecanismos catalíticos publicados.
Los MMP se pueden subdividir de diferentes maneras.
El uso de métodos bioinformáticos para comparar las secuencias primarias de las MMP sugiere las siguientes agrupaciones evolutivas de las MMP:
El análisis de los dominios catalíticos de forma aislada sugiere que dichos dominios evolucionaron aún más una vez que los grupos principales se habían diferenciado, como también lo indican las especificidades del sustrato de las enzimas .
Los grupos más utilizados (por los investigadores en biología de las MMP) se basan en parte en la evaluación histórica de la especificidad del sustrato de las MMP y en parte en la localización celular de las MMP. Estos grupos son las colagenasas, las gelatinasas, las estromelisinas y las MMP de tipo membrana (MT-MMP).
Sin embargo, cada vez resulta más claro que estas divisiones son algo artificiales, ya que hay una serie de MMP que no encajan en ninguno de los grupos tradicionales.
Las metaloproteinasas de matriz se combinan con la proteína de unión de metales, metalotionina, ayudando así en el mecanismo de unión de metales.
Las MMP desempeñan un papel importante en la remodelación tisular asociada a diversos procesos fisiológicos o patológicos como la morfogénesis , la angiogénesis , la reparación tisular , la cirrosis , la artritis y la metástasis . Se cree que las MMP-2 y MMP-9 son importantes en la metástasis. Se cree que la MMP-1 es importante en la artritis reumatoide y la osteoartritis. Datos recientes sugieren un papel activo de las MMP en la patogénesis del aneurisma aórtico. El exceso de MMP degrada las proteínas estructurales de la pared aórtica. La desregulación del equilibrio entre las MMP y los TIMP también es una característica de las enfermedades cardiovasculares agudas y crónicas. [15]
Todas las MMP se sintetizan en forma latente (zimógeno). Se secretan como proenzimas y requieren activación extracelular. Pueden activarse in vitro mediante muchos mecanismos, incluidos organomercuriales, agentes caotrópicos y otras proteasas.
Las MMP son inhibidas por inhibidores tisulares endógenos específicos de metaloproteinasas (TIMP), que comprenden una familia de cuatro inhibidores de proteasas : TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3 y TIMP-4.
Los inhibidores sintéticos generalmente contienen un grupo quelante que une firmemente el átomo de zinc catalítico en el sitio activo de la MMP. Los grupos quelantes comunes incluyen hidroxamatos , carboxilatos , tioles y fosfinilos . Los hidroximatos son inhibidores particularmente potentes de las MMP y otras enzimas dependientes del zinc, debido a su quelación bidentada del átomo de zinc. Otros sustituyentes de estos inhibidores generalmente están diseñados para interactuar con varios bolsillos de unión en la MMP de interés, lo que hace que el inhibidor sea más o menos específico para determinadas MMP. [2]
La doxiciclina , en dosis subantimicrobianas, inhibe la actividad de las MMP y se ha utilizado en varios sistemas experimentales para este fin, como en el caso de erosiones corneales recurrentes recalcitrantes. Se utiliza clínicamente para el tratamiento de la enfermedad periodontal y es el único inhibidor de las MMP que se encuentra ampliamente disponible en la práctica clínica. La empresa CollaGenex lo comercializa bajo el nombre comercial Periostat. También se ha demostrado que la minociclina, otro antibiótico de tetraciclina, inhibe la actividad de las MMP.
Varios inhibidores de MMP diseñados racionalmente han demostrado ser prometedores en el tratamiento de patologías en las que se sospecha que las MMP están involucradas (ver arriba). Sin embargo, la mayoría de ellos, como marimastat (BB-2516), un inhibidor de MMP de amplio espectro, y cipemastat (Ro 32-3555), un inhibidor selectivo de MMP-1 , han tenido un rendimiento deficiente en los ensayos clínicos . El fracaso de Marimastat fue parcialmente responsable del colapso de British Biotech , que lo desarrolló. El fracaso de estos medicamentos se ha debido en gran medida a la toxicidad (en particular, toxicidad musculoesquelética en el caso de inhibidores de amplio espectro) y al fracaso en mostrar los resultados esperados (en el caso de trocade, los resultados prometedores en modelos de artritis de conejo no se replicaron en ensayos humanos). Las razones detrás de los resultados clínicos en gran medida decepcionantes de los inhibidores de MMP no están claras, especialmente a la luz de su actividad en modelos animales .
Efecto sinérgico del polimorfismo del promotor de la estromelisina-1 (metaloproteinasa de la matriz-3) (-1171 5A->6A) en la fibrosis submucosa oral y las lesiones de cabeza y cuello. Chaudhary AK, Singh M, Bharti AC, Singh M, Shukla S, Singh AK, Mehrotra R. BMC Cancer. 14 de julio de 2010;10:369.
