Las metaloproteinasas de matriz ( MMP ), también conocidas como metalopeptidasas de matriz o matrices , son metaloproteinasas que son endopeptidasas que contienen zinc dependientes de calcio ; [1] otros miembros de la familia son adamalisinas , serralisinas y astacinas . Las MMP pertenecen a una familia más amplia de proteasas conocida como superfamilia de metzincina. [2]
En conjunto, estas enzimas son capaces de degradar todo tipo de proteínas de la matriz extracelular , pero también pueden procesar varias moléculas bioactivas . Se sabe que participan en la escisión de 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 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 evolutiva específica de ADN .
Las MMP fueron descritas inicialmente por Jerome Gross y Charles Lapiere en 1962, quienes observaron actividad enzimática ( degradación de triple hélice de colágeno ) durante la metamorfosis de la cola de renacuajo (colocando 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 de la piel humana (1968), [6] y se reconoció que se sintetizaba como zimógeno . [7]
El "cambio de cisteína" se describió en 1990. [8]
Los 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 mediante una región bisagra flexible. [2]
Las MMP se sintetizan inicialmente como zimógenos inactivos con un dominio propéptido que debe eliminarse antes de que la enzima se active. El dominio propéptido es parte del "interruptor de cisteína". Contiene un residuo de cisteína conservado que interactúa con el zinc en el sitio activo y previene la unión y escisión del sustrato , manteniendo la enzima en 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 prohormonal (similar a la furina) 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 x 3 x 3 nm ). El sitio activo es un surco 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 tanto, esta secuencia es un motivo de unión a 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 bisagra flexible o región conectora. Tiene una longitud de hasta 75 aminoácidos y no tiene una 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 en la planta y el nematodo . Las MMP unidas a membrana (MT-MMP) están ancladas a la membrana plasmática mediante un dominio transmembrana o de anclaje 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 los dominios catalíticos evolucionaron aún más una vez que los grupos principales se habían diferenciado, como también lo indican las especificidades de sustrato de las enzimas .
Las agrupaciones más utilizadas (por investigadores en biología de MMP) se basan en parte en la evaluación histórica de la especificidad del sustrato de la MMP y en parte en la localización celular de la MMP. Estos grupos son las colagenasas, las gelatinasas, las estromelisinas y las MMP de tipo membrana (MT-MMP).
Sin embargo, cada vez está 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 fijadora de metales, la metalotionina; ayudando así en el mecanismo de unión del metal.
Las MMP desempeñan un papel importante en la remodelación tisular asociada a diversos procesos fisiológicos o patológicos como morfogénesis , angiogénesis , reparación tisular , cirrosis , artritis y metástasis . Se cree que 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 MMP y TIMP también es una característica de las enfermedades cardiovasculares agudas y crónicas. [15]
Todas las MMP se sintetizan en forma latente (Zymogen). 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 se une firmemente al átomo de zinc catalítico en el sitio activo de MMP. Los grupos quelantes comunes incluyen hidroxamatos , carboxilatos , tioles y fosfinilos . Los hidroximatos son inhibidores particularmente potentes de las MMP y otras enzimas dependientes de zinc, debido a su quelación bidentada del átomo de zinc. Otros sustituyentes de estos inhibidores generalmente están diseñados para interactuar con varios espacios 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 con este fin, como por ejemplo para las erosiones corneales recurrentes y recalcitrantes. Se utiliza clínicamente para el tratamiento de la enfermedad periodontal y es el único inhibidor de MMP que está ampliamente disponible clínicamente. Lo vende la empresa CollaGenex con 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 se han mostrado prometedores en el tratamiento de patologías en las que se sospecha que están involucradas las MMP (ver arriba). Sin embargo, la mayoría de ellos, como el marimastat (BB-2516), un inhibidor de MMP de amplio espectro, y el cipemastat (Ro 32-3555), un inhibidor selectivo de MMP-1 , han tenido malos resultados en los ensayos clínicos . El fracaso de Marimastat fue parcialmente responsable del fracaso de British Biotech , que lo desarrolló. El fracaso de estos fármacos se ha debido en gran medida a la toxicidad (en particular, toxicidad musculoesquelética en el caso de los inhibidores de amplio espectro) y a la incapacidad de mostrar los resultados esperados (en el caso del trocado, los resultados prometedores en modelos de artritis en conejos no se replicaron en ensayos en 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-3 de la matriz) (-1171 5A->6A) en la fibrosis submucosa oral y en las lesiones de cabeza y cuello. Chaudhary AK, Singh M, Bharti AC, Singh M, Shukla S, Singh AK, Mehrotra R. BMC Cáncer. 14 de julio de 2010; 10: 369.
