Matriz Extracelular: Colágeno (Tripla Hélice), Elastina, Fibronectina RGD, Integrinas e Laminina — Peptídeos Estruturais e Bioengenharia

Colágeno: Família e Estrutura

Bioquímica do Colágeno

Colágeno:

• Família de 28 tipos (tipos I–XXVIII); mais abundante = tipo I (pele, osso, tendão, ligamento, córnea)
• Estrutura primária: sequência repetitiva Gly-X-Y (X = Pro frequentemente; Y = Hyp frequentemente)
• Glicina (Gly) obrigatória: única com R=H pequeno para caber no interior da tripla hélice
• Tripla hélice: 3 cadeias polipeptídicas α (podem ser homo ou heterotrímeros) enroscadas em tripla hélice de dextrogira

- Exemplo tipo I: [α1(I)]₂[α2(I)] — heterotrimérico - Exemplo tipo II: [α1(II)]₃ — homo trimérico (cartilagem)

Modificações pós-traducionais no RE:

• Hidroxilação de Pro → Hyp (4-hidroxiprolina) por Prolil-4-Hidroxilase (P4H) — requer vitamina C (ascorbato)
• Hidroxilação de Lys → Hyl por Lisil Hidroxilase (LH1-3) — requer vitamina C
• O-glicosilação de Hyl residuos → galactose e glicose

Formação da tripla hélice:

• No RE: pró-colágeno (com propeptídeos N- e C-terminais) forma tripla hélice do C-terminal para N-terminal
• C-propeptídeos: se unem para iniciar a formação da hélice (nucleação)
• Pro→Hyp: essencial para estabilidade da tripla hélice (pontes de hidrogênio via água)

Fibrilogênese e Maturação

Processamento extracelular:

1. Pró-colágeno secretado → ADAM-TS2/BMP-1/Tolloid → cliva propeptídeo N-terminal + C-terminal → colágeno maduro
2. Colágeno maduro → auto-monta em fibrilas (fibrilogênese) por interação lateral e axial
3. Lisil Oxidase (LOX): Cu²⁺-dependente; oxida Lys e Hyl → aldeídos → formam ligações cruzadas covalentes (crosslinks) → fibrila matura e resistente
4. Fibrilas → feixes → fibras → feixes maiores (tecido conectivo maduro)

Fibrilas de colágeno e textura:

• Tipo I: bandas D-periódicas de 67 nm (gap region + overlap region) vistas em ME
• Tipo II: fibrilas finas, na cartilagem e vítreo
• Tipo IV: não-fibrilar → rede 2D → membrana basal (BM)

Escorbuto e Deficiência de Vitamina C:

• Sem vitamina C → sem Hyp → tripla hélice instável → colágeno não-funcional → escorbuto
• Sintomas: fragilidade vascular (colágeno tipo IV BM vascular), hemorragia gengival, má cicatrização

Elastina: Extensibilidade e Retração

Tropoelastina e Fibras Elásticas

Elastina:

• Proteína de ~72 kDa (tropoelastina); codificada pelo gene ELN; expressa principalmente em feto/recém-nascido
• Formação de fibras elásticas:

1. Tropoelastina secretada → interage com microfibrils de fibrillina-1 (FBN1) e MFAP (proteínas associadas) 2. LOX (Lisil Oxidase) + LOXL1-4 → crosslinks entre tropoelastinas → elastina polimerizada insolúvel 3. Elastina + microfibrils → fibra elástica matura

Propriedades de elastina:

• Extensível até 150% do comprimento normal → retrai quando liberada (como borracha)
• Mecanismo: regiões hidrofóbicas (VPGVG repetições) → entropia elástica (colapso hidrofóbico ao estirar); GVGVP é a unidade repetitiva de elastina
• Meia-vida muito longa (50–70 anos); praticamente não renovada no adulto

Síndrome de Marfan (FBN1) e doenças:

• Mutações em FBN1 → microfibrils defeituosas → elastina instável → síndrome de Marfan (aorta, cristalino, esqueleto)
• COPD: elastase liberada por neutrófilos + macrófagos → destrói elastina pulmonar → enfisema

Fibronectina e Integrinas

Fibronectina: Glicoproteína de Adesão

Fibronectina (FN):

• Grande glicoproteína dimérica (2 monômeros ~250 kDa cada, ligados por SS no C-terminal)
• Dois formas: FN solúvel (plasma, ~0,3 mg/mL) e FN fibrilar (ECM insolúvel)
• Domínios: FN1 (colágeno binding), FN2 (fibrina/heparina), FN3 (RGD, integrina binding — 15 repetições FN3)
• Domínio RGD: sequência Arg-Gly-Asp no 10º módulo FN3 → sítio principal de ligação às integrinas

Integrinas e sinalização:

• Integrinas: heterodímeros αβ transmembranais; 18 subunidades α + 8 subunidades β → 24 diferentes combinações
• Integrina α5β1: receptor clássico de fibronectina (via RGD)
• Integrina αVβ3: vitronectina + fibronectina + osteopontina (via RGD) → muito importante em angiogênese e tumores
• Sinalização outside-in:

1. Integrina liga FN (ou vitronectina) → clustering → ativação 2. FAK (Focal Adhesion Kinase): autofosforila Y397 → liga Src → Src → FAK Y576/577 → plenamente ativo 3. FAK → PI3K/Akt → sobrevivência; FAK → MEK/ERK → proliferação; FAK → Rho/ROCK → actina/migração

Peptídeo RGD e bioengenharia:

• RGD sintético: peptídeo curto (cíclico c-RGD ou linear GRGDS) → imobilizado em scaffolds biomédicos → promove adesão celular em biomateriais
• Aplicações: scaffolds de titânio RGD-modificados → implantes ortopédicos; hidrogéis PEG-RGD → cultura 3D de células-tronco

Laminina e Membrana Basal

Laminina:

• Heterotrímero α-β-γ (cadeia α, β, γ — 3 cadeias ligadas por SS e por região de tripla coiled-coil α-hélice)
• 5 α, 4 β, 3 γ → 16 isoformas distintas (laminina-111, laminina-211, laminina-511, etc.)
• Forma de cruz em T com 3 braços curtos e 1 longo
• Laminina-111 (α1β1γ1): primeira descrita; base de ensaios de cultura 3D (Matrigel rico em laminina-111)
• Laminina-511 (α5β1γ1): supraexpressa em tumores + vasos → promote invasão

Membrana Basal (BM):

• Rede especializada de ECM: colágeno IV (rede hexagonal) + laminina (rede independente, anchora via nidogênio) + perlecano (heparan-sulfato PG) + nidogênio/entactina
• BM: barreia de filtração renal (glomérular); suporte epitelial; guia neuronal; barreira BHE
• Diabetes: glicação da membrana basal → espessamento → disfunção (glomerulopatia diabética)

Bioengenharia de Tecidos com Peptídeos

Estratégias:

• Scaffolds de colágeno: esponjas, membranas, gel → substrato para reparo de pele, tendão, cartilagem
• Fibrina (fibrinogênio + trombina → rede 3D): scaffold hemostático + biológico; usado em cirurgia plástica e oftalmológica
• Peptídeos auto-montantes (SAP — self-assembling peptides):

- RADA16 (Ac-RADARADARADARADA-NH₂): auto-monta em nano-fibras → hidrogel 3D → encapsula células - KLD12: peptídeo que auto-monta em hidrogel → usado para entrega de células-tronco em cartilagem

• Hidrogéis de alginato + RGD: combina mecano-propriedades com sinais de adesão → cultura de célula-tronco pancreática

Referências

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