Fibronectina

La estructura modular de la fibronectina y sus dominios vinculantes

La fibronectina es una glicoproteína de alto peso molecular (~500-~600 kDa) de la matriz extracelular que se une a proteínas receptoras que atraviesan la membrana llamadas integrinas. Está aprobado para su comercialización como solución tópica en India por la organización Central Drugs Standard Control en 2020 bajo la marca FIBREGA para heridas crónicas. La fibronectina también se une a otras proteínas de la matriz extracelular, como el colágeno, la fibrina y los proteoglicanos de sulfato de heparán (p. ej., sindecanos).

La fibronectina existe como un dímero de proteína, que consta de dos monómeros casi idénticos unidos por un par de enlaces disulfuro. La proteína fibronectina se produce a partir de un solo gen, pero el empalme alternativo de su pre-ARNm conduce a la creación de varias isoformas.

Dos tipos de fibronectina están presentes en los vertebrados:

• La fibronectina plasmática soluble (anteriormente llamada "globulina soluble en frío", o CIg) es un componente de proteína importante del plasma sanguíneo (300 μg/ml) y se produce en el hígado por hepatocitos.
• La fibronectina celular insoluble es un componente importante de la matriz extracelular. Es secretada por varias células, principalmente fibroblastos, como un dimer de proteína soluble y luego se monta en una matriz insoluble en un proceso complejo de mediación celular.

La fibronectina desempeña un papel importante en la adhesión, el crecimiento, la migración y la diferenciación celular, y es importante para procesos como la cicatrización de heridas y el desarrollo embrionario. La alteración de la expresión, degradación y organización de la fibronectina se ha asociado con una serie de patologías, como el cáncer, la artritis y la fibrosis.

Estructura

La fibronectina existe como un dímero de proteína, que consta de dos cadenas polipeptídicas casi idénticas unidas por un par de enlaces disulfuro C-terminales. Cada subunidad de fibronectina tiene un peso molecular de ~230–~275 kDa y contiene tres tipos de módulos: tipo I, II y III. Los tres módulos están compuestos por dos hojas β antiparalelas que dan como resultado un sándwich Beta; sin embargo, el tipo I y el tipo II están estabilizados por enlaces disulfuro dentro de la cadena, mientras que los módulos tipo III no contienen ningún enlace disulfuro. La ausencia de enlaces disulfuro en los módulos de tipo III les permite desplegarse parcialmente bajo la fuerza aplicada.

Hay tres regiones de empalme variable a lo largo del protómero de fibronectina. Uno o ambos de los "extra" Los módulos de tipo III (EIIIA y EIIIB) pueden estar presentes en la fibronectina celular, pero nunca en la fibronectina plasmática. Una "variable" La región V existe entre III_14–15 (los módulos de tipo III 14 y 15). La estructura de la región V es diferente de los módulos de tipo I, II y III, y su presencia y longitud pueden variar. La región V contiene el sitio de unión para las integrinas α4β1. Está presente en la mayoría de las fibronectinas celulares, pero solo una de las dos subunidades en un dímero de fibronectina plasmática contiene una secuencia de la región V.

Los módulos están organizados en varios dominios funcionales y de unión a proteínas a lo largo de un monómero de fibronectina. Hay cuatro dominios de unión a fibronectina, lo que permite que la fibronectina se asocie con otras moléculas de fibronectina. Uno de estos dominios de unión a fibronectina, I_1–5, se denomina "dominio de ensamblaje" y es necesario para iniciar el ensamblaje de la matriz de fibronectina. Los módulos III_9–10 corresponden al "dominio de unión celular" de fibronectina. La secuencia RGD (Arg–Gly–Asp) se encuentra en III₁₀ y es el sitio de unión celular a través de las integrinas α5β1 y αVβ3 en la superficie celular. El "sitio de sinergia" está en III₉ y tiene un papel en la modulación de la asociación de la fibronectina con las integrinas α5β1. La fibronectina también contiene dominios para la unión a fibrina (I_1–5, I_10–12), unión a colágeno (I_6–9), unión a fibulina-1 (III_13–14), unión a heparina y unión a sindecano (III_12–14).

Función

La fibronectina tiene numerosas funciones que aseguran el normal funcionamiento de los organismos vertebrados. Participa en la adhesión, el crecimiento, la migración y la diferenciación celular. La fibronectina celular se ensambla en la matriz extracelular, una red insoluble que separa y sostiene los órganos y tejidos de un organismo.

La fibronectina juega un papel crucial en la cicatrización de heridas. Junto con la fibrina, la fibronectina plasmática se deposita en el sitio de la lesión, formando un coágulo de sangre que detiene el sangrado y protege el tejido subyacente. A medida que continúa la reparación del tejido lesionado, los fibroblastos y los macrófagos comienzan a remodelar el área, degradando las proteínas que forman la matriz del coágulo de sangre provisional y reemplazándolas con una matriz que se parece más al tejido circundante normal. Los fibroblastos secretan proteasas, incluidas las metaloproteinasas de la matriz, que digieren la fibronectina plasmática y luego los fibroblastos secretan fibronectina celular y la ensamblan en una matriz insoluble. Se ha sugerido que la fragmentación de la fibronectina por proteasas promueve la contracción de heridas, un paso crítico en la cicatrización de heridas. La fragmentación de la fibronectina expone aún más su región V, que contiene el sitio para la unión de la integrina α4β1. Se cree que estos fragmentos de fibronectina mejoran la unión de las células que expresan la integrina α4β1, permitiéndoles adherirse y contraerse con fuerza a la matriz circundante.

La fibronectina es necesaria para la embriogénesis, y la inactivación del gen de la fibronectina da como resultado una letalidad embrionaria temprana. La fibronectina es importante para guiar la unión y migración celular durante el desarrollo embrionario. En el desarrollo de los mamíferos, la ausencia de fibronectina conduce a defectos en el desarrollo mesodérmico, del tubo neural y vascular. De manera similar, la ausencia de una matriz de fibronectina normal en los anfibios en desarrollo provoca defectos en el patrón mesodérmico e inhibe la gastrulación.

La fibronectina también se encuentra en la saliva humana normal, lo que ayuda a prevenir la colonización de la cavidad oral y la faringe por bacterias patógenas.

Ensamblaje de matriz

La fibronectina celular se ensambla en una matriz fibrilar insoluble en un proceso complejo mediado por células. El ensamblaje de la matriz de fibronectina comienza cuando las células, a menudo fibroblastos, secretan dímeros de fibronectina compactos y solubles. Estos dímeros solubles se unen a los receptores de integrina α5β1 en la superficie celular y ayudan a agrupar las integrinas. La concentración local de fibronectina unida a integrina aumenta, lo que permite que las moléculas de fibronectina unidas interactúen más fácilmente entre sí. Luego comienzan a formarse fibrillas de fibronectina cortas entre las células adyacentes. A medida que avanza el ensamblaje de la matriz, las fibrillas solubles se convierten en fibrillas insolubles más grandes que constituyen la matriz extracelular.

El cambio de la fibronectina de fibrillas solubles a insolubles se produce cuando los sitios crípticos de unión de fibronectina se exponen a lo largo de una molécula de fibronectina unida. Se cree que las células estiran la fibronectina tirando de sus receptores de integrina unidos a la fibronectina. Esta fuerza despliega parcialmente el ligando de fibronectina, desenmascarando los sitios crípticos de unión de fibronectina y permitiendo que las moléculas de fibronectina cercanas se asocien. Esta interacción fibronectina-fibronectina permite que las fibrillas solubles asociadas a las células se ramifiquen y se estabilicen en una matriz de fibronectina insoluble.

Se ha demostrado que una proteína transmembrana, CD93, es esencial para el ensamblaje de la matriz de fibronectina (fibrilogénesis) en las células endoteliales de la sangre dérmica humana. Como consecuencia, la caída de CD93 en estas células resultó en la interrupción de la fibrilogénesis de fibronectina. Además, las retinas de los ratones knockout para CD93 mostraban una matriz de fibronectina alterada en el frente de crecimiento de la retina.

Papel en el cáncer

Se han observado varios cambios morfológicos en tumores y líneas celulares derivadas de tumores que se han atribuido a la disminución de la expresión de fibronectina, el aumento de la degradación de la fibronectina y/o la disminución de la expresión de los receptores de unión a la fibronectina, como las integrinas α5β1.

La fibronectina se ha relacionado con el desarrollo del carcinoma. En el carcinoma de pulmón, la expresión de fibronectina aumenta especialmente en el carcinoma de pulmón de células no pequeñas. La adhesión de las células de carcinoma de pulmón a la fibronectina aumenta la tumorigenicidad y confiere resistencia a los agentes quimioterapéuticos inductores de apoptosis. Se ha demostrado que la fibronectina estimula los esteroides gonadales que interactúan con los receptores de andrógenos de vertebrados, que son capaces de controlar la expresión de la ciclina D y genes relacionados que participan en el control del ciclo celular. Estas observaciones sugieren que la fibronectina puede promover el crecimiento/supervivencia del tumor pulmonar y la resistencia a la terapia, y podría representar un nuevo objetivo para el desarrollo de nuevos fármacos contra el cáncer.

La fibronectina 1 actúa como un biomarcador potencial para la radiorresistencia y para el pronóstico pancanceroso.

La fusión FN1-FGFR1 es frecuente en los tumores mesenquimales fosfatúricos.

Papel en la cicatrización de heridas

La fibronectina tiene efectos profundos en la cicatrización de heridas, incluida la formación de un sustrato adecuado para la migración y el crecimiento de las células durante el desarrollo y la organización del tejido de granulación, así como la remodelación y resíntesis de la matriz del tejido conectivo. Se estudió la importancia biológica de la fibronectina in vivo durante el mecanismo de cicatrización de heridas. Los niveles plasmáticos de fibronectina disminuyen en la inflamación aguda o después de un traumatismo quirúrgico y en pacientes con coagulación intravascular diseminada.

La fibronectina se encuentra en la matriz extracelular de los tejidos embrionarios y adultos (no en las membranas basales de los tejidos adultos), pero puede distribuirse más ampliamente en las lesiones inflamatorias. Durante la coagulación de la sangre, la fibronectina permanece asociada al coágulo, reticulada covalentemente a la fibrina con la ayuda del Factor XIII (factor estabilizador de la fibrina). Los fibroblastos juegan un papel importante en la cicatrización de heridas al adherirse a la fibrina. La adhesión de fibroblastos a la fibrina requiere fibronectina, y fue más fuerte cuando la fibronectina se entrecruzó con la fibrina. Los pacientes con deficiencias del Factor XIII muestran un deterioro en la cicatrización de heridas ya que los fibroblastos no crecen bien en la fibrina que carece del Factor XIII. La fibronectina promueve la fagocitosis de partículas tanto por macrófagos como por fibroblastos. La deposición de colágeno en el sitio de la herida por parte de los fibroblastos se lleva a cabo con la ayuda de la fibronectina. También se observó que la fibronectina estaba estrechamente asociada con las fibrillas de colágeno recién depositadas. Según el tamaño y las características de tinción histológica de las fibrillas, es probable que, al menos en parte, estén compuestas de colágeno tipo III (reticulina). Un estudio in vitro con colágeno nativo demostró que la fibronectina se une al colágeno tipo III en lugar de a otros tipos.

In vivo frente a in vitro

La fibronectina plasmática, que es sintetizada por los hepatocitos, y la fibronectina sintetizada por fibroblastos cultivados son similares pero no idénticas; se han informado diferencias inmunológicas, estructurales y funcionales. Es probable que estas diferencias resulten del procesamiento diferencial de un único ARNm naciente. No obstante, la fibronectina plasmática puede insolubilizarse en la matriz extracelular tisular in vitro e in vivo. Tanto las fibronectinas plasmáticas como las celulares en la matriz forman multímeros unidos por disulfuro de alto peso molecular. El mecanismo de formación de estos multímeros no se conoce actualmente. Se ha demostrado que la fibronectina plasmática contiene dos sulfhidrilos libres por subunidad (X), y se ha demostrado que la fibronectina celular contiene al menos uno. Estos sulfhidrilos probablemente estén enterrados dentro de la estructura terciaria, porque los sulfhidrilos quedan expuestos cuando se desnaturaliza la fibronectina. Tal desnaturalización da como resultado la oxidación de los sulfhidrilos libres y la formación de multímeros de fibronectina unidos por enlaces disulfuro. Esto ha llevado a la especulación de que los sulfhidrilos libres pueden estar involucrados en la formación de multímeros de fibronectina unidos por enlaces disulfuro en la matriz extracelular. De acuerdo con esto, la modificación con sulfhidrilo de la fibronectina con N-etilmaleimida evita la unión a las capas celulares. Los patrones de escisión tríptica de la fibronectina multimérica no revelan los fragmentos unidos por enlaces disulfuro que se esperarían si la multimerización involucrara uno o ambos sulfhidrilos libres. Los sulfhidrilos libres de fibronectina no son necesarios para la unión de fibronectina a la capa celular o para su posterior incorporación a la matriz extracelular. La multimerización de la fibronectina por enlaces disulfuro en la capa celular se produce mediante el intercambio de enlaces disulfuro en el tercio amino-terminal rico en disulfuro de la molécula.

Interacciones

Además de la integrina, la fibronectina se une a muchas otras moléculas huésped y no huésped. Por ejemplo, se ha demostrado que interactúa con proteínas como fibrina, tenascina, TNF-α, BMP-1, rotavirus NSP-4 y muchas proteínas de unión a fibronectina de bacterias (como FBP-A; FBP-B en el N- dominio terminal), así como el glicosaminoglicano, sulfato de heparán.

Se ha demostrado que la fibronectina interactúa con:

• CD44
• COL7A1,
• LPA,
• IGFBP3,
• ETN y
• TRIB3.