Metaloproteinasa de matriz

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Las

metaloproteinasas de matriz (MMP), también conocidas como metalopeptidasas de matriz o matrixinas, son metaloproteinasas que contienen calcio. -endopeptidasas que contienen zinc dependientes; 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.

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. 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 (1962), 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.

Historia

Las MMP fueron descritas inicialmente por Jerome Gross y Charles Lapiere (1962), quienes observaron actividad enzimática (degradación de triple hélice de colágeno) durante la metamorfosis de la cola de renacuajo (al colocar una cola de renacuajo en una placa de matriz de colágeno). Por lo tanto, la enzima recibió el nombre de colagenasa intersticial (MMP-1).

Más tarde, se purificó de la piel humana (1968) y se reconoció que se sintetizaba como zimógeno.

El "interruptor de cisteína" fue descrito en 1990.

Estructura

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 hemopexina, que está unido al dominio catalítico mediante una región bisagra flexible.

El propéptido

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.

El dominio catalítico

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 un surco de 20 Å (2 nm) que atraviesa el dominio catalítico. En la parte del dominio catalítico que forma el sitio activo se encuentra un ion Zn²⁺ 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.

La región de la bisagra

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 similar a la hemopexina

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.

Mecanismo catalítico

Hay tres mecanismos catalíticos publicados.

En el primer mecanismo, Browner M.F. y colegas propusieron el mecanismo de base-catalisis, realizado por el residuo de glutamato conservado y el ión Zn2+.
En el segundo mecanismo, el mecanismo de Matthews, Kester y Matthews sugirieron una interacción entre una molécula de agua y el ión Zn2+ durante la catalisis de base ácida.
En el tercer mecanismo, el mecanismo Manzetti, Manzetti Sergio y sus colegas aportaron pruebas de que era poco probable que hubiera una coordinación entre el agua y el zinc durante la catalisis, y sugirieron un tercer mecanismo en el que una histidina del HExxHxxGxxH-motif participa en la catalisis permitiendo que el ion Zn2+ asuma un estado coordinado de cuasi-penta, a través de su disociación. En este estado, el ión Zn2+ se coordina con los dos átomos de oxígeno del ácido glutamico catalítico, el átomo de oxígeno de carbono del sustrato, y los dos residuos de la histidina, y puede polarizar el átomo de oxígeno del ácido glutámico, proximar el vínculo tisil e inducirlo a actuar como donante de electrones reversible. Esto forma un estado de transición oxianión. En esta etapa, una molécula de agua actúa sobre el vínculo tisil disociado y completa la hidrolización del sustrato.

Clasificación

Los MMP se pueden subdividir de diferentes maneras.

Evolutiva

(feminine)

El uso de métodos bioinformáticos para comparar las secuencias primarias de las MMP sugiere las siguientes agrupaciones evolutivas de las MMP:

MMP-19
MMP 11, 14, 15, 16 y 17
MMP-2 y MMP-9
Todos los otros 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.

Funcional

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).

Las collagenas son capaces de degradar los colágenos fibrilares trihelicales en fragmentos distintivos 3/4 y 1/4. Estos colágenos son los componentes principales de hueso, cartílago y dentina, y los MMP son las únicas enzimas mamíferas conocidas capaces de degradarlas. Las collagenas son No 1, No 8, No 13, y No 18. Además, se ha demostrado que el colágeno fibrilar no 14 es capaz de codificar, y hay pruebas de que el número 2 es capaz de collagenolisis. En MeSH, la lista actual de collagenasas incluye No 1, No. 2, No. 8, No. 9, y No. 13. Collagenase No. 14 está presente en MeSH pero no aparece como collagenasa, mientras que No. 18 está ausente de MeSH.
Los sustratos principales de las gelatinas son colágeno tipo IV y gelatina, y estas enzimas se distinguen por la presencia de un dominio adicional insertado en el dominio catalítico. Esta región de unión de gelatina se coloca inmediatamente antes del motivo de unión de zinc, y forma una unidad de plegamiento independiente que no interrumpe la estructura del dominio catalítico. Las gelatinas son No 2 y No 9.
Las estromelias muestran una amplia capacidad para blanquear proteínas de matriz extracelular pero no son capaces de liberar los colágenos fibrilares triple-helical. Los tres miembros canónicos de este grupo son No 3, No 10 y No 11.
Los seis MMP tipo membrana (No 14, No 15, No 16, No. 17, No. 24, y No. 25) tienen un sitio de escote de piel en el péptido, que es una característica también compartida por el No. 11.

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.

Genes

Gene	Nombre	Aliases	Ubicación	Descripción
MMP1	Collagenasa intersticial	CLG, CLGN	secreta	Sustratos incluyen el Col I, II, III, VII, VIII, X, gelatina
MMP2	Gelatinase-A, 72 kDa gelatinase		secreta	Sustratos incluyen Gelatin, Col I, II, III, IV, Vii, X
MMP3	Stromelysin 1	CHDS6, MMP-3, SL-1, STMY, STMY1, STR1	secreta	Sustratos incluyen el Col II, IV, IX, X, XI, gelatino
MMP7	Matrilysin, PUMP 1	MMP-7, MPSL1, PUMP-1	secreta	membrana asociada a la unión al sulfato de colesterol en las membranas celulares, sustratos incluyen: fibronectina, lamina, Col IV, gelatina
MMP8	Neutrophil collagenase	CLG1, HNC, MMP-8, PMNL-CL	secreta	Sustratos incluyen Col I, II, III, VII, VIII, X, aggrecan, gelatina
MMP9	Gelatinase-B, 92 kDa gelatinase	CLG4B, GELB, MANDP2, MMP-9	secreta	Sustratos incluyen Gelatin, Col IV, V
MMP10	Stromelysin 2	SL-2, STMY2	secreta	Sustratos incluyen Col IV, laminin, fibronectina, elastin
MMP11	Stromelysin 3	SL-3, ST3, STMY3	secreta	MMP-11 muestra más semejanza con los MT-MMPs, es convertase-activatable y se secreta por lo tanto generalmente asociado a los MMPs activables con convertasa. Sustratos incluyen Col IV, fibronectina, laminin, aggrecan
MMP12	Macrophage metalloelastase	HME, ME, MME, MMP-12	secreta	Sustratos incluyen elastina, fibronectina, Col IV
MMP13	Collagenase 3	CLG3, MANDP1, MMP-13	secreta	Sustratos incluyen el Col I, II, III, IV, IX, X, XIV, gelatina
MMP14	MT1-MMP	MMP-14, MMP-X1, MT-MMP, MT-MMP 1, MT1-MMP, MT1MMP, MTMMP1, WNCHRS	membrana asociada	MMP transmembrana tipo I; sustratos incluyen gelatina, fibronectina, laminin
MMP15	MT2-MMP	MT2-MMP, MTMMP2, SMCP-2, MMP-15, MT2MMP	membrana asociada	MMP transmembrana tipo I; sustratos incluyen gelatina, fibronectina, laminin
MMP16	MT3-MMP	C8orf57, MMP-X2, MT-MMP2, MT-MMP3, MT3-MMP	membrana asociada	MMP transmembrana tipo I; sustratos incluyen gelatina, fibronectina, laminin
MMP17	MT4-MMP	MT4-MMP, MMP-17, MT4MMP, MTMMP4	membrana asociada	glycosyl phosphatidylinositol-attached; sustratos incluyen fibrinogen, fibrin
MMP18	Collagenase 4, xcol4, xenopus collagenase		–	No conocido orthologue humano
MMP19	RASI-1, ocasionalmente denominado stromelysin-4	MMP18, RASI-1, CODA	–
MMP20	Enamelysin	AI2A2, MMP-20	secreta
MMP21	X-MMP	MMP-21, HTX7	secreta
MMP23A	CA-MMP		membrana asociada	tipo II transmembrane cysteine array
MMP23B	–	MIFR, MIFR-1, MMP22, MMP23A	membrana asociada	tipo II transmembrane cysteine array
MMP24	MT5-MMP	MMP-24, MMP25, MT-MMP 5, MT-MMP5, MT5-MMP, MT5MMP, MTMMP5	membrana asociada	tipo-I transmembrane MMP
MMP25	MT6-MMP	MMP-25, MMP20, MMP20A, MMPL1, MT-MMP 6, MT-MMP6, MT6-MMP, MT6MMP, MTMMP6	membrana asociada	glycosyl phosphatidylinositol-attached
MMP26	Matrilysin-2, endometase		–
MMP27	MMP-22, C-MMP	MMP-27	–
MMP28	Epilysin	EPILYSIN, MM28, MMP-25, MMP-28, MMP25	secreta	Descubrido en 2001 y dado su nombre por haber sido descubierto en queratinocitos humanos. A diferencia de otros MMP, esta enzima es constitutivley expresada en muchos tejidos (muy expresada en testis y en niveles inferiores en pulmón, corazón, cerebro, colon, intestino, placenta, glándulas salivales, útero, piel). Una trionina reemplaza la prolina en su interruptor de cisteína (PRCGVTD).

Las metaloproteinasas de matriz se combinan con la proteína fijadora de metales, la metalotionina; ayudando así en el mecanismo de unión del metal.

Función

Las MMP desempeñan un papel importante en la remodelación tisular asociada a diversos procesos fisiológicos o patológicos como la 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.

Activación

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.

Inhibidores

Las MMP son inhibidas por inhibidores tisulares endógenos específicos de metaloproteinasas (TIMP), que comprenden una familia de cuatro inhibidores de proteasa: 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 suelen estar diseñados para interactuar con varias zonas de unión de la MMP de interés, lo que hace que el inhibidor sea más o menos específico para determinadas MMP.

Farmacología

La doxiciclina, en dosis subantimicrobianas, inhibe la actividad de las MMP y se ha utilizado en varios sistemas experimentales para 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.

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