Mucina
Las mucinas () son una familia de proteínas fuertemente glicosiladas (glicoconjugados) de alto peso molecular producidas por los tejidos epiteliales en la mayoría de los animales. Mucinas' la característica clave es su capacidad para formar geles; por lo tanto, son un componente clave en la mayoría de las secreciones tipo gel y cumplen funciones que van desde la lubricación hasta la señalización celular y la formación de barreras químicas. A menudo asumen un papel inhibidor. Algunas mucinas están asociadas con el control de la mineralización, incluida la formación de nácar en moluscos, la calcificación en equinodermos y la formación de huesos en vertebrados. Se unen a patógenos como parte del sistema inmunológico. La sobreexpresión de las proteínas mucina, especialmente MUC1, se asocia con muchos tipos de cáncer.
Aunque algunas mucinas están unidas a membranas debido a la presencia de un dominio hidrófobo que atraviesa la membrana y favorece la retención en la membrana plasmática, la mayoría de las mucinas son secretadas como componentes principales del moco por las membranas mucosas o se secretan para convertirse en un componente de la saliva..
Genes y proteínas
Las mucinas humanas incluyen genes con el símbolo HUGO MUC 1 a 22. De estas mucinas, se han definido las siguientes clases según su localización:
- Mucinas secretas en humanos, con su ubicación cromosómica, repetir el tamaño en aminoácidos (aa), ya sean formadores de gel (Y) o no (N), y su expresión de tejido.
| Mucin | gel | cromosoma | tamaño de la repetición (aa) | expresión de tejido |
|---|---|---|---|---|
| MUC2 | Y | 11p15.5 | 23 | Jejunum, ileum, colon, endometrium |
| MUC5A | Y | 11p15.5 | 8 | tracto respiratorio, estómago, conjuntiva, endocervix, endometrio |
| MUC5B | Y | 11p15.5 | 29 | tracto respiratorio, glándulas submandibulares, endocervix |
| MUC6 | Y | 11p15.5 | 169 | Stomach, ileum, vesícula biliar, endocervix, endometrium |
| MUC19 | Y | 12q12 | 19 | epítela corneal y conjuntiva; glándula lacrimal |
| MUC7 | N | 4q13-q21 | 23 | glándulas sublinguales y submandibulares |
| MUC8 | N | 12q24.3 | 13/41 | tracto respiratorio, útero, endocervix, endometrio |
| MUC9 | N | 1p13 | 15 | Tubos fallopianos |
| MUC20 | N | 3 | 19 | riñón (alto), moderadamente en placenta, pulmón, próstata, hígado, sistema digestivo |
- Mucinas (transmembrana) con límite de membrana: MUC1, MUC3A, MUC3B, MUC4, MUC12, MUC13, MUC15, MUC16, MUC17, MUC21 (antes C6orf205), MUC22 (altamente polimórfica)
Las principales mucinas secretas de la vía aérea son MUC5AC y MUC5B, mientras que MUC2 se secreta principalmente en el intestino pero también en la vía aérea. MUC7 es la principal proteína saliva.
Estructura de las proteínas
Las mucinas maduras de los mamíferos se componen de dos regiones distintas:
- Las regiones amino- y carboxi-terminal son muy ligeramente glicosiladas, pero ricas en cisteínas. Los residuos de cisteína participan en el establecimiento de vínculos de disulfuro dentro y entre los monómeros de mucina.
- Una gran región central ("dominio de TPTS") formada de múltiples repeticiones tándem de 10 a 80 secuencias de residuos en las que hasta la mitad de los aminoácidos son serinas o threonina. Esta zona se satura con cientos de oligosacáridos conectados con O. Los oligosacáridos vinculados con los N también se encuentran en las mucinas, pero en menor abundancia que los azúcares o-enlazados.
Clasificación evolutiva
La clasificación funcional no corresponde a una relación evolutiva exacta, que aún está incompleta y en curso. Los grupos relacionados conocidos incluyen:
- Las mucinas formadoras de gel (2, 5AC, 5B, 6, 19) se relacionan entre sí y con otogelina y von Willebrand Factor (PTHR11339). Cuatro de ellos ocurren en un grupo gen bien conservado (a 11p.15.5 en humanos).
- El dominio tipo EGF que contiene mucinas. Estos incluyen MUC3(A,B), MUC4, MUC12, MUC13 y MUC17.
- Algunas mucinas similares a EGF, más MUC1 y MUC16, llevan dominios de SEA, una invención vertebrada. No está claro si esto apunta a un origen común entre estas mucinas transmembranas.
- MUC21 y MUC22 están relacionados entre sí compartiendo un dominio C-terminal (PF14654). También ocurren en un grupo de genes humanos el 6p21.33.
- MUC7 es una invención reciente en mamíferos placentales. Comenzó como una copia en el clúster de genes de la fosfoproteína (SCPP) que se adquirió rápidamente.
Función en humanos
Se ha descubierto que las mucinas tienen funciones importantes en la defensa contra infecciones bacterianas y fúngicas. Se ha demostrado que MUC5B, la mucina predominante en la boca y el tracto genital femenino, reduce significativamente la adhesión y la formación de biopelículas de Streptococcus mutans, una bacteria con potencial para formar caries. Inusualmente, MUC5B no mata las bacterias, sino que las mantiene en la fase planctónica (sin biopelícula), manteniendo así un microbioma oral diverso y saludable. Se han demostrado efectos similares de MUC5B y otras mucinas con otros patógenos, como Candida albicans, Helicobacter pylori e incluso el VIH. En la boca, las mucinas también pueden reclutar proteínas antimicrobianas como las estaterinas y la histatina 1, lo que reduce aún más el riesgo de infección.
Los epitelios de la superficie del ojo, las células caliciformes y las glándulas asociadas expresan once mucinas, aunque la mayoría de ellas se expresan en niveles muy bajos. Mantienen la humedad, lubrican el parpadeo, estabilizan la película lagrimal y crean una barrera física hacia el mundo exterior.
Glicosilación y agregación
Los genes de mucina codifican monómeros de mucina que se sintetizan como núcleos de apomucina en forma de bastón que se modifican postraduccionalmente mediante una glicosilación excepcionalmente abundante.
La densa "capa de azúcar" de mucinas les confiere una considerable capacidad de retención de agua y también las hace resistentes a la proteólisis, que puede ser importante para mantener las barreras mucosas.
Las mucinas se secretan como agregados masivos de proteínas con masas moleculares de aproximadamente 1 a 10 millones de Da. Dentro de estos agregados, los monómeros están unidos entre sí principalmente mediante interacciones no covalentes, aunque los enlaces disulfuro intermoleculares también pueden desempeñar un papel en este proceso.
Secreción
Tras la estimulación, la proteína MARCKS (sustrato de quinasa C rica en alanina miristilada) coordina la secreción de mucina de las vesículas llenas de mucina dentro de las células epiteliales especializadas. La fusión de las vesículas con la membrana plasmática provoca la liberación de mucina, que al intercambiar Ca2+ por Na+ se expande hasta 600 veces. El resultado es un producto viscoelástico de moléculas entrelazadas que, combinado con otras secreciones (p. ej., del epitelio de las vías respiratorias y las glándulas submucosas del sistema respiratorio), se llama moco.
Importancia clínica
En muchos adenocarcinomas, incluidos los cánceres de páncreas, pulmón, mama, ovario, colon y otros tejidos, se produce una mayor producción de mucina. Las mucinas también se sobreexpresan en enfermedades pulmonares como el asma, la bronquitis, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) o la fibrosis quística. Se han estudiado ampliamente dos mucinas de membrana, MUC1 y MUC4, en relación con su implicación patológica en el proceso de la enfermedad. Las mucinas están bajo investigación como posibles marcadores de diagnóstico de neoplasias malignas y otros procesos patológicos en los que con mayor frecuencia se sobreexpresan o se expresan mal.
Los depósitos anormales de mucina son responsables del edema facial sin fóvea que se observa en el hipotiroidismo no tratado. Este edema también se observa en el área pretibial.
Mucinas no vertebradas
Más allá de las mucinas de vertebrados mejor estudiadas, otros animales también expresan proteínas (no necesariamente relacionadas) con propiedades similares. Éstas incluyen:
- Drosophila es conocido por expresar proteínas de la mucina que contienen repeticiones ricas en PTS.
- Trypanosoma cruzi express cell-surface mucins (PF01456).