tessuto connettivo

Tessuto connettivo

Caratteristiche principali

I tessuti connettivi sono un gruppo di tessuti che condividono due caratteristiche principali:

• Simile organizzazione strutturale
• Una stessa origine embrionale: mesenchima

Le cellule mesenchimali sono cellule ancora indifferenziate, sono quindi cellule staminali pluripotenti (perché possono dare origine a varie popolazioni cellulari) e hanno una morfologia stellata; hanno un nucleo molto grande con un evidente nucleolo e danno origine a tutte le tipologie cellulari che costituiscono i diversi tessuti connettivi.

La funzione comune è quella di sostenere e di connettere fra loro i tessuti e le cellule. È presente la matrice extracellulare.

Si può notare questa differenza nell’immagine a destra, questo è un preparato di cute (colorato con ematossilina-eosina), dove si nota un sovrastante tessuto epiteliale e un sottostante tessuto connettivo, a differenza del tessuto epiteliale dove sono presenti popolazioni cellulari tutte adese fra loro, nel tessuto connettivo invece sono presenti delle cellule immerse in una matrice extracellulare, essa è colorata di rosa (dall’eosina).

Struttura

Il tessuto connettivo è costituito da cellule e dalla matrice extracellulare; la natura della matrice determina le caratteristiche dei diversi tipi di tessuto connettivo:

• Fluida, come nel caso del sangue e della linfa, in cui possono essere trasportati i diversi tipi cellulari che nel caso del sangue sono gli eritrociti e leucociti;
• Solida ma lassa ovvero che ancora permette il passaggio dei vasi sanguigni e delle sostanze nutritive come nel caso, per esempio, del connettivo propriamente detto;
• Rigida completamente calcificata come nel caso del tessuto osseo che mostra caratteristiche differenti ovvero permette di creare strutture molto resistenti di sostegno.

Componenti cellulari

• Popolazione cellulare residente che è composta dalle cellule che originano nel tessuto connettivo e che svolgono in esso le loro funzioni e il loro ciclo vitale; sono i fibroblasti nel caso del tessuto connettivo propriamente detto, i condrociti nella cartilagine, gli osteociti nel tessuto osseo e gli odontoblasti e cementoblasti nel dente. La componente cellulare residente è responsabile della deposizione della matrice.
• Componente cellulare migrante che invece è costituita da cellule che non originano nel tessuto connettivo ma che possono migrare nel tessuto al bisogno per svolgere funzioni specifiche; si ricordano le cellule del sistema immunitario cioè i granulociti, le plasmacellule e i mastociti.

Matrice extracellulare

La matrice extracellulare è composta da due componenti:

• Una componente di fibre proteiche ovvero fibrillare che comprende le fibre collagene, le fibre reticolari e le fibre elastiche; esse conferiscono le caratteristiche biomeccaniche al tessuto e la capacità di deformarsi e di riprendere poi la dimensione e la morfologia originale;
• Una sostanza fondamentale chiamata anche sostanza amorfa che è una soluzione acquosa contenente macromolecole complesse che sono i glicosamminoglicani chiamati anche GAG e i proteoglicani. Comprende anche glicoproteine strutturali come per esempio la fibronectina o la laminina e anche proteine non strutturali come la tenascina, l’osteopontina e l’osteonectina che svolgono altre funzioni.

La componente acquosa della sostanza fondamentale è chiamata liquido interstiziale o tissutale, ha una composizione di ioni simile al plasma, ma contiene anche una piccola percentuale di proteine plasmatiche di basso peso che riescono ad attraversare le sottili pareti dei capillari. Grazie alle caratteristiche fisiche e chimiche esplica il ruolo trofico del tessuto connettivo e in particolare della sostanza fondamentale all’interno di esso.

Classificazione dei tessuti connettivi

In base alla composizione, alla struttura della matrice extracellulare, alla qualità, alla quantità, alla disposizione delle fibre siamo in grado di classificare i tessuti connettivi e li distinguiamo in:

• Tessuto connettivo propriamente detto che a sua volta è suddiviso in:
  • Tessuto connettivo lasso: ha una funzione sostanzialmente stromale;
  • Tessuto connettivo denso: regolare e irregolare;
  • Tessuto connettivo reticolare ed elastico.
• Tessuti connettivi specializzati:
  • Tessuto adiposo
  • Tessuto cartilagineo
  • Tessuto osseo
  • Sangue
  • Tessuto linfoide
  • Tessuto mieloide

Funzioni del tessuto connettivo

Le principali funzioni sono:

• Connessione: di tipo:
  • Strutturale, per esempio i connettivi connettono i muscoli alle ossa, i vasi con i tessuti, inoltre delimitano i confini degli organi cavi;
  • Funzionale, per esempio il collegamento tra la matrice con le cellule che ne regola il destino e la funzionalità.
• Meccanica, classificabile in:
  • Sostegno, per esempio il connettivo denso regolare dei tendini o dei legamenti è quello che fornisce le caratteristiche biomeccaniche a questo tessuto e quindi le caratteristiche di funzionamento; inoltre anche la cartilagine e il tessuto osseo hanno una funzione strutturale e di sostegno;
  • Protezione, per esempio il tessuto connettivo lasso protegge ed è a supporto della parete degli organi cavi.
• Trofica
• Difesa
• Riparazione e rigenerazione
• Matrice e rimodellamento: la matrice è estremamente mutabile, modellabile e modificabile; si ha un rimodellamento continuo della matrice extracellulare perché ogni cellula del tessuto connettivo secerne quantità differenti e anche tipologie differenti di molecole della matrice che contribuiscono quindi alla costituzione di una matrice extracellulare sempre variabile.

È un processo estremamente regolato che opera sia in condizioni fisiologiche, per esempio durante la morfogenesi ma anche in condizioni fisiopatologiche o in condizioni patologiche, la riparazione delle ferite, l’infiammazione. Lo sbilanciamento fra l’eccessiva sintesi e l’eccessiva degradazione della matrice può essere alla base di alcune patologie come ad esempio un’ eccessiva deposizione di matrice può determinare la fibrosi d’organo mentre l’eccessiva degradazione della matrice rientra nelle modalità con cui le cellule tumorali riescono a invadere i tessuti circostanti.

Meccanismo di rimodellamento

La sintesi delle macromolecole della matrice e la loro deposizione varia continuamente ma viene anche rimodellata grazie all’attività di alcuni enzimi detti “metalloproteinasi della matrice” o MMP (idrolizzano la molecola di collagene che costituisce le fibre della matrice extracellulare). Si chiamano metalloproteinasi perché per funzionare hanno bisogno di un cofattore che è lo zinco. MMP2 e MMP9 degradano la membrana basale quindi rientrano nei meccanismi che sono alla base del potenziale invasivo della capacità dei tumori di invadere i tessuti circostanti. MMP1 degrada il collagene fibrillare e il suo mal funzionamento è legato al fenomeno della fibrosi d’organo.

Le metalloproteinasi avendo un ruolo così centrale nel rimodellamento della matrice sono finemente regolate, innanzitutto perché vengono secrete in forma inattiva e attivate da un successivo taglio proteolitico secondariamente perché la loro attività è ulteriormente regolata dalla sintesi dei loro inibitori i cosiddetti TIMPs o inibitori tissutali delle metalloproteinasi.

Fibre del tessuto connettivo

I principali tipi di fibre del tessuto connettivo sono tre:

• Le fibre collagene, costituite da proteine della superfamiglia dei collageni; le caratteristiche biomeccaniche delle fibre collagene sono quelle che conferiscono ai tessuti la resistenza meccanica alla trazione;
• Le fibre reticolari, costituite da proteine della superfamiglia dei collageni;
• Le fibre elastiche, sono costituite prevalentemente da una proteina che si chiama elastina; le fibre elastiche sono quelle che consentono ai tessuti di distendersi e poi di riacquistare la forma originale.

Diversa modalità di assemblaggio

La differenza principale fra le fibre collagene e le fibre reticolari risiede unicamente nella struttura e nell'assemblaggio delle fibre, in quanto notiamo che mentre le fibre collagene sono raccolti in fasci paralleli quelle reticolari appaiono intrecciate.

Le fibre collagene: proteina più abbondante nel corpo umano, costituisce circa un terzo delle proteine espresse in tutto l’organismo. Le fibre collagene sono molto flessibili ma non sono elastiche, danno resistenza alla trazione. Se non vengono colorate con colorazioni istologiche appaiono bianche e infatti vengono chiamate fibre bianche; si presentano a livello morfologico come fasci di fibre delle dimensioni fra 1 e 12 micron. Sintetizzate da fibroblasti, condroblasti, osteoblasti, odontoblasti e i cementoblasti.

In questa colorazione con ematossilina-eosina le fibre di collagene appaiono rosa come ci attendiamo viste le caratteristiche tintoriali dell’eosina; appaiono come delle strutture ondulate di spessore variabile e l’altra cosa interessante che notiamo in questo preparato è (oltre a qualche fibroblasto sparso) la presenza di un vaso sanguigno. Quindi si nota un’abbondante presenza di matrice ma anche i vasi sanguigni che sappiamo essere assenti nel tessuto epiteliale.

Microscopia e struttura del collagene

Se osserviamo i fasci di fibre collagene al microscopio elettronico, dopo aver effettuato una colorazione con metalli pesanti, vediamo una caratteristica fondamentale delle fibre collagene ovvero la presenza di una striatura o bandeggio trasversale che deriva dalla parziale sovrapposizione delle molecole parallele le une alle altre.

La molecola di collagene maturo si chiama tropocollagene, pesa circa 300 kilodalton ed è costituita da una tripla elica che è determinata a sua volta dall’associazione di tre catene alfa; queste catene vengono stabilizzate da legami idrogeno a livello intramolecolare ma nell’associazione fra più molecole i ponti idrogeno si formano anche a livello intermolecolare. Le catene alfa di tropocollagene sono molto ricche di glicina, un amminoacido che ha la caratteristica di essere molto piccolo. La presenza della glicina è fondamentale per l’assunzione della struttura tridimensionale delle alfa eliche proprio perché ha un basso ingombro sterico ed è proprio quest’ultimo che consente l’appaiamento stretto delle tre catene. Il ruolo chiave di questo amminoacido nella struttura del tropocollagene è anche dimostrato dall’elevata frequenza di mutazioni patogeniche a livello di questo residuo che possiamo ritrovare nelle malattie legate alle disfunzioni del collagene (collagenopatie).

Assemblaggio del collagene

Le molecole di tropocollagene si allineano testa-coda e si associano in maniera sfalsata sovrapponendosi solo parzialmente per circa un quarto della loro lunghezza; questo tipo di associazione determina l’alternanza di bande verticali in cui sono presenti degli intervalli e bande verticali in cui non sono presenti intervalli. Questa associazione sfalsata spiega il bandeggio trasversale; questo bandeggio trasversale si ripete in maniera regolare ogni 67 nm e questa periodicità è chiamata periodicità assile.

Il tropocollagene: glicoproteina che lega anche molecole di galattosio. A livello di catena primaria presenta glicine e altri amminoacidi come la prolina e l’idrossiprolina. La catena di tropocollagene è caratterizzata da ripetizioni di triplette in cui è sempre presente la glicina e in cui nelle altre due posizioni sono molto frequenti la prolina e l’idrossiprolina per cui una tripletta molto comune è glicina-idrossiprolina-prolina. L’idrossiprolina si genera a partire dalla prolina per l’aggiunta di un gruppo idrossilico, la sostituzione del residuo di glicina con altri residui aminoacidici più ingombranti ha un effetto catastrofico sulla stabilità della tripla elica perché determinal’intruzione dei legami idrogeno a livello locale e quindi localmente si destabilizza la tripla elica, la si interrompe.

L’idrossiprolina non è l’unico amminoacido modificato perché il tropocollagene presenta anche dei residui modificati di idrossidilisina che sono presenti soprattutto all’estremità N e C terminali della molecola e che hanno la funzione di agganciare le altre molecole, quindi di formare ponti idrogeno intermolecolari.

Biosintesi del collagene

A livello genetico attualmente conosciamo 46 geni differenti che codificano per diverse catene alfa del tropocollagene codificati a loro volta da 51 esoni; queste diverse catene si assemblano a formare 28 tipi diversi di collagene che hanno localizzazioni e funzioni parzialmente differenti.

Le tappe della biosintesi del collagene:

1. Prima fase: avviene la trascrizione dei geni che codificano per le catene alfa del collagene e la loro traduzione ad opera dei ribosomi all’interno del reticolo endoplasmico rugoso; questi trascritti che vengono prodotti a partire dai diversi geni del collagene codificano, in realtà, per dei pro-collageni che hanno una differenza sostanziale rispetto al tropocollagene maturo ovvero presentano delle lunghe sequenze amino- e carbossi- terminali che impediscono localmente di assumere la struttura a tripla elica, quindi all’estremità N-terminale e C-terminale il procollagene non può disporsi a tripla elica;
2. Seconda fase: sempre nel reticolo endoplasmico avviene l’idrossidazione di alcuni residui di prolina e di lisina da parte di idrossilasi specifiche ovvero di Prolil- e lisil- idrossilasi;
3. Terza fase: alcuni residui di idrossilisina vengono glicossilati ad opera di enzimi che sono galattosiltransferasi e glicosiltransferasi;
4. Quarta fase: avviene l’associazione delle tre catene a formare la tripla elica, che si forma ovunque nella sequenza di procollagene tranne che nelle regioni N- e C- terminali e quindi si formano legami idrogeno fra gli aminoacidi idrossilasi a stabilizzare la tripla elica, tranne all’estremità dove le tre sequenze si connettono tramite punti disolfuro; a questo punto la glicosilazione è terminata nel Golgi.
5. Quinta fase: le molecole vengono secrete all’esterno della cellula all’interno di vescicole di esocitosi;
6. Sesta fase: all’esterno della cellula avviene il taglio proteolitico dei peptidi globulari che si trovano all’estremità N e C terminale e solamente dopo il taglio proteolitico il procollagene diventa tropocollagene maturo;
7. Settima fase: avendo tagliato i propeptidi terminali del procollagene le molecole del tropocollagene tendono in modo naturale a disporsi in file parallele a formare le fibrille di collagene che hanno la struttura di parziale sovrapposizione e allineamento testa-coda e poi le fibrille a disporsi in fasci di fibre.

Si ritiene che la motivazione della sintesi del collagene in procollagene e la successiva trasformazione in tropocollagene solo all’esterno della cellula sia necessaria per evitare di far avvenire l’aggregazione spontanea del collagene in fibrille all’interno della cellula che sarebbe ovviamente deleteria.

Clinica

La formazione dei legami idrogeno è essenziale per la stabilizzazione della tripla elica del tropocollagene e anche per l’associazione delle molecole di tropocollagene a formare le fibrille; le alterazioni a livello degli aminoacidi coinvolti in questi legami o degli enzimi che determinano l’idrossilazione degli aminoacidi è alla base della maggior parte delle patologie del connettivo.

Un cofattore essenziale per l’attività di questi enzimi che effettuano l’idrossilazione dei residui di prolina e lisina è l’acido ascorbico ovvero la vitamina C: la carenza di questo acido causa lo scorbuto si ha in seguito all’insufficiente introduzione con la dieta di vitamina C; storicamente la conosciamo come la malattia dei marinai. La ridotta idrossilazione dei residui di prolina e lisina nel collagene determina una minore stabilizzazione della tripla elica che viene quindi degradata molto rapidamente.

A livello clinico questo deficit si traduce con una maggiore fragilità della tonaca mucosa orale e con una lassità dei legamenti parodontali, con la presenza di ulcerazione, di petecchie e con una fragilità generale di tutti tessuti dove c’è un ricambio molto rapido del collagene.

Fibrillogenesi

Dopo la sintesi del tropocollagene le molecole vanno incontro all’assemblaggio e alla formazione delle fibrille e poi delle fibre. Nell’immagine viene riassunto il processo a partire dalla sintesi del procollagene alla formazione delle fibrille, quindi vediamo che la sequenza polipeptidica del procollagene; poi si notano le catene alfa che si assemblano a formare una tripla elica stabilizzata dai legami idrogeno per formare la molecola del tropocollagene che è lunga circa 300 nm. Le molecole di tropocollagene si dispongono spontaneamente testa-coda a formare queste microfibrille, si dispongono testa coda in maniera sfasata sovrapponendosi per circa un quarto della loro lunghezza a formare queste microfibre di 50-200 nm in cui si nota la tipica periodicità assile di 67 nm; a loro volta le microfibrille sono organizzate in fasci di fibrille che poi si associano a formare le fibre e le fibre sono sostanzialmente aggregati di fibrille con un diametro fino a 3 micron.

I legami idrogeno intermolecolari fra l’idrossilisina dell’estremità N- e C- terminali di due molecole diverse contribuiscono alla stabilità e alle caratteristiche meccaniche di queste fibre perché uniscono molecole differenti, il numero di legami però aumenta con l’età e questo rende conto, almeno in parte, della ridotta mobilità delle articolazioni negli anziani. In questo preparato al microscopio elettronico si può notare una caratteristica ultrastrutturale importante dei fibroblasti (delle cellule che producono il collagene tessuto connettivo) che sono caratterizzati da un abbondantissimo reticolo endoplasmico rugoso che è necessario per l’elevatissima sintesi proteica delle molecole di procollagene. Si notano anche le molecole di collagene secreto all’esterno della cellula e in cui.