Istologia - Appunti sul tessuto connettivo

Tessuto connettivo

Il tessuto connettivo è il tessuto più polimorfico del nostro organismo perché può assumere forme diverse e quindi funzioni diverse. Questo tessuto deriva dal mesoderma che è il terzo foglietto embrionale; le cellule del mesoderma migrano nell’embrione in via di formazione e vanno a costituire il tessuto embrionale che si chiama mesenchima dal quale originano tutte le cellule connettivali (che sono diverse e hanno diversa morfologia e diversa funzione). In generale tutti i tessuti connettivali sono costituiti da cellule e un’abbondante matrice extracellulare (a differenza del tessuto epiteliale) in cui diffonde il liquido interstiziale.

A seconda delle caratteristiche della matrice extracellulare il tessuto può assumere funzioni diverse: ne è un esempio il tessuto osseo, in cui la matrice extracellulare è molto mineralizzata e quindi determina la formazione di strutture rigide e ha funzione di sostegno. Un altro tipo di tessuto connettivo è rappresentato dal sangue, che non ha matrice mineralizzata (è liquido, la matrice è rappresentata dal plasma) e quindi non avrà funzione di sostegno ma di trasporto di gas respiratori e, per esempio, di cellule immunocompetenti.

Funzioni del connettivo

• Connette tessuti di origine diversa, ad esempio è interposto tra tessuto epiteliale e tessuto muscolare sottostante (anche nelle pareti dell’apparato intestinale c’è il tessuto epiteliale dell’intestino, il connettivo sottostante e poi il tessuto muscolare liscio) (funzione principale).
• Protegge organi delicati, ad esempio a livello delle ghiandole (le ghiandole sono un tipo di tessuto epiteliale specializzato nella secrezione e sono avvolte da una capsula connettivale che serve sia perché all’interno del connettivo ci sono vasi sanguigni, vasi linfatici e nervi sia per proteggere il parenchima della ghiandola stessa) o forma la trama interna, l’impalcatura alla quale si legano le cellule delle ghiandole o degli organi più delicati, come ad esempio la milza e i linfonodi (connettivo reticolare).
• Funzione di difesa, rappresentata dal sangue, un tessuto liquido che contiene cellule immunocompetenti responsabili della difesa del nostro organismo (linfociti T, B e granulociti).
• Funzione di sostegno, ad esempio il tessuto osseo e la cartilagine: nella matrice extracellulare (abbondante) dell’osso sono presenti sali minerali (la matrice è mineralizzata) mentre nella matrice della cartilagine sono abbondanti i proteoglicani e gli aggrecani e quindi la matrice è molto idratata, ma in ogni caso danno sostegno all’organismo.
• Funzione trofica, ad esempio il sangue attraverso cui vengono dispensate le sostanze nutritizie a tutte le altre cellule.
• Funzione di riparazione, in quanto in alcuni organi danneggiati (quando si ha una lesione) il tessuto connettivo ripara immediatamente la lesione andando a formare il tessuto cicatriziale (poi progressivamente questo tessuto viene sostituito da tessuto funzionale per quell’organo, per esempio se ho una lesione al cuore prima proliferano le cellule del connettivo formando tessuto cicatriziale e poi ricominciano a differenziarsi le cellule muscolari del cuore, che continuano a contrarsi).

Tipi di tessuti connettivi

In base alla composizione della matrice extracellulare i connettivi possono essere classificati in:

• Tessuti connettivi propriamente detti:
  • Tessuto connettivo mucoso
  • Tessuto connettivo fibrillare lasso
  • Tessuto connettivo fibrillare denso
  • Tessuto reticolare
  • Tessuto elastico
  • Tessuto adiposo
• Tessuti connettivi di sostegno:
  • Tessuto osseo
  • Tessuto cartilagineo
• Tessuti connettivi a funzione trofica (cioè di nutrimento):
  • Sangue
  • Linfa

Istologicamente i vari tessuti appaiono con forme molto diverse, per esempio il tessuto adiposo (che è un tipo di connettivo) ha cellule visivamente grandi con un nucleo schiacciato, il tessuto connettivo fibrillare ha le fibre parallele tra di loro, il sangue è liquido, l’osso è rigido e la cartilagine ha la caratteristica di avere dei gruppi isogeni.

Componente cellulare e matrice extracellulare

Per quanto riguarda la componente cellulare si distinguono:

• Cellule proprie del connettivo (dette fisse o autoctone): vivono e muoiono all’interno del tessuto connettivo e sono responsabili della deposizione della matrice extracellulare (che viene appunto secreta dalle cellule proprie del connettivo).
• Cellule migranti: derivano dal sangue (dai vasi sanguigni) e possono essere i granulociti, i leucociti, le plasmacellule e i macrofagi (che nel sangue si chiamano monociti), principalmente a funzione di difesa (non producono la matrice extracellulare).

Per quanto riguarda la matrice extracellulare, essa è formata da due componenti:

• Componente amorfa (o sostanza fondamentale): rappresentata da glicosaminoglicani (GAG), proteoglicani e glicoproteine.
• Componente fibrillare: rappresentata da fibre di collagene, fibre reticolari e fibre elastiche (proteine con la capacità di associarsi in fibrille e formare strutture filamentose).

Componente amorfa

La componente amorfa (o sostanza fondamentale, secreta dalle cellule fisse del connettivo) della matrice è detta amorfa perché è una sostanza di consistenza gelatinosa formata principalmente da acqua e ioni disciolti ma che contiene anche un insieme di macromolecole che fanno parte della famiglia dei glicosaminoglicani (abbreviati in GAG), dei proteoglicani e delle glicoproteine. A seconda della percentuale di presenza di questa sostanza amorfa, essa consente la diffusione dei metaboliti: attraverso la sostanza amorfa le sostanze nutritizie, gli ormoni e per esempio gli anticorpi possono diffondere e raggiungere le cellule del connettivo; in alcuni tessuti questa componente è meno abbondante e quindi a volte la diffusione dei metaboliti deve avvenire con un’altra modalità. Inoltre essa impedisce la diffusione di agenti tossici o batteri, facilita la migrazione cellulare (soprattutto delle cellule di difesa dal sangue) ed è responsabile della resistenza alla compressione del connettivo in quanto un tessuto ricco di acqua facilmente riesce ad opporsi alle forze di compressione che subisce (la sostanza amorfa è infatti formata da macromolecole fortemente idratate che richiamano una grande quantità d’acqua).

I glicosaminoglicani

I glicosaminoglicani (GAG) sono delle catene polisaccaridiche (catene lineari molto lunghe) formate da due zuccheri (unità disaccaridiche) che si ripetono in maniera costante lungo tutta la catena. In generale sono formati da una molecola di acido uronico (che può essere glucuronico o iduronico) e un amminozucchero (N-acetil glucosammina e N-acetil galattosammina).

Il GAG più diffuso nel nostro organismo è l’acido ialuronico: esso è molto lungo ed è ricco di gruppi carbossilici (COO-) carichi negativamente ed essendo di grandi dimensioni richiama enormi quantità d’acqua (i gruppi carbossilici sono responsabili di ciò). È contenuto nelle creme di bellezza proprio perché richiama grandi quantità d’acqua, quindi aumenta il turgore del tessuto connettivo e distende le rughe; si fanno anche infiltrazioni a livello delle articolazioni per favorire il ripristino della corretta articolazione. È formato da acido glucuronico e N-acetil glucosammina che si legano insieme e si ripetono lungo la molecola.

A seconda del tessuto connettivo che si analizza sono presenti anche altri GAG; la percentuale di questi è diversa a seconda del tessuto. Altri GAG presentano, oltre che al gruppo carbossilico, anche il gruppo solfato (SO₃-), sempre carico negativamente (acido), che richiama molecole d’acqua (questi GAG sono il dermatan solfato, il condroitin solfato (molto presente nella cartilagine, dove sono presenti i condroblasti), il cheratan solfato, l’eparan solfato e l’eparina). I GAG sono zuccheri e quindi vengono sintetizzati a livello dell’apparato di Golgi (i fibroblasti avranno un apparato di Golgi molto sviluppato).

I GAG sono fondamentali per la viscosità del liquido sinoviale e per la lubrificazione delle articolazioni e sono responsabili della basofilia e dell’idrofilia di queste molecole (basofilia vuol dire che nei preparati istologici la matrice si colora sempre di rosa chiaro; l’idrofilia è la capacità di legare l’acqua e ciò fa sì che la matrice sia un setaccio molecolare che può resistere alle forze di compressione).

I proteoglicani

I proteoglicani sono complesse macromolecole (sempre presenti nella sostanza amorfa) ancora più grandi rispetto ai glicosaminoglicani perché sono formati da una parte proteica (una sequenza di amminoacidi) chiamata asse proteico (core) al quale sono legati numerosi GAG (catene zuccheriniche), in particolar modo a livello dell’amminoacido serina.

Questa configurazione fa sì che la matrice sia fortemente idratata (ci sono numerose cariche negative). I proteoglicani sono molecole molto eterogenee fra di loro perché la proteina può avere una sequenza amminoacidica diversa e poi possono essere diversi gli zuccheri attaccati alla proteina (sia per la quantità sia per il tipo). Le cellule che li producono sono sempre i fibroblasti, che avranno reticolo endoplasmatico rugoso (dove viene sintetizzata la componente proteica) e apparato di Golgi (dove vengono sintetizzati i glicosaminoglicani che poi si legano alla proteina) molto sviluppati. Una particolare aggregazione formata dai GAG e dai proteoglicani e responsabile di un gran richiamo di molecole d’acqua sono gli aggregani (o aggrecani). Essi sono presenti nella matrice della cartilagine, che è una struttura rigida ma in cui i metaboliti, le sostanze nutritizie devono diffondere e quindi la matrice deve essere molto idratata; l’idratazione è data proprio dagli aggregani, strutture molecolari di dimensioni enormi formate da una molecola di acido ialuronico (GAG, a collana di perle) a cui si associano numerosi proteoglicani (che sembrano degli scovolini in cui ciascuna setola è in grado di richiamare grandi quantità di acqua).

Le glicoproteine

Le glicoproteine sono formate da una componente proteica di base a cui sono aggiunti degli zuccheri; differiscono dai proteoglicani perché la componente proteica prevale rispetto a quella glucidica (sono presenti brevi catene oligosaccaridiche, come acido sialico, glucosio, fruttosio). Normalmente nella sostanza amorfa le glicoproteine sono presenti in quantità minore rispetto ai proteoglicani e la loro presenza segna l’invecchiamento del tessuto connettivale: man mano che progrediamo con l’età nella nostra matrice connettivale diminuisce la quantità di glicosaminoglicani (in particolare l’acido ialuronico) e di proteoglicani, quindi diminuisce la quantità d’acqua e aumenta in proporzione la percentuale di glicoproteine. La loro principale funzione è quella strutturale: sono responsabili infatti del legame delle cellule (cioè dei fibroblasti nei tessuti connettivi propriamente detti) alla matrice extracellulare, fungono da ponte in modo da tenere ancorate le cellule del connettivo alla matrice extracellulare che hanno prodotto. Ce ne sono di vari tipi e possono essere tessuto-specifiche; ciò significa che alcune glicoproteine sono presenti in determinati connettivi e assumono dei nomi caratteristici (per esempio nell’osso è presente l’osteonectina, nella cartilagine è presente la condronectina), ma hanno sempre la stessa funzione. Le due glicoproteine più abbondanti, presenti in tutti i tessuti connettivi, sono la fibronectina e la laminina, entrambe formate da più catene polipeptidiche. La fibronectina è un dimero, cioè è formata da due catene polipeptidiche legate da ponti disolfuro, e lungo la sequenza di queste catene polipeptidiche unite ci sono dei domini di legame per i componenti della matrice extracellulare (per esempio per l’eparina, che è una GAG, o per la proteina fibrina) e dei domini (receptor binding domains) per le integrine esposte nella membrana dei fibroblasti; le cellule proprie del connettivo presentano nella membrana delle proteine di transmembrana (integrine) con le quali si legano ai componenti della matrice extracellulare in quanto i fibroblasti secernono la fibronectina e quindi attraverso la loro integrina di membrana possono legarsi alle glicoproteine le quali a loro volta si legano agli altri componenti della matrice. La laminina invece ha una struttura diversa ma la stessa funzione; è formata da tre catene polipeptidiche che si associano a formare una croce che presenta più domini di legame, sia per le integrine presenti a livello delle cellule connettivali (quindi aggancia le cellule connettivali) sia per altri componenti della matrice (per esempio il dominio di legame per il collagene, che fa parte della componente fibrillare). La laminina la avevamo già descritta come componente della lamina basale (struttura secreta in parte dalle cellule connettivali e in parte dalle cellule epiteliali).

Fibre della matrice

La componente fibrillare della matrice è formata da proteine in grado di polimerizzarsi (di associarsi) e formare strutture filamentose ed è responsabile della resistenza alle forze di trazione.

Fibre di collagene

La componente fibrillare maggiormente presente in tutti i connettivi è rappresentata dalle fibre di collagene. Questa proteina si associa a formare delle strutture fibrillari chiamate fibre di collagene, che sono per esempio molto presenti nei tendini, che sono le strutture del nostro organismo che resistono maggiormente alle forze di tensione. Grossi fasci di collagene (di tipo I) sono formati in realtà da tanti filamenti più sottili: le fibre sono formate da fibrille che a loro volta sono formate da microfibrille, e ciascuna microfibrilla è formata da molecole di tropocollagene che si associano testa-coda (questa struttura è molto resistente alle forze di trazione).

Al microscopio elettronico i fasci di collagene hanno una caratteristica bandeggiatura, dovuta a come si forma la fibra di collagene stessa. Il collagene si forma a partire da molecole di tropocollagene (lunghe 300 nm): il tropocollagene rende la struttura ancora più resistente perché è formato da tre catene polipeptidiche avvolte ad elica in cui si ripetono tre aminoacidi: glicina, prolina e idrossiprolina.

Tipi di collagene

• Il collagene di tipo I: è quello che si associa a formare fasci di maggior diametro. È il più resistente in assoluto alle forze di trazione proprio perché in esso si formano fasci di diametro molto spesso, infatti è quello presente a livello di tendini, legamenti, ossa, denti e derma. Quindi il collagene che si associa a formare fasci di dimensioni molto grandi è presente nei distretti del nostro organismo che sono soggetti a trazione.
• Il collagene di tipo II: si associa a formare fasci di diametro un po’ minore presenti nelle cartilagini e nei dischi intervertebrali che sono comunque soggetti a trazione in quanto si trovano nella colonna vertebrale.
• Il collagene di tipo III: si associa a formare dei fasci sottili che si intrecciano fra di loro lateralmente e formano una sorta di trama reticolare. Prende il nome di fibre reticolari.
• Il collagene di tipo IV: è formato da strutture filamentose di piccolo diametro ed è uno dei costituenti presenti nelle membrane basali.

Esistono anche altri tipi di collagene, più si avanza con i numeri più sono disaggregati; alcune proteine non vanno a formare queste strutture filamentose in assoluto.

Biosintesi del collagene

La sintesi del collagene avviene all’interno delle cellule (a livello dei fibroblasti o cellule proprie del connettivo) seguendo una sequenza di eventi enzimatici molto scanditi che devono avvenire correttamente perché altrimenti le fibre di collagene non si associano in maniera corretta e questo può dar luogo a varie malattie o alterazioni del tessuto connettivale. Le catene del tropocollagene più lunghe vengono sintetizzate normalmente all’interno delle cellule; esse sono dette catene pro α e sono più lunghe perché presentano alle estremità N e C terminali dei peptidi chiamati peptidi registro. La presenza dei peptidi registro fa sì che le 3 catene si avvolgano correttamente tra di loro e che una volta avvolte esse non si assemblino all’interno della cellula, ma all’esterno (viene impedito l’assemblamento testa-coda). Queste triple eliche, una volta secrete nella matrice extracellulare, devono essere glicosilate e idrossilate, cioè devono essere aggiunti dei gruppi OH (sugli aminoacidi prolina e lisina) e dei gruppi glucidici (a livello dell’idrossilisina) che favoriscono l’associazione delle molecole di tropocollagene testa-coda. Se queste glicosilazioni e ossidrilazioni non avvengono, il collagene non si assembla correttamente e si hanno alterazioni del tessuto connettivale. Una volta che la catena di tropocollagene viene secreta nella matrice vengono tagliati i peptidi registro e la catena può assemblarsi testa-coda, in maniera sfalsata (tra le catene si formano legami crociati).

Difetti nella sintesi di collagene possono dare origine a varie malattie o alterazioni del tessuto connettivo tra cui lo scorbuto, un’alterazione della produzione del collagene che può essere corretta con l’utilizzo della vitamina C (che è un importante cofattore di enzimi che idrossilano e glicosilano le catene di tropocollagene). Possono anche esserci delle malattie genetiche non molto gravi come ad esempio la sindrome di Ehlers-Danlos che causa neg