Modulo di Parodontologia COLLAGENE
I-INTRODUZIONE:
Il collagene è la sostanza proteica più abbondante nel corpo (dal 30% al 35% delle proteine corporee). È il componente essenziale della matrice extracellulare del tessuto connettivo.
Questa glicoproteina è un componente di tutti i tessuti dentali, ad eccezione dello smalto, e pertanto svolge un ruolo importante nello sviluppo, nella struttura e nella fisiologia del dente e dei suoi tessuti di supporto.
Fa parte di due tipi di tessuto connettivo:
– tessuti molli: polpa, parodonto, corion gengivale
– tessuti mineralizzati: dentina, cemento, osso alveolare.
II-DEFINIZIONE:
Il collagene è una glicoproteina fibrosa extracellulare la cui unità strutturale è il TROPOCOLLAGENE . Il collagene è organizzato in fibre insolubili, molto resistenti alla tensione. Questo spiega perché è il principale costituente che conferisce resistenza ai tessuti connettivi come ossa, denti, cartilagini, tendini, legamenti e alle matrici fibrose della pelle e dei vasi sanguigni.
Si trova anche nella matrice extracellulare del tessuto connettivo.
III-TROPOCOLLAGENE:
Il tropocollagene è una tripla elica di 03 catene polipeptidiche chiamate alfa α con una lunghezza di 240-300 nm e un diametro di 1,5 nm; il suo peso molecolare è 300000
Ogni catena alfa è composta da una sequenza di amminoacidi ripetuti (Gly-ab) :
-glicina sempre presente in ogni 2 o 3 amminoacidi,
-la a che è spesso una prolina,
-la b a idrossiprolina.
Si stima che il numero di amminoacidi che compongono una di queste catene alfa sia pari a 1050, di cui più di 1000 sono organizzati secondo una tripletta ripetitiva, ad eccezione degli amminoacidi che costituiscono le due estremità della catena o telopeptidi.
Si noti che è privo di triptofano, il che lo distingue dalle proteine del siero, e presenta pochi aminoacidi solforati, il che lo distingue dalle cheratine.
IV-I DIVERSI TIPI DI COLLAGENE:
Esistono almeno 16 diversi tipi di collagene nel corpo umano, i più comuni dei quali sono i tipi di collagene (I II III IV V).
A seconda della distribuzione degli amminoacidi, distinguiamo 5 tipi di catene α :
– 4 catene chiamate α 1 (da α 1 tipo 1 a α 1 tipo 4);
– una catena chiamata α 2.
A seconda della distribuzione di questi 5 tipi di catene, all’interno del tropocollagene, distinguiamo i tipi di collagene che caratterizzano ciascun tessuto connettivo.
I collageni con catene α identiche sono detti omotrimerici .
Il collagene composto da due catene diverse è detto eterotrimerico.
V. Distribuzione nei tessuti dentali:
Il collagene è un costituente essenziale del tessuto connettivo, è un componente di tutti i tessuti dentali, tranne lo smalto, e svolge un ruolo importante nello sviluppo, nella struttura e nella fisiologia del dente e dei suoi tessuti di supporto.
Si trovano principalmente collagene di tipo I e III.
Il collagene di tipo I è 7 volte più abbondante di quello di tipo III.
Il tipo III è localizzato nelle papille, attorno ai vasi e sotto la membrana basale.
Il collagene di tipo IV è il principale costituente della lamina densa delle membrane basali.
-A livello del legamento alveolo-dentale: collagene di tipo I (circa l’80%) e di tipo III (circa il 15%)
-A livello dell’osso alveolare, il collagene di tipo I rappresenta il 90% della fase organica dell’osso.
-A livello del cemento rappresenta il 50-55%; Si trova sotto forma di fibrille di 02 tipi:
*Fibre intrinseche: sintetizzate dai cementoblasti
*Fibre estrinseche: (fibre Sharpey)
VI-LA BIOSINTESI DEL COLLAGENE:
Il collagene è sintetizzato dalle cellule di origine naturale
mesenchimali (del fusto, stromali e multipotenti).
Queste cellule possono differenziarsi in un modo specifico
(odontoblasti nella polpa, osteoblasti nel tessuto osseo,
cementoblasti nel cemento cellulare e fibroblasti in
tessuto connettivo).
La cellula chiave è il fibroblasto : il più delle volte una cellula polimorfica
fusiforme o stellato, ricco di organelli (reticolo rugoso,
apparato del Golgi….) la membrana cellulare ha pieghe
e invaginazioni dove si può osservare la presenza di fibrille
di collagene appena secreto.
I fibroblasti sono anche in grado di secernere molte altre
molecole della sostanza fondamentale (citochine, fattori di crescita, enzimi, fibre di elastina, glicosaminoglicani, proteoglicani, ecc.) e svolgono un ruolo importante nei processi di guarigione dei tessuti o nel mantenimento delle reazioni infiammatorie.
La sintesi del collagene avviene in due fasi, una intracellulare e una extracellulare.
A- LA FASE INTRACELLULARE:
Si realizza a livello di:
-Reticolo endoplasmatico granulare (GER).
-Dall’apparato di Golgi (GA).
-Vescicole di esocitosi (dall’AG).
- A livello del reticolo endoplasmatico granulare:
1. Sintesi del procollagene:
Questo è il tempo ribosomiale: dopo la trascrizione del DNA che porterà alla formazione di una catena di RNA messaggero che codificherà la sintesi del collagene, le parti 02 del ribosoma si appoggiano sull’RNA messaggero per consentirne la traduzione; L’RNA transferasi posizionerà quindi gli amminoacidi che corrispondono alla codifica della catena dell’RNA messaggero per formare la struttura proteica primaria: una catena polipeptidica dritta.
Tutte e tre le catene alfa vengono sintetizzate contemporaneamente
Queste catene presentano polipeptidi aggiuntivi alle estremità N e COOH, o regioni ‘pro’.
2. Idrossilazione del procollagene:
Idrossilazione della prolina e della lisina che porta alla formazione di idrossiprolina e idrossilisina.
L’idrossilazione richiede la presenza di O2, ferro e acido ascorbico (vitamina C).
- A livello dell’apparato di Golgi:
3. Glicosilazione:
Le unità saccaridiche (galattosio o glicosilgalattosio) vengono innestate sull’idrossi di alcune idrossilisine, grazie a un trasferimento dall’UDP-galattosio e dall’UDP-glucosio.
Questa fase dura 4 minuti in presenza di magnesio.
4. Formazione dell’elica:
Una volta rilasciate dai ribosomi, le tre catene alfa del procollagene si allineano parallelamente e si avvolgono a forma di elica formando il protropocollagene.
Questa associazione è avviata e stabilizzata dalla formazione di legami disolfuro.
- A livello delle vescicole di esocitosi: Estrusione del tropocollagene
Una volta a contatto con la membrana citoplasmatica, le vescicole di esocitosi si aprono sul mezzo extracellulare e la molecola di protropocollagene si trasformerà in una molecola di tropocollagene (scissione) grazie alla procollagene peptidasi che taglia le estremità della molecola (i peptidi di coordinazione).
B- La fase extracellulare o maturazione del collagene:
Che porterà alla formazione di fibrille di collagene:
- scissione delle regioni pro: Innanzitutto la scissione delle regioni ‘pro’ grazie alle procollagene-peptidasi, proteasi extracellulari, liberando così il tropocollagene.
- Creazione di funzioni aldeidiche: ciò avviene attraverso la deaminazione ossidativa della lisina e dell’idrossilisina, sotto l’influenza di una lisil-ossidasi.
- Polimerizzazione: creazione di ponti intermolecolari tra queste funzioni aldeidiche del tropocollagene vicine per consentirne il legame
Formazione di fibre di collagene
VI. Regolazione della produzione di collagene:
Sebbene ci sia ancora molto da scoprire sui meccanismi di regolazione trascrizionale, è noto che alcune molecole modificano il livello di espressione dei collageni:
- Il TGF-β (Transforming Growth Factor) aumenta la trascrizione dei geni corrispondenti alle proteine della matrice extracellulare, ma rende anche più stabile l’mRNA del collagene,
- L’interferone γ (IFN-γ) è una citochina prodotta dai linfociti. L’IFN-γ riduce sia la proliferazione dei fibroblasti che la sintesi del collagene di tipo I da parte di queste cellule
- Il TNF-α (fattore di necrosi tumorale α) e l’interleuchina-1 sono altre due citochine che regolano la produzione di collagene ed entrambe sono prodotte dai macrofagi. Sebbene i loro meccanismi d’azione siano diversi, i loro risultati sono simili: stimolano la proliferazione dei fibroblasti, ma inibiscono la produzione di collagene di tipo I e aumentano la produzione di collagenasi interstiziali e quindi la degradazione del collagene.
VII- Degradazione del collagene:
A- Meccanismo fagocitario:
Questo è il meccanismo con cui la cellula cattura un elemento solido per digerirlo. La cellula fagocitaria ha generalmente una membrana molto mobile che forma veli ialuroplasmatici ed è eventualmente in grado di liquefarsi per circondare la particella.
La fagocitosi è svolta da diverse cellule con attività fagocitaria: fibroblasti con attività degradativa, osteoclasti e cementoclasti.
Questa fagocitosi avviene nelle seguenti tre (3) fasi:
– Adesione e cattura: dopo l’attrazione e l’adesione del corpo estraneo alla membrana cellulare.
– Fagosoma (o fase di ingestione): il prodotto viene fagocitato dalla cellula all’interno di un vacuolo chiamato fagosoma.
-Digestione (o fase di distruzione intracitoplasmatica): La fusione del fagosoma con i lisosomi (enzimi) è all’origine del fagolisosoma dove avrà luogo la distruzione del corpo estraneo.
B-Meccanismo enzimatico:
È svolta da enzimi proteolitici, ad esempio collagenasi tissutali che possono essere sintetizzati da diverse cellule con attività macrofagica: fibroblasti con attività degradativa, osteoclasti e cementoclasti…..
La collagenasi tissutale si trova nell’ambiente extracellulare in una forma inattiva (procollagenasi) e sotto l’influenza di attivatori (citochine, batteri, ecc.) si trasforma in una vera e propria collagenasi tissutale attiva, cosicché gli inibitori (proteine sieriche, ormoni estrogeni, ecc.) possono nuovamente disattivarla.
La regolazione dell’attività collagenolitica dipende: dal tipo di collagene stesso (il tipo II è più resistente del tipo I), dall’età, dalle variazioni di temperatura e pH e da alcune proteine e ormoni.
VII- Fisiologia del collagene:
1-Il collagene fa parte della matrice extracellulare: è responsabile della coesione dei tessuti da un lato; e dall’altro conferisce resistenza, flessibilità ed elasticità ai diversi tessuti.
2- Resistenza e fermezza: il collagene resiste alla trazione ed è essenziale per i processi di guarigione.
Proteina strutturale 3: È coinvolta nella formazione di: pelle, tendini, ossa, in particolare: Tipo I (ad esempio).
4-Rigira il collagene:
È l’equilibrio tra collagene sintetizzato e collagene degradato, di cui il fibroblasto è la cellula chiave.
Il rinnovamento delle fibre di collagene desmodontali consente il controllo dei micromovimenti dentali.
Il collagene del desmodonte ha un turnover 5 volte più rapido di quello del corion gengivale e dell’osso alveolare e 15 volte più rapido del derma, tuttavia questo turnover rallenta con l’età.
5-mineralizzazione: la presenza di collagene è essenziale per la mineralizzazione.
6-l’eruzione: Attraverso il gioco del rinnovamento del collagene: la molecola appena sintetizzata è più lunga; Questo processo crea forze di tensione che provocano lo spostamento e l’eruzione del dente.
X-CONCLUSIONE:
Il collagene è un costituente essenziale dei tessuti connettivi , fa parte della composizione di tutti i tessuti parodontali e svolge un ruolo fondamentale nella riparazione e nella rigenerazione parodontale . La sua alterazione inciderà sulla salute del parodonto.
Modulo di Parodontologia COLLAGENE
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