Bases moleculares de la barrera de filtracion glomerular

Fisiología-funcionamiento de la filtración glomerular

1. M. en C. Raúl Herrera Fragoso BASES MOLECULARES DE LA BARRERA DE FILTRACION GLOMERULAR

2. Introducción El glomérulo es responsable de la producción de la orina a partir de la elaboración del ultrafiltrado plasmático. La capacidad de filtración de la barrera glomerular tiene una doble naturaleza: mecánica y eléctrica Una pequeña cantidad de proteínas se encuentra presente normalmente en la orina, en su mayoría deriva del plasma, otras se originan en el tejido renal. La composición final de las proteínas en la orina, es el resultado neto de tres funciones: filtración glomerular, reabsorción tubular y la adición o secreción de proteínas a la orina a través del tracto genitourinario .

3. ESTRUCTURA BÁSICA DE LA PARED DEL CAPILAR GLOMERULAR La pared capilar glomerular es una barrera molecular capaz de excluir a la mayoría de las proteínas plasmáticas y permitir el paso del agua, de pequeñas moléculas de soluto y de iones . Entre la sangre y el espacio urinario, una sustancia, debe atravesar la barrera de filtración glomerular compuesta por: el endotelio fenestrado , la membrana basal glomerular y la hendidura del poro y la zona que queda entre los procesos pedicelares de los podocitos En la fotografía, se puede observar la ubicación de las tres fases de la filtración: el endotelio con fenestraciones (F), membrana basal glomerular (MBG) y epitelio visceral, formado por los podocitos (P) que dejan ver el diafragma (D) entre los pedicelos.

4. EL ENDOTELIO El endotelio está perforado por poros o fenestraciones que permiten la separación mecánica de los elementos de la sangre y el plasma. (miden 70 y 100 nm de diámetro) . La superficie de la célula endotelial está cargada negativamente por la presencia de una glucoproteína polianiónica , la podocalixina , que es la principal sialoproteína glomerular. La aglomeración de moléculas superficiales aniónicas y fenestraciones hace que el endotelio glomerular se diferencie de otras membranas plasmáticas endoteliales y que permita el paso de moléculas de bajo peso molecular. Aunque no es muy eficiente para impedir el pasaje de macromoléculas .

5. LA MEMBRANA BASAL GLOMERULAR La membrana basal glomerular (MBG), impide el paso de macromoléculas en forma mecánica y eléctrica; esta última por la presencia de carga es negativa, proteoglicanos ricos en heparán sulfato. Los estudios con dextranos han sugerido que la integridad estructural de la MBG es clave para el mantenimiento de la función de permeabilidad de la barrera al agua, pequeños solutos, iones, y proteínas de menor tamaño. Sin embargo no lo es para proteínas plasmáticas mayores de 70  kDa . Cadenas del colágeno conectadas por el dominio S7. En el NC1 se entrelazan las moléculas de laminina , nidogén y fibronectina , y un proteoglicano el heparán sulfato.

6. LA MEMBRANA BASAL GLOMERULAR La MBG se compone de dos capas finas, la lámina interna y la lámina externa , y una capa central gruesa, la lámina densa. Las células endoteliales y epiteliales adyacentes secretan moléculas tales como colágeno tipo IV, laminina , fibronectina , nidogén / enactina , y proteoglicanos de heparán sulfato que forman una estructura, semejante a un enrejado. Hay sitios aniónicos , los glucosaminoglicanos de heparán sulfato, en las tres capas que componen la MBG. Si estos se remueven, se incrementa la permeabilidad de la membrana basal glomerular. Cadenas del colágeno conectadas por el dominio S7. En el NC1 se entrelazan las moléculas de laminina , nidogén y fibronectina , y un proteoglicano el heparán sulfato.

7. El colágeno tipo IV es el mayor constituyente colagenoso de la membrana basal. Se trata de un heterotrímero que consta de un dominio carboxiterminal no colagenoso . Las moléculas del colágeno IV pueden asociarse a través de este dominio para formar dímeros, y por medio de sus terminaciones amino formar tetrámeros. Las macromoléculas de colágeno tipo IV compuesto predominantemente por las cadenas con isoformas son unos bastones flexibles de aproximadamente 400 nm de largo. Cada cadena se ensambla con las demás cadenas para formar unas estructuras altamente ordenadas llamadas protómeros . Estos son la unidad básica del andamiaje de la membrana basal, alrededor de ellos se retuercen otras moléculas constituyentes de la MBG. Las hebras que forman la red consisten en agregados de, al menos, cinco sustancias: el colágeno tipo IV, tres glucoproteínas : laminina , nidogén y fibronectina , y un proteoglicano el heparán sulfato .

8. Red tridimensional que compone la MBG es una estructura poligonal con poros que tienen de 4 a 6 nm de diámetro.

9. EL PODOCITO Y EL PORO DE FILTRACIÓN GLOMERULAR El tercer elemento de la barrera de filtración glomerular lo constituyen las células epiteliales viscerales o podocitos , encargados de sintetizar la MBG y formar los poros de filtración. Los podocitos son células muy diferenciadas que no se dividen. Existiría un número de podocitos inicial, que se pierden de forma progresiva e irreversible en el transcurso de una lesión glomerular. Las células epiteliales expresan una serie de proteínas específicas que son indispensables para el mantenimiento de la compleja estructura de la barrera de filtración, de los procesos pedicelares interdigitados y del diafragma de hendidura (pequeñas hendiduras cubiertas por una película proteica ). La superficie del podocito podría ser dividida en tres dominios con diferentes localizaciones, componentes proteicos y funciones. En cada dominio existen proteínas, que son fundamentales para el mantenimiento y la integridad del mismo, más aún, para la estabilidad global de la arquitectura del podocito .

10. DOMINIO DE SUPERFICIE DEL PODOCITO –SUS PROTEINAS Dominio apical:  podocalixina , ezrina , complejo NHERF-2 (cubren la superficie del podocito ). Dominio del diafragma de filtración : la principal responsable de la propiedad de selectividad del diafragma es la nefrina . A este nivel también encontramos a P- cadherina , neph-1, podocina , CD2AP, ZO-1, filtrina , etc. Dominio basal o de anclaje  es el encargado de fijar al pedicelo a la membrana basal glomerular. Encontramos el complejo distroglicano , el complejo integrina  y la megalina . Esquema de la barrera de filtración glomerular del riñón: A.  Células fenestradas endoteliales: (1) = poro; B.  Membrana basal glomerular: (1) = lámina externa, (2) = lámina densa y (3) = lamina interna C.   Podocitos : (1) Estructura enzimática y estructural, (2) = brecha de filtración, (3) = diafragma.

11. DOMINIO APICAL La superficie de los podocitos está cubierta por carga eléctrica negativa, siendo la podocalixina la mayor de las sialoproteínas de los mismos. Esta es una proteína de membrana, polianiónica , importante en el establecimiento de la carga negativa glomerular, en el mantenimiento de la arquitectura celular y de la distancia intercelular. Por medio de la microscopía inmunoelectrónica se vio que la podocalixina contacta con la ezrina , una proteína intracelular, proteínas ligadoras de actina . Esto sugiere que la podocalixina puede estar asociada con la extensa red de filamentos de actina y de esta forma participa en el mantenimiento de la estructura podocitaria y del espacio intercelular .

12. DOMINIO APICAL La podocalixina está unida a la ezrina y a la actina del citoesqueleto a través de un regulador del intercambiador Na +  / H + , la NHERV2   Si las interacciones podocalixina / NHERV2 / ezrina / actina se rompen aparecen cambios en los procesos pedicelares de la célula epitelial glomerular.

13. DOMINIO DEL DIAFRAGMA DE FILTRACIÓN Entre los procesos pedicelares que cubren la superficie externa de la membrana basal glomerular existen hendiduras de 25 a 60 nm que están cruzadas por una membrana delgada llamada diafragma de hendidura o diafragma de filtración. Esta fina estructura es la responsable principal de impedir el paso de moléculas como la albúmina . Los poros son rectangulares, de aproximadamente. 40 Ä por 140 Ä en la sección transversal, y 70 Ä en la sección longitudinal . El diafragma de filtración exhibe una subestructura similar a la de un cierre. Este modelo consta de puentes alternantes que se extienden desde la membrana plasmática de un podocito a otro. Tiene un filamento central que corre paralelamente y en forma equidistante a las membranas celulares .

14. DOMINIO DEL DIAFRAGMA DE FILTRACIÓN El mayor componente del diafragma de filtración es la  nefrina . Esta glucoproteína transmembrana pertenece a la superfamilia de las inmunoglobulinas . Si se inhibe su acción mediante los anticuerpos antinefrina , la estructura del diafragma de filtración persiste, pero se altera la filtración. Estos hallazgos indican que la nefrina no es esencial para el mantenimiento de la morfología ultraestructural del diafragma de filtración, pero sí lo es para sostener su función. La nefrina podría interactuar con el centro proteico del diafragma de filtración, fundamentalmente con la P- cadherina .

15. DOMINIO DEL DIAFRAGMA DE FILTRACIÓN La  P- cadherina  tiene un dominio extracelular que forma esencialmente el andamiaje del diafragma de filtración. El dominio intracelular está conectado con la  β - catenina y / o plakoglobina ( γ - catenina ). Estas   cateninas  interactúan con la cadherina intracitoplasmática que las une a la actina del citoesqueleto , y traducen señales intercelulares. A través de ellas, la nefrina , regularía el tamaño del poro y la permeoselectividad del diafragma. En la periferia de la membrana sobre la superficie citoplasmática de los diafragmas de filtración en los sitios de unión se encuentra la proteína  ZO-1,  que es una variante de las  uniones intercelulares .

16. DOMINIO DEL DIAFRAGMA DE FILTRACIÓN La  P- cadherina  tiene un dominio extracelular que forma esencialmente el andamiaje del diafragma de filtración. El dominio intracelular está conectado con la  β - catenina y / o plakoglobina ( γ - catenina ). Estas   cateninas  interactúan con la cadherina intracitoplasmática que las une a la actina del citoesqueleto , y traducen señales intercelulares. A través de ellas, la nefrina , regularía el tamaño del poro y la permeoselectividad del diafragma. En la periferia de la membrana sobre la superficie citoplasmática de los diafragmas de filtración en los sitios de unión se encuentra la proteína  ZO-1,  que es una variante de las  uniones intercelulares .

17. DOMINIO BASAL O DE ANCLAJE La membrana basal del podocito contiene algunas proteínas de adhesión que une a los podocitos con la matriz extracelular El complejo de adhesión esta formado por  complejo  αβ - integrina , el  distroglicano  y la  megalina . El complejo es el encargado de conectarse por medio proteínas intracelulares ( paxillina , talina y vinculina ) a la actina del citoesqueleto .

18. DOMINIO BASAL O DE ANCLAJE El complejo distroglicano posee dos subunidades:   α y   β , las cuales están unidas en forma no covalente. La subunidad   α contiene un sitio rico en ácido siálico que se une electrostáticamente con las regiones catiónicas de la membrana extracelular como la laminina y la agrina . La subunidad  β  se une a las proteínas específicas ligadoras de actina , como la utrofina .   La proteína  MAGI-1  se asocia con la  megalina , la cual es un receptor poliespecífico multiligando , cuya función es de receptor endocítico para lipoproteínas. La asociación intracelular de la megalina con el MAGI-1 podría ser un complejo de unión adicional.