Macierz zewnątrzkomórkowa

Przegląd

Aby utrzymać organizację tkanek, wiele komórek zwierzęcych jest otoczonych cząsteczkami strukturalnymi, które tworzą macierz zewnątrzkomórkową (ECM). Razem cząsteczki w ECM utrzymują integralność strukturalną tkanki, a także niezwykłe specyficzne właściwości niektórych tkanek.

Skład macierzy zewnątrzkomórkowej

Macierz zewnątrzkomórkowa (ECM) zwykle składa się z substancji mielonej, płynu podobnego do żelu, składników włóknistych oraz wielu strukturalnie i funkcjonalnie zróżnicowanych cząsteczek. Cząsteczki te obejmują polisacharydy zwane glikozaminoglikany (GAG). GAG zajmują większość przestrzeni zewnątrzkomórkowej i często zajmują dużą objętość w stosunku do ich masy. W ten sposób powstaje matryca, która może wytrzymać ogromne siły ściskające. Większość GAG jest połączona z białkami – tworząc proteoglikany. Cząsteczki te zatrzymują jony sodu w oparciu o ich ładunek dodatni i dlatego przyciągają wodę, która utrzymuje ECM w stanie nawodnienia.

ECM zawiera również sztywne włókna, takie jak kolagen – główny składnik białkowy ECM. Kolageny są najobficiej występującymi białkami u zwierząt, stanowiąc 25% białka masowo. Duża różnorodność kolagenów o podobieństwach strukturalnych zapewnia wytrzymałość na rozciąganie wielu tkankom.

Warto zauważyć, że tkanki takie jak skóra, naczynia krwionośne i płuca muszą być zarówno mocne, jak i rozciągliwe, aby spełniać swoją fizjologiczną rolę. Białko zwane elastyną nadaje poszczególnym włóknom zdolność do rozciągania i cofania się. Fibronektyna jest glikoproteiną ważną w adhezji komórek, ponieważ bezpośrednio przyłącza się do białek obejmujących błonę komórkową, w szczególności integryn, łącząc błonę z ECM. Integryna oddziałuje również z kolagenem, co może wywoływać odpowiedzi wewnątrzkomórkowe.

Skład macierzy zewnątrzkomórkowej jest zależny od typu tkanki i komórki

Skład i względna proporcja każdej z tych cząsteczek zależą od lokalizacji, funkcji fizjologicznej i sąsiednich typów komórek tkanki, w której znajdują się komórki. Ten specyficzny skład molekularny ECM jest określany jako lokalne mikrośrodowisko. Komórki w danej tkance wydzielają cząsteczki, które determinują otaczający ECM. Na przykład komórki jelitowe syntetyzują, modyfikują i wydzielają cząsteczki niezbędne dla otaczającej je macierzy, podczas gdy osteoblasty generują cząsteczki sztywnego ECM ludzkiej kości. Ta różnorodność składu ECM w różnych tkankach tworzy szczególne właściwości zgodnie z ich unikalną rolą i funkcją.

Macierz zewnątrzkomórkowa może być zaangażowana w komunikację komórkową

Wykazano, że interakcja między komórkami a lokalnym ECM ma również wpływ wewnątrzkomórkowy. Na przykład siły działające na transbłonowe cząsteczki integryny mogą powodować aktywację wewnątrzkomórkowej sieci aktomiozyny. Może to sprzyjać migracji, podziałowi i innym reakcjom komórkowym. Niektóre z tych odpowiedzi obejmują zmiany w ekspresji genów i kaskadach sygnalizacji komórkowej. Podobnie integryna może przekazywać informacje wewnątrzkomórkowe na zewnątrz komórki. Ponadto wiadomo, że ECM wiąże cząsteczki sygnałowe, które mogą zostać uwolnione po degradacji ECM.

Przebudowa macierzy zewnątrzkomórkowej

Komórki zwierzęce muszą mieć zdolność do degradacji i przebudowy ECM. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku naprawy i wzrostu tkanek. W związku z tym komórki zazwyczaj posiadają enzymy niezbędne do rozkładu ECM. Enzymy te obejmują metaloproteazy macierzy (MMP), które współpracują z innymi enzymami w celu degradacji białek, takich jak kolagen i fibronektyna. Degradacja i przebudowa ECM jest ważna we wzroście zdrowych tkanek, w tym rozgałęzień naczyń krwionośnych. Z drugiej strony, przebudowa ECM przyczynia się również do przerzutów komórek rakowych, gdy rozprzestrzeniają się one w organizmie.