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4.13:

A Matriz Extracelular

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The Extracellular Matrix

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Dando suporte a muitos tecidos celulares está a matriz extracelular ou ECM, uma rede interconectada composta de fibras e substância base que é principalmente fluido intersticial que preenche o espaço entre as células, fibras do tecido conjuntivo e capilares. A composição molecular de cada microambiente é regida por células locais variando de fibroblastos a macrófagos resultando em diferenças na composição exata das propriedades físicas. Por exemplo, as matrizes são preenchidas com glicosaminoglicanos polimerizados ou GAGs para abreviar.Eles ligam água e outras proteínas formando proteoglicanos. Os sulfatos de condroitina mais comuns são vitais para a cartilagem e os ossos e sua perda gradual leva a osteoartrite do joelho. Outra proteína chamada elastina contribui para a elasticidade permitindo que os músculos e a pele sejam flexíveis enquanto a rigidez é fornecida por longas, grossas, e fibrosas glicoproteínas chamadas colágeno.Embora onipresentes, elas são especialmente importantes em tecidos duros e extremamente fortes como tendões que unem os músculos aos ossos. A cola é fibronectina, uma proteína de adesão celular que permite às células se anexar aos diferentes elementos da matriz incluindo colágeno, GAGs e proteínas integrantes de membrana que conectam células com o seu ambiente e desempenham um papel importante em cascatas de sinalização. Em última análise, seja qual for a localização, o ECM abrange a rede de suporte de que as células precisam para se integrar com seu ambiente tecidual.

4.13:

A Matriz Extracelular

Visão Geral

Para manter a organização dos tecidos, muitas células animais estão rodeadas por moléculas estruturais que compõem a matriz extracelular (ECM). Juntas, as moléculas da ECM mantêm a integridade estrutural do tecido, bem como as notáveis propriedades específicas de certos tecidos.

Composição da Matriz Extracelular

A matriz extracelular (ECM) é comumente composta por substâncias fundamentais, um fluido semelhante a gel, componentes fibrosos e muitas moléculas estrutural e funcionalmente diversas. Essas moléculas incluem polissacarídeos chamados glicosaminoglicanos (GAGs). Os GAGs ocupam a maior parte do espaço extracelular e muitas vezes ocupam um grande volume em relação à sua massa. Isso resulta em uma matriz que pode suportar tremendas forças de compressão. A maioria dos GAGs está ligada a proteínas—criando proteoglicanos. Essas moléculas retêm iões de sódio com base na sua carga positiva e, portanto, atraem água, o que mantém a ECM hidratada.

A ECM também contém fibras rígidas, como colagénios—os componentes proteicos primários da ECM. Os colagénios são as proteínas mais abundantes em animais, compõem 25% de proteína por massa. Uma grande diversidade de colagénios com semelhanças estruturais proporciona resistência à tração para muitos tecidos.

Notavelmente, tecidos como a pele, vasos sanguíneos e pulmões precisam ser fortes e elásticos para desempenhar o seu papel fisiológico. Uma proteína chamada elastina dá capacidade de esticar e retrair a fibras particulares. A fibronectina é uma glicoproteína importante na adesão celular, pois liga-se diretamente a proteínas que abrangem a membrana das células, especificamente integrinas, ligando a membrana à ECM. As integrinas também interagem com colágeno o que pode provocar respostas intracelulares.

A Composição da Matriz Extracelular é Dependente do Tipo de Tecido e de Célula

A composição e a proporção relativa de cada uma dessas moléculas são determinadas pela localização, função fisiológica e tipos celulares vizinhos do tecido em que as células residem. Esta composição molecular específica da ECM é referida como o microambiente local. Células em um determinado tecido secretam moléculas que determinam a ECM circundante. Por exemplo, as células intestinais sintetizam, modificam e secretam as moléculas necessárias para a matriz que as rodeia, enquanto que os osteoblastos geram as moléculas da ECM rígida do osso humano. Esta diversidade na composição da ECM em diferentes tecidos cria propriedades particulares de acordo com o seu papel e função únicos.

A Matriz Extracelular Pode Estar Envolvida na Comunicação Celular

A interação entre as células e a ECM local mostrou-se também ter um impacto intracelular. Por exemplo, forças em moléculas de integrina transmembranar podem resultar na ativação da rede intracelular de actomiosina. Isso pode promover migração celular, divisão e outras respostas celulares. Algumas dessas respostas incluem mudanças na expressão genética e cascatas de sinalização celular. Da mesma forma, as integrinas podem comunicar informações intracelulares para o exterior da célula. Além disso, a ECM é conhecida por ligar moléculas de sinalização, que podem ser libertadas após a degradação da ECM.

Remodelação da Matriz Extracelular

As células animais precisam ter a capacidade de degradar e remodelar a ECM. Isso é particularmente verdade em casos de reparação e crescimento de tecidos. Consequentemente, as células normalmente possuem as enzimas necessárias para quebrar a ECM. Essas enzimas incluem metaloproteinases da matriz (MMPs) que trabalham com outras enzimas para degradar proteínas como colágeno e fibronectina. A degradação e remodelação da ECM é importante no crescimento saudável do tecido, incluindo a ramificação dos vasos sanguíneos. Pelo lado negativo, a remodelação da ECM também contribui para a metástase das células cancerígenas à medida que se espalham pelo corpo.

Suggested Reading

Frantz, Christian, Kathleen M. Stewart, and Valerie M. Weaver. “The Extracellular Matrix at a Glance.” Journal of Cell Science 123, no. 24 (December 15, 2010): 4195–4200. [Source]

Alberts, Bruce, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter. “The Extracellular Matrix of Animals.” Molecular Biology of the Cell. 4th Edition, 2002. [Source]