Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

4.13: De extracellulaire matrix
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
The Extracellular Matrix
 
TRANSCRIPT

4.13: The Extracellular Matrix

4.13: De extracellulaire matrix

Overview

In order to maintain tissue organization, many animal cells are surrounded by structural molecules that make up the extracellular matrix (ECM). Together, the molecules in the ECM maintain the structural integrity of tissue as well as the remarkable specific properties of certain tissues.

Composition of the Extracellular Matrix

The extracellular matrix (ECM) is commonly composed of ground substance, a gel-like fluid, fibrous components, and many structurally and functionally diverse molecules. These molecules include polysaccharides called glycosaminoglycans (GAGs). GAGs occupy most of the extracellular space and often take up a large volume relative to their mass. This results in a matrix that can withstand tremendous forces of compression. Most GAGs are linked to proteins—creating proteoglycans. These molecules retain sodium ions based on their positive charge and therefore attract water, which keeps the ECM hydrated.

The ECM also contains rigid fibers such as collagens—the primary protein component of the ECM. Collagens are the most abundant proteins in animals, making up 25% of protein by mass. A large diversity of collagens with structural similarities provide tensile strength to many tissues.

Notably, tissue like skin, blood vessels, and lungs need to be both strong and stretchy to perform their physiological role. A protein called elastin gives particular fibers the ability to stretch and retract. Fibronectin is a glycoprotein important in cell adhesion, as it directly attaches to proteins that span the membrane of cells, specifically integrins, linking the membrane to the ECM. Integrin also interacts with collagen which may elicit intracellular responses.

Extracellular Matrix Composition Is Tissue- and Cell-type Dependent

The makeup and relative proportion of each of these molecules are determined by the location, physiological function, and neighboring cell types of the tissue in which the cells reside. This specific molecular makeup of the ECM is referred to as the local microenvironment. Cells in a particular tissue secrete molecules which determines the surrounding ECM. For example, intestinal cells synthesize, modify, and secrete the molecules necessary for the matrix that surrounds them, while osteoblasts generate the molecules of the rigid ECM of human bone. This diversity in ECM composition in different tissues creates particular properties according to their unique role and function.

Extracellular Matrix Can Be Involved in Cell Communication

The interaction between cells and the local ECM has been shown to have an intracellular impact as well. For example, forces on transmembrane integrin molecules can result in activation of the intracellular actomyosin network. This may promote cell migration, division, and other cellular responses. Some of these responses include changes in gene expression and cell signaling cascades. Likewise, integrin can communicate intracellular information to the outside of the cell. Additionally, ECM is known to bind signaling molecules, which can be released upon ECM degradation.

Remodeling of the Extracellular Matrix

Animal cells need to have the capacity to degrade and remodel the ECM. This is particularly true in cases of tissue repair and growth. Consequently, cells typically possess the enzymes necessary to break down the ECM. These enzymes include matrix metalloproteases (MMPs) which work with other enzymes to degrade proteins such as collagen and fibronectin. ECM degradation and remodeling is important in healthy tissue growth including blood vessel branching. On the downside, ECM remodeling also contributes to the metastasis of cancerous cells as they spread through the body.

Overzicht

Om de weefselorganisatie te behouden, zijn veel dierlijke cellen omgeven door structurele moleculen die de extracellulaire matrix (ECM) vormen. Samen behouden de moleculen in de ECM de structurele integriteit van weefsel en de opmerkelijke specifieke eigenschappen van bepaalde weefsels.

Samenstelling van de extracellulaire matrix

De extracellulaire matrix (ECM) bestaat gewoonlijk uit gemalen substantie, een gelachtige vloeistof, vezelachtige componenten en vele structureel en functioneel diverse moleculen. Deze moleculen omvatten polysacchariden die glycosaminoglycanen (GAG's) worden genoemd. GAG's nemen het grootste deel van de extracellulaire ruimte in en nemen vaak een groot volume in verhouding tot hun massa. Dit resulteert in een matrix die enorme compressiekrachten kan weerstaan. De meeste GAG's zijn gekoppeld aan eiwitten, waardoor proteoglycanen ontstaan . Deze moleculen houden natriumionen vast op basis van hun positieve lading en trekken daarom water aan, waardoor de ECM gehydrateerd blijft.

De ECM bevat ook stijve vezels zoals collagenen - de primaire eiwitcomponent van de ECM. Collagenen zijn de meest voorkomende eiwitten bij dieren en vormen 25 massaprocent van het eiwit. Een grote diversiteit aan collagenen met structurele overeenkomsten zorgen voor treksterkte voor veel weefsels.

Met name weefsel zoals huid, bloedvaten en longen moeten zowel sterk als rekbaar zijn om hun fysiologische rol te vervullen. Een eiwit genaamd elastine geeft bepaalde vezels de mogelijkheid om uit te rekken en terug te trekken. Fibronectine is een glycoproteïne dat belangrijk is bij celadhesie, omdat het zich rechtstreeks hecht aan eiwitten die het membraan van cellen overspannen, met name integrinen, en het membraan met de ECM verbinden. Integrin werkt ook samen met collageen, wat intracellulaire reacties kan opwekken.

Extracellulaire matrixsamenstelling is afhankelijk van het weefsel en het celtype

De samenstelling en relatieve proportie van elk van deze moleculen wordt bepaald door de locatie, fysiologische functie en aangrenzende celsoorten weefsel waarin de cellen zich bevinden. Deze specifieke moleculaire samenstelling van de ECM wordt de lokale micro-omgeving genoemd . Cellen in een bepaald weefsel scheiden moleculen af die de omringende ECM bepalen. Darmcellen synthetiseren, modificeren en scheiden bijvoorbeeld de moleculen die nodig zijn voor de matrix die hen omgeeft, terwijl osteoblasten de moleculen van de stijve ECM van menselijk bot genereren. Deze diversiteit in ECM-samenstelling in verschillende weefsels creëert bijzondere eigenschappen op basis van hun unieke rol en functie.

Extracellulaire matrix kan worden betrokken bij celcommunicatie

Het is aangetoond dat de interactie tussen cellen en de lokale ECM ook een intracellulaire impact heeft. Krachten op transmembraan-integrinemoleculen kunnen bijvoorbeeld resulteren in activering van het intracellulaire actomyosinenetwerk. Dit kan celmigratie, deling en andere cellulaire reacties bevorderen. Sommige van deze reacties omvatten veranderingen in genexpressie end-cel signalering cascades. Evenzo kan integrine intracellulaire informatie naar de buitenkant van de cel communiceren. Bovendien is bekend dat ECM signaalmoleculen bindt, die kunnen worden vrijgegeven bij ECM-afbraak.

Herinrichting van de extracellulaire matrix

Dierlijke cellen moeten de capaciteit hebben om de ECM af te breken en te hermodelleren. Dit geldt in het bijzonder bij weefselherstel en -groei. Bijgevolg bezitten cellen doorgaans de enzymen die nodig zijn om de ECM af te breken. Deze enzymen omvatten matrix metalloproteasen (MMP's) die samenwerken met andere enzymen om eiwitten zoals collageen en fibronectine af te breken. ECM-afbraak en hermodellering is belangrijk bij gezonde weefselgroei inclusief vertakking van bloedvaten. Aan de andere kant draagt ECM-hermodellering ook bij aan de uitzaaiing van kankercellen terwijl ze zich door het lichaam verspreiden.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter