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4.13: Die extrazelluläre Matrix
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PROTOKOLLE

4.13: Die extrazelluläre Matrix

Überblick

Um die Gewebestruktur zu erhalten, sind viele tierische Zellen von Strukturmolekülen umgeben. Sie bilden die extrazelluläre Matrix (ECM). Zusammen erhalten die Moleküle in der ECM die strukturelle Integrität des Gewebes sowie die bemerkenswerten spezifischen Eigenschaften bestimmter Gewebe.

Zusammensetzung der extrazellulären Matrix

Die extrazelluläre Matrix (ECM) besteht in der Regel aus einer Grundsubstanz, einer gelartigen Flüssigkeit, faserigen Komponenten und vielen strukturell und funktionell unterschiedlichen Molekülen. Zu diesen Molekülen gehören Polysaccharide, die Glykosaminoglykane (GAGs) genannt werden. GAGs nehmen den größten Teil des extrazellulären Raums ein und nehmen oft ein großes Volumen im Verhältnis zu ihrer Masse ein. Dadurch entsteht eine Matrix, die enormen Druckkräften standhalten kann. Die meisten GAGs sind mit Proteinen verbunden. Dadurch entstehen Proteoglykane. Diese Moleküle halten aufgrund ihrer positiven Ladung Natriumionen zurück und ziehen daher Wasser an. So bleibt die ECM hydratisiert.

Die ECM enthält auch starre Fasern wie Kollagene. Sie machen den primären Proteinbestandteil der ECM aus. Kollagene sind die am häufigsten vorkommenden Proteine in Tieren und machen 25% der Masse aller Proteins aus. Eine große Vielfalt an Kollagenen mit strukturellen Ähnlichkeiten verleiht vielen Geweben eine hohe Festigkeit.

Gewebe wie Haut, Blutgefäße und Lungen müssen sowohl stark als auch dehnbar sein, um ihre physiologische Rolle erfüllen zu können. Ein Protein namens Elastin gibt bestimmten Fasern die Fähigkeit, sich zu dehnen und zu kontrahieren. Fibronectin ist ein Glykoprotein, das für die Zelladhäsion wichtig ist, da es sich direkt an Proteine anlagert. Sie überspannen Zellmembranen, insbesondere Integrine, welche die Membran mit der ECM verbinden. Integrin interagiert auch mit Kollagen, was intrazelluläre Reaktionen auslösen kann.

Die extrazelluläre Matrixzusammensetzung ist gewebe- und zelltypabhängig

Die Zusammensetzung und der relative Anteil jedes dieser Moleküle werden durch verschiedene Faktoren bestimmt. Dazu gehören die Lage, die physiologische Funktion und die benachbarten Zelltypen des Gewebes, in dem die Zellen leben. Dieser spezifische molekulare Aufbau der ECM wird als lokales Mikroumfeld bezeichnet. In bestimmten Geweben scheiden Zellen Moleküle aus, welche die Zusammensetzung der umgebenden ECM bestimmen. Beispielsweise synthetisieren, modifizieren und schütten die Darmzellen die Moleküle aus, die für die sie umgebende Matrix notwendig sind. Hingegen erzeugen Osteoblasten die Moleküle der starren ECM der menschlichen Knochen. Diese Vielfalt in der Zusammensetzung der ECM in den verschiedenen Geweben schafft besondere Eigenschaften entsprechend ihrer einzigartigen Rolle und Funktion in ihrer Lage.

Die extrazelluläre Matrix kann an der Zellkommunikation beteiligt sein

Die Interaktion zwischen Zellen und der lokalen ECM hat sich auch intrazellulär bewährt. So können z.B. Kräfte auf Transmembranintegrin-Moleküle zu einer Aktivierung des intrazellulären Actomyosin-Netzwerks führen. Dies kann die Zellmigration,-teilung und andere zelluläre Reaktionen fördern. Einige dieser Reaktionen umfassen Veränderungen der Genexpression und der Zell-Signalkaskaden. Ebenso kann Integrin intrazelluläre Informationen nach außen kommunizieren. Zusätzlich kann ECM Signalmoleküle binden, die beim Abbau der ECM freigesetzt werden können.

Umbau der extrazellulären Matrix

Tierische Zellen müssen die Fähigkeit haben, die ECM abzubauen und umgestalten zu können. Dies gilt insbesondere bei der Reparatur und dem Wachstum von Gewebe. Folglich besitzen Zellen typischerweise die notwendigen Enzyme, um die ECM abzubauen. Zu diesen Enzymen gehören Matrix-Metalloproteasen (MMPs). Sie bauen zusammen mit anderen Enzymen Proteine wie Kollagen und Fibronektin ab. Der Abbau und Umbau der ECM ist wichtig für ein gesundes Gewebewachstum und für die Verzweigung von Blutgefäßen. Auf der anderen Seite trägt der ECM-Umbau auch zur Metastasierung von Krebszellen bei, wenn sich diese im Körper ausbreiten.


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