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4.13: La matriz extracelular
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The Extracellular Matrix
 
TRANSCRIPCIÓN

4.13: The Extracellular Matrix

4.13: La matriz extracelular

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.

Visión general

Con el fin de mantener la organización del tejido, muchas células animales están rodeadas de moléculas estructurales que componen la matriz extracelular (ECM). Juntos, las moléculas en el ECM mantienen la integridad estructural del tejido, así como las notables propiedades específicas de ciertos tejidos.

Composición de la Matriz Extracelular

La matriz extracelular (ECM) se compone comúnmente de sustancia molida, un fluido similar a un gel, componentes fibrosos y muchas moléculas estructural y funcionalmente diversas. Estas moléculas incluyen polisacáridos llamados glicosaminoglicanos (GAGs). Los GAG ocupan la mayor parte del espacio extracelular y a menudo ocupan un gran volumen en relación con su masa. Esto da como resultado una matriz que puede soportar enormes fuerzas de compresión. La mayoría de los GAG están vinculados a. proteínas, creando proteoglicacanos. Estas moléculas retienen los iones de sodio en función de su carga positiva y, por lo tanto, atraen el agua, lo que mantiene hidratado al ECM.

El ECM también contiene fibras rígidas como colágenos, el componente proteico primario del ECM. Los colágenos son las proteínas más abundantes en animales, constituyendo el 25% de la proteína en masa. Una gran diversidad de colágenos con similitudes estructurales proporcionan resistencia a la tracción a muchos tejidos.

En particular, los tejidos como la piel, los vasos sanguíneos y los pulmones deben ser fuertes y elásticos para realizar su función fisiológica. Una proteína llamada elastina da a las fibras particulares la capacidad de estirarse y retraerse. La fibronectina es una glicoproteína importante en la adhesión celular, ya que se une directamente a proteínas que abarcan la membrana de las células, específicamente integrinas, que vinculan la membrana con el ECM. Integrin también interactúa con el colágeno que puede provocar respuestas intracelulares.

La composición de la matriz extracelular es dependiente del tipo de tejido y celular

La composición y la proporción relativa de cada una de estas moléculas están determinadas por la ubicación, la función fisiológica y los tipos celulares vecinos del tejido en el que residen las células. Esta composición molecular específica del ECM se conoce como el microambientelocal. Células en un tejido determinado secretan moléculas que determinan el ECM circundante. Por ejemplo, las células intestinales sintetizan, modifican y secretan las moléculas necesarias para la matriz que las rodea, mientras que los osteoblastos generan las moléculas del ECM rígido del hueso humano. Esta diversidad en la composición de ECM en diferentes tejidos crea propiedades particulares de acuerdo con su función y función únicas.

La matriz extracelular puede participar en la comunicación celular

Se ha demostrado que la interacción entre las células y el ECM local también tiene un impacto intracelular. Por ejemplo, las fuerzas en moléculas de integrina transmembrana pueden dar lugar a la activación de la red de actomiosina intracelular. Esto puede promover la migración celular, división, y otras respuestas celulares. Algunas de estas respuestas incluyen cambios en la expresión génica y en cascadas de señalización celular. Del mismo modo, la integrina puede comunicar información intracelular al exterior de la célula. Además, ecM es conocido por unir moléculas de señalización, que se pueden liberar tras la degradación de ECM.

Remodelación de la Matriz Extracelular

Las células animales necesitan tener la capacidad de degradar y remodelar el ECM. Esto es particularmente cierto en casos de reparación y crecimiento de tejidos. En consecuencia, las células suelen poseer las enzimas necesarias para descomponer el ECM. Estas enzimas incluyen metaloproteasas de matriz (MMP) que trabajan con otras enzimas para degradar proteínas como el colágeno y la fibronectina. La degradación y remodelación del ECM es importante en el crecimiento de tejidos sanos, incluida la ramificación de los vasos sanguíneos. En el lado negativo, la remodelación de ECM también contribuye a la metástasis de las células cancerosas a medida que se propagan a través del cuerpo.


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