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4.13: Matrice extracellulaire
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MATIÈRES

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The Extracellular Matrix
 
TRANSCRIPTION

4.13: The Extracellular Matrix

4.13: Matrice extracellulaire

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.

Aperçu

Afin de maintenir l’organisation des tissus, de nombreuses cellules animales sont entourées de molécules structurelles qui composent la matrice extracellulaire (ECM). Ensemble, les molécules de l’ECM maintiennent l’intégrité structurelle des tissus ainsi que les propriétés spécifiques remarquables de certains tissus.

Composition de la matrice extracellulaire

La matrice extracellulaire (ECM) est généralement composée de substance moulue, d’un liquide gel, de composants fibreux et de nombreuses molécules structurellement et fonctionnellement diverses. Ces molécules comprennent les polysaccharides appelés glycosaminoglycanes (GAGs). Les GAG occupent la majeure partie de l’espace extracellulaire et occupent souvent un grand volume par rapport à leur masse. Il en résulte une matrice qui peut résister à d’énormes forces de compression. La plupart des GAG sont liés aux protéines , créant des protéoglycanes. Ces molécules retiennent les ions de sodium en fonction de leur charge positive et attirent donc l’eau, ce qui maintient l’ECM hydraté.

L’ECM contient également des fibres rigides telles que les collagènes, la principale composante protéique de l’ECM. Les collagènes sont les protéines les plus abondantes chez les animaux, ce qui représentent 25% des protéines par masse. Une grande diversité de collagènes avec des similitudes structurelles fournissent la force de traction à beaucoup de tissus.

Notamment, les tissus comme la peau, les vaisseaux sanguins et les poumons doivent être à la fois forts et extensibles pour remplir leur rôle physiologique. Une protéine appelée élastine donne des fibres particulières la capacité de s’étirer et de se rétracter. La fibronectine est une glycoprotéine importante dans l’adhérence cellulaire, car elle se fixe directement aux protéines qui s’étendent sur la membrane des cellules, en particulier les intégrines, reliant la membrane à l’ECM. L’intégrine interagit également avec le collagène qui peut susciter des réponses intracellulaires.

La composition extracellulaire de matrice est dépendante de tissu et de cellule

La composition et la proportion relative de chacune de ces molécules sont déterminées par l’emplacement, la fonction physiologique et les types de cellules voisines du tissu dans lequel les cellules résident. Cette composition moléculaire spécifique de l’ECM est appelée microenvironnement local. Les cellules d’un tissu particulier sécrètent des molécules qui déterminent l’ECM environnante. Par exemple, les cellules intestinales synthétisent, modifient et sécrètent les molécules nécessaires à la matrice qui les entoure, tandis que les ostéoblastes génèrent les molécules de l’ECM rigide de l’os humain. Cette diversité dans la composition ecm dans différents tissus crée des propriétés particulières en fonction de leur rôle et fonction uniques.

Matrice extracellulaire peut être impliqué dans la communication cellulaire

L’interaction entre les cellules et l’ECM locale a également eu un impact intracellulaire. Par exemple, les forces sur les molécules d’intégrine transmembrane peuvent entraîner l’activation du réseau intracellulaire d’actomyosine. Cela peut favoriser la migration cellulaire, la division et d’autres réponses cellulaires. Certaines de ces réponses incluent des changements dans l’expression des gènes et les cascades de signalisation cellulaire. De même, l’intégrine peut communiquer des informations intracellulaires à l’extérieur de la cellule. En outre, ECM est connu pour lier les molécules de signalisation, qui peuvent être libérés lors de la dégradation ECM.

Remodelage de la matrice extracellulaire

Les cellules animales doivent avoir la capacité de dégrader et de remodeler l’ECM. Cela est particulièrement vrai dans les cas de réparation et de croissance des tissus. Par conséquent, les cellules possèdent généralement les enzymes nécessaires pour décomposer l’ECM. Ces enzymes comprennent les métalogrotéases matricielles (MMP) qui travaillent avec d’autres enzymes pour dégrader les protéines telles que le collagène et la fibronectine. La dégradation et le remodelage d’ECM sont importants dans la croissance saine des tissus, y compris la branchement des vaisseaux sanguins. Sur le plan négatif, ECM remodelage contribue également à la métastase des cellules cancéreuses comme ils se propagent à travers le corps.


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