Co je to extracelulární matice?

Složení ECM

ECM je komplexní směs proteinů a glykosaminoglykanů (třída negativně nabitých polysacharidů). Skládá se ze tří kategorií materiálů:

1. Glykosaminoglykany a jejich proteoglykany, které odolávají tlakovým silám.
2. Adhezivní glykoproteiny (laminin, fibronektin, tenascin, nidogen)
3. Vláknité proteiny, které poskytují pevnost v tahu (kolageny, elastin)

Glykosaminoglykany (GAG)

GAG byly původně primárně známé jako „vesmírné výplně“ v ECM. Více nedávno ukázalo se, že jsou aktivními signálními molekulami, jejichž role v různých buněčných procesech (včetně produkce cytokinů, náboru leukocytů a zánětlivé odpovědi) jsou důležité pro řízení buněčného osudu7.

Glykosaminoglykany (GAG) jsou lineární polysacharidy složené dvou základních sacharidů: aminocukru a kyseliny uronové 2,3. Aminosacharidem je obvykle buď N-acetyl-D-glukosamin (D-GlcNAc) nebo N-acetyl-D-galaktosamin (D-GalNAc). kyselina je buď kyselina D-glukuronová (D-GlcA) nebo kyselina L-iduronová (L-IdoA) 7. Tyto základní složky jsou dále měněna epimerizací, sulfatací a deacetylací. Pořadí sacharidového řetězce a další chemické modifikace určují jejich specificitu a funkčnost7.

Hyaluronan je nejjednodušší GAG, protože je nesulfátovaný, nepodléhá epimerizaci a je složen z nemodifikovaného disacharidového opakování . Rovněž není obvykle kovalentně spojen s žádnými proteiny. Dalšími GAG jsou chondroitinsulfát (CS), dermatansulfát (DS), keratansulfát (KS) a heparan sulfát (HS). Tyto čtyři GAG jsou obvykle kovalentně připojeny k proteinům za vzniku proteoglykanů. Chondroitin a heparan sulfát jsou značně modifikovány sulfatací 1,2,3.

Proteoglykany

Proteoglykan se skládá z jádrového proteinu s jedním nebo více kovalentně připojenými GAG. Jsou uloženy v sekrečních granulích, vloženy do plazmatické membrány nebo sekretovány do ECM8. Tabulka 2 uvádí několik proteoglykanů spolu s jejich molekulovou hmotností, řetězci GAG a lokalizací tkáně.

Tabulka 2. Proteoglykany přítomné v ECM8

Glykoproteiny

Lamininy

V současné době je známo 15 heterotrimerních lamininů6. Laminin se skládá z α, β a γ řetězců, z nichž je 5 α, 4 β a 6 γ řetězců2. Má křížovou strukturu se 3 krátkými rameny a 1 dlouhým ramenem. Α řetězce mají velkou globulární doménu známou jako G doména na C-koncích. Tato doména se skládá ze 3 domén LG (LG1-LG3) připojených oblastí linkeru ke dvěma dalším doménám LG (LG4-LG5).Integriny se vážou na LG1-3 a dystroglykan na LG4-LG5. Bylo prokázáno, že heparansulfát se váže na LG4 α1 řetězce6. Laminin je složkou bazální matrice; přítomná izoforma lamininu se však liší podle tkáně2. Forma laminin-1 je nejvýznamnější v časném vývoji a skládá se z řetězců α1, β1 a γ16.

Fibronektin

Fibronektin je dimer s molekulovou hmotností ~ 270 kDa. Existuje v rozpustné formě v krvi a tělesných tekutinách a ve fibrilách v ECM. Váže kolagen, heparin, další proteiny fibronektinu a integriny na buněčném povrchu. Fibronektin váže integriny prostřednictvím tri-peptidového motivu argininu, glycinu a kyseliny asparagové (RGD) 2,3.

Vláknité proteiny

Kolagen

Kolageny jsou hlavní strukturální složka ECM1. Jsou nejrozšířenějším proteinem v kůži a kostech a tvoří 25% celkové proteinové hmoty2. Kolageny poskytují lešení pro připojení lamininu, proteoglykanů a receptorů na buněčném povrchu1. U obratlovců bylo dosud identifikováno 28 typů kolagenů (I – XXVIII). Kolageny jsou trojité šroubovicové proteiny, které jsou tvořeny buď homotrimery nebo heterotrimery polypeptidových řetězců, označovaných jako a-řetězce. α-řetězce mají tří aminokyselinovou repetici Gly-XY, kde X je typicky prolin a Y je 4-hydroxyprolin (posttranslačně modifikovaný prolin) 1,2.

Na základě jejich supramolekulárních architektur jsou tyto typy se dělí na:

• fibrilární (I, II, III, V, XI, XXIV a XXVII) – nejběžnější typ kolagenu, který tvoří 90% kolagenu v těle ; je prominentní v kostech, kůži, šlachách, vazech a chrupavkách. Fibrily mají průměr 10–30 nm v průměru a shromážděná kolagenová vlákna mohou mít průměr 500–3 000 nm.
• Fibrilované (FACIT) (IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX , XXI, XXII); tyto kolageny netvoří fibrily; místo toho se váží na kolageny tvořící fibrily; předpokládá se, že objednávají kolagenová vlákna v matrici
• korálkové vlákno (VI)
• formující síť (IV, VIII a X); tyto tvoří síťovité struktury, například v bazální membráně; také interagují s ukotvenými vlákny (typ VII), které spojují bazální membránu s kolagenem a lamininem v ECM. Kolagen IV se sám sestavuje a je pomocný při tvorbě bazální membrány.
• transmembránové kolageny (XIII, XVII, XXIII, XXV) Tyto suprastruktury mají funkční role v buněčné adhezi, diferenciaci, vývoji tkáně a strukturální integritě

Elastin

Elastin, jak naznačuje jeho název, poskytuje ECM pružnost. Vyrábí se jako tropoelastin, prekurzorový protein 72 kDa, a vylučuje se z buňky. V extracelulárním prostoru se zesíťuje s dalšími molekulami elastinu a vytváří listy a vlákna. Elastin je primární protein ECM přítomný v tepnách, kde tvoří ~ 50% jejich suché hmotnosti2.