細胞外マトリックスとは何ですか？

ECM組成

ECMは、タンパク質とグリコサミノグリカン（負に帯電した多糖類のクラス）の複雑な混合物です。材料の3つのカテゴリで構成されています：

1. 圧縮力に抵抗するグリコサミノグリカンとそのプロテオグリカン
2. 接着性糖タンパク質（ラミニン、フィブロネクチン、テネイシン、ニドゲン）
3. 引張強度を提供する線維性タンパク質（コラーゲン、エラスチン）

グリコサミノグリカン（GAG）

GAGは、もともとECMの「スペースフィラー」として主に知られていました。それらは、さまざまな細胞プロセス（サイトカイン産生、白血球動員、炎症反応など）における役割が細胞の運命を制御するために重要である活性シグナル伝達分子であることが示されています7。

グリコサミノグリカン（GAG）は線状多糖類で構成されていますアミノ糖とウロン酸の2つの塩基性糖類の組み合わせ2,3。アミノ糖は通常、N-アセチル-D-グルコサミン（D-GlcNAc）またはN-アセチル-D-ガラクトサミン（D-GalNAc）のいずれかです。酸はD-グルクロン酸（D-GlcA）またはL-イドロン酸（L-IdoA）のいずれかです7。これらの基本的な成分はエピマー化、硫酸化、および脱アセチル化によってさらに変化しました。炭水化物鎖と他の化学修飾の順序によって、それらの特異性と機能性が決まります7。

ヒアルロン酸は、硫酸化されておらず、エピマー化を受けず、修飾されていない二糖の繰り返しで構成されているため、最も単純なGAGです。 。また、通常、どのタンパク質にも共有結合していません。他のGAGは、コンドロイチン硫酸（CS）、デルマタン硫酸（DS）、ケラタン硫酸（KS）、およびヘパラン硫酸（HS）です。これらの4つのGAGは通常、タンパク質に共有結合してプロテオグリカンを形成します。コンドロイチンとヘパラン硫酸は、硫酸化によって広範囲に修飾されます1,2,3。

プロテオグリカン

プロテオグリカンは、1つまたは複数のGAGが共有結合したコアタンパク質で構成されています。それらは分泌顆粒に保存されるか、原形質膜に挿入されるか、ECM8に分泌されます。表2に、いくつかのプロテオグリカンとその分子量、GAG鎖、および組織の局在を示します。

表2.ECM8に存在するプロテオグリカン

糖タンパク質

ラミニン

現在、15の既知のヘテロ三量体ラミニンがあります6。ラミニンはα、β、γ鎖で構成されており、そのうち5α、4β、6γ鎖があります2。それは3つの短い腕と1つの長い腕を持つ十字のような構造を持っています。 α鎖は、C末端にGドメインとして知られる大きな球状ドメインを持っています。このドメインは、リンカー領域によってさらに2つのLGドメイン（LG4-LG5）に接続された3つのLGドメイン（LG1-LG3）で構成されています。インテグリンはLG1-3に結合し、ジストログリカンはLG4-LG5に結合します。ヘパラン硫酸は、α1鎖のLG4に結合することが示されています6。ラミニンは地下マトリックスの構成要素です。ただし、存在するラミニンのアイソフォームは組織によって異なります2。ラミニン-1型は初期の発達で最も顕著であり、α1、β1、およびγ1鎖で構成されています6。

フィブロネクチン

フィブロネクチンは、分子量が約270の二量体です。 kDa。それは、血液や体液、およびECMの原線維に可溶な形で存在します。コラーゲン、ヘパリン、その他のフィブロネクチンタンパク質、細胞表面インテグリンに結合します。フィブロネクチンは、アルギニン、グリシン、アスパラギン酸（RGD）のトリペプチドモチーフを介してインテグリンに結合します2,3。

繊維状タンパク質

コラーゲン

コラーゲンはECM1の主要な構造コンポーネント。それらは皮膚と骨で最も一般的なタンパク質であり、総タンパク質量の25％を占めています2。コラーゲンは、ラミニン、プロテオグリカン、細胞表面受容体を付着させるための足場を提供します1。これまでに脊椎動物では28種類のコラーゲン（I–XXVIII）が同定されています1。コラーゲンは、α鎖と呼ばれるポリペプチド鎖のホモ三量体またはヘテロ三量体のいずれかから形成される三重らせんタンパク質です。 α鎖にはGly-XYの3つのアミノ酸リピートがあり、Xは通常プロリン、Yは4-ヒドロキシプロリン（翻訳後修飾プロリン）1,2です。

それらの超分子構造に基づいて、これらはタイプは次のように分類されます：

• フィブリル（I、II、III、V、XI、XXIV、XXVII）–体内のコラーゲンの90％を占める最も一般的なタイプのコラーゲン;それは骨、皮膚、腱、靭帯、および軟骨で顕著です。フィブリルの直径は10〜30 nmで、組み立てられたコラーゲン繊維の直径は500〜3000nmです。
• フィブリル関連（FACIT）（IX、XII、XIV、XVI、XIX、XX） 、XXI、XXII）;これらのコラーゲンはフィブリルを形成しません。代わりに、それらは原線維形成コラーゲンに付着します。それらは、マトリックス内のコラーゲン原線維を秩序化すると考えられています
• ビーズフィラメント（VI）
• ネットワーク形成（IV、VIIIおよびX）。これらは、基底膜などの網目状の構造を形成します。それらはまた、基底膜をECMのコラーゲンおよびラミニンにリンクするアンカーフィブリル（タイプVII）と相互作用します。コラーゲンIVは自己組織化し、基底膜の形成に役立ちます。
• 膜貫通コラーゲン（XIII、XVII、XXIII、XXV）これらの超構造は、細胞接着、分化、組織発達、構造的完全性において機能的な役割を果たします1。

エラスチン

エラスチンは、その名前が示すように、ECMに弾力性を提供します。これは、72 kDaの前駆体タンパク質であるトロポエラスチンとして産生され、細胞から分泌されます。細胞外空間では、他のエラスチン分子と架橋してシートや繊維を形成します。エラスチンは動脈に存在する主要なECMタンパク質であり、乾燥重量の約50％を構成します2。