Hva er den ekstracellulære matrisen?

ECM-sammensetning

ECM er en kompleks blanding av proteiner og glykosaminoglykaner (en klasse med negativt ladede polysakkarider). Den består av tre kategorier av materialer:

1. Glykosaminoglykaner og proteoglykanene deres som motstår trykkrefter
2. Limglykoproteiner (laminin, fibronektin, tenascin, nidogen)
3. Fiberproteiner som gir strekkfasthet (kollagener, elastin)

Glykosaminoglykaner (GAG)

GAG var opprinnelig først og fremst kjent for å være «romfyllere» i ECM. Mer nylig de har vist seg å være aktive signalmolekyler hvis roller i en rekke cellulære prosesser (inkludert cytokinproduksjon, leukocyttrekruttering og inflammatorisk respons) er viktige for å kontrollere celle skjebne7.

Glykosaminoglykaner (GAGs) er lineære polysakkarider sammensatt av to basiske sakkarider: et aminosukker og en uronsyre 2,3 Aminosukkeret er typisk enten N-acetyl-D-glukosamin (D-GlcNAc) eller N-acetyl-D-galaktosamin (D-GalNAc). syre er enten D-glukuronsyre (D-GlcA) eller L-iduronsyre (L-IdoA) 7. Disse basiske komponentene er ytterligere variert ved epimerisering, sulfatering og deacetylering. Rekkefølgen av karbohydratkjeden og de andre kjemiske modifikasjonene bestemmer deres spesifisitet og funksjonalitet7.

Hyaluronan er den enkleste GAG siden den ikke er sulfatert, ikke gjennomgår epimerisering og består av en umodifisert disakkarid-gjentakelse . Det er heller ikke vanligvis kovalent knyttet til noen proteiner. De andre GAG-ene er kondroitinsulfat (CS), dermatansulfat (DS), keratansulfat (KS) og heparansulfat (HS). Disse fire GAG-ene er vanligvis kovalent festet til proteiner for å danne proteoglykaner. Kondroitin og heparansulfat modifiseres omfattende ved sulfatering 1,2,3.

Proteoglykaner

En proteoglykan er sammensatt av et kjerneprotein med en eller flere kovalent festede GAG-er. De lagres i sekretoriske granuler, settes inn i plasmamembranen eller skilles ut i ECM8. Tabell 2 viser flere proteoglykaner sammen med deres molekylvekt, GAG-kjeder og vevslokalisering.

Tabell 2. Proteoglykaner til stede i ECM8

Glykoproteiner

Laminin

For tiden er det 15 kjente heterotrimeriske lamininer6. Laminin består av α-, β- og γ-kjeder hvorav det er 5 α-, 4 β- og 6 γ-kjeder2. Den har en krysslignende struktur med 3 korte armer og 1 lang arm. Α-kjedene har et stort kuleformet domene kjent som G-domene ved C-terminalene. Dette domenet består av 3 LG-domener (LG1-LG3) som er koblet av en lenkeregion til ytterligere to LG-domener (LG4-LG5).Integriner binder seg til LG1-3 og dystroglykan til LG4-LG5. Heparansulfat har vist seg å binde seg til LG4 i a1-kjeden6. Laminin er en komponent i kjellermatrisen; imidlertid varierer isoformen av laminin med vevet2. Laminin-1-formen er den mest fremtredende i tidlig utvikling og består av α1-, β1- og γ1-kjeder6.

Fibronektin

Fibronektin er en dimer med en molekylvekt på ~ 270 kDa. Den eksisterer som en løselig form i blod og kroppsvæsker og i fibriller i ECM. Det binder kollagen, heparin, andre fibronektinproteiner og celleoverflateintegriner. Fibronektin binder integriner gjennom tri-peptidmotivet av arginin, glycin og asparaginsyre (RGD) 2,3.

Fiberholdige proteiner

Kollagen

Kollagener er den viktigste strukturelle komponenten i ECM1. De er det vanligste proteinet i hud og bein, og utgjør 25% av den totale proteinmassen2. Kollagener gir stillas for feste av laminin, proteoglykaner og celleoverflatereseptorer1. 28 typer kollagener (I – XXVIII) har hittil blitt identifisert hos virveldyr1. Kollagener er trippel spiralformede proteiner som er dannet av enten homotrimerer eller heterotrimerer av polypeptidkjeder, referert til som a-kjeder. α-kjeder har en tre aminosyrerepeter av Gly-XY, der X vanligvis er prolin og Y er 4-hydroksyprolin (posttranslasjonalt modifisert prolin) 1,2.

Basert på deres supramolekylære arkitekturer, er disse typer er delt inn i:

• fibrillar (I, II, III, V, XI, XXIV og XXVII) – den vanligste typen kollagen, som utgjør 90% av kollagenet i kroppen ; det er fremtredende i bein, hud, sener, leddbånd og brusk. Fibriller har en diameter på 10-30 nm i diameter, og sammensatte kollagenfibre kan ha en diameter på 500-3000 nm.
• fibrilassosiert (FACIT) (IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX , XXI, XXII); disse kollagenene danner ikke fibriller; i stedet fester de seg til fibrildannende kollagener; de antas å bestille kollagenfibriller i matrisen
• beaded filament (VI)
• nettverksdannende (IV, VIII og X); disse danner nettlignende strukturer som i kjellermembranen; de samhandler også med forankringsfibriller (type VII) som knytter kjellermembranen til kollagen og laminin i ECM. Kollagen IV selvmonteres og er medvirkende til dannelsen av kjellermembranen.
• transmembrane kollagener (XIII, XVII, XXIII, XXV) Disse superstrukturene har funksjonelle roller i celleheft, differensiering, vevsutvikling og strukturell integritet

Elastin

Elastin, som navnet antyder, gir ECM elastisitet. Den produseres som tropoelastin, et 72 kDa forløperprotein og skilles ut fra cellen. I det ekstracellulære rommet kryssbinder det seg med andre elastinmolekyler for å danne ark og fibre. Elastin er det primære ECM-proteinet som er tilstede i arteriene der det utgjør ~ 50% av tørrvekten2.