Czym jest macierz zewnątrzkomórkowa?

Skład ECM

ECM to złożona mieszanina białek i glikozaminoglikanów (klasa ujemnie naładowanych polisacharydów). Składa się z trzech kategorii materiałów:

1. Glikozaminoglikany i ich proteoglikany odporne na siły ściskające
2. Adhezyjne glikoproteiny (laminina, fibronektyna, tenascyna, nidogen)
3. Włókniste proteiny, które zapewniają wytrzymałość na rozciąganie (kolageny, elastyna)

Glikozaminoglikany (GAG)

GAG były pierwotnie znane jako „wypełniacze przestrzeni” w ECM. okazały się być aktywnymi cząsteczkami sygnałowymi, których rola w różnych procesach komórkowych (w tym w produkcji cytokin, rekrutacji leukocytów i odpowiedzi zapalnej) jest ważna dla kontrolowania losu komórki7.

Glikozaminoglikany (GAG) to liniowe polisacharydy złożone dwóch zasadowych sacharydów: aminocukru i kwasu uronowego 2,3. Aminocukrem jest zazwyczaj N-acetylo-D-glukozamina (D-GlcNAc) lub N-acetylo-D-galaktozamina (D-GalNAc). kwasem jest kwas D-glukuronowy (D-GlcA) lub kwas L-iduronowy (L-IdoA) 7. Te podstawowe składniki to dalej zróżnicowane przez epimeryzację, siarczanowanie i deacetylację. Kolejność łańcucha węglowodanowego i inne modyfikacje chemiczne determinują ich specyficzność i funkcjonalność7.

Hialuronian jest najprostszym GAG, ponieważ nie jest siarczanowany, nie ulega epimeryzacji i składa się z niezmodyfikowanych powtórzeń disacharydowych . Nie jest też typowo związany kowalencyjnie z jakimikolwiek białkami. Pozostałe GAG to siarczan chondroityny (CS), siarczan dermatanu (DS), siarczan keratanu (KS) i siarczan heparanu (HS). Te cztery GAG są zazwyczaj kowalencyjnie przyłączone do białek, tworząc proteoglikany. Chondroityna i siarczan heparanu są w znacznym stopniu modyfikowane przez siarczanowanie 1, 2, 3.

Proteoglikany

Proteoglikan składa się z białka rdzeniowego z jednym lub więcej przyłączonymi kowalencyjnie GAG. Są przechowywane w wydzielniczych granulkach, wprowadzane do błony komórkowej lub wydzielane do ECM8. W tabeli 2 wymieniono kilka proteoglikanów wraz z ich masą cząsteczkową, łańcuchami GAG i lokalizacją w tkankach.

Tabela 2. Proteoglikany obecne w ECM8

Glikoproteiny

Laminina

Obecnie istnieje 15 znanych heterotrimerycznych laminin6. Laminina składa się z łańcuchów α, β i γ, z których jest 5 łańcuchów α, 4 β i 6 γ2. Ma konstrukcję krzyżową z 3 krótkimi ramionami i 1 długim ramieniem. Łańcuchy α posiadają dużą domenę kulistą znaną jako domena G na C-końcu. Ta domena składa się z 3 domen LG (LG1-LG3) połączonych regionem linkera z dwoma kolejnymi domenami LG (LG4-LG5).Integriny wiążą się z LG1-3, a dystroglikan z LG4-LG5. Wykazano, że siarczan heparanu wiąże się z LG4 łańcucha α1. Laminina jest składnikiem macierzy piwnicznej; jednakże obecna izoforma lamininy różni się w zależności od tkanki2. Forma lamininy-1 jest najbardziej widoczna we wczesnym rozwoju i składa się z łańcuchów α1, β1 i γ16.

Fibronektyna

Fibronektyna jest dimerem o masie cząsteczkowej ~ 270 kDa. Występuje w postaci rozpuszczalnej we krwi i płynach ustrojowych oraz we włóknach w ECM. Wiąże kolagen, heparynę, inne białka fibronektyny i integryny powierzchniowe komórki. Fibronektyna wiąże integryny poprzez trójpeptydowy motyw argininy, glicyny i kwasu asparaginowego (RGD) 2,3.

Białka włókniste

Kolagen

Kolageny są główny element strukturalny ECM1. Są najbardziej rozpowszechnionym białkiem w skórze i kościach, stanowiąc 25% całkowitej masy białka2. Kolageny stanowią rusztowanie do przyłączania lamininy, proteoglikanów i receptorów na powierzchni komórki1. Jak dotąd zidentyfikowano u kręgowców dwadzieścia osiem typów kolagenów (I – XXVIII )1. Kolageny to potrójne helikalne białka, które powstają z homotrimerów lub heterotrimerów łańcuchów polipeptydowych, określanych jako łańcuchy α. Łańcuchy α mają powtórzenie trzech aminokwasów Gly-XY, gdzie X to zazwyczaj prolina, a Y to 4-hydroksyprolina (prolina zmodyfikowana potranslacyjnie) 1,2.

Opierając się na ich supramolekularnej architekturze, te typy są podzielone na:

• fibrylarne (I, II, III, V, XI, XXIV i XXVII) – najpowszechniejszy typ kolagenu, który stanowi 90% kolagenu w organizmie ; jest widoczny w kości, skórze, ścięgnach, więzadłach i chrząstce. Włókna mają średnicę 10-30 nm, a zebrane włókna kolagenowe mogą mieć średnicę 500-3000 nm.
• związane z fibrylami (FACIT) (IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX , XXI, XXII); te kolageny nie tworzą włókienek; zamiast tego przyczepiają się do kolagenów tworzących włókna; uważa się, że porządkują one włókienka kolagenowe w macierzy
• perełki (VI)
• tworzące sieci (IV, VIII i X); tworzą one struktury przypominające siatkę, takie jak membrana podstawowa; oddziałują również z kotwiczącymi włóknami (typ VII), które łączą błonę podstawną z kolagenem i lamininą w macierzy zewnątrzkomórkowej. Kolagen IV samoorganizuje się i odgrywa zasadniczą rolę w tworzeniu błony podstawnej.
• kolageny przezbłonowe (XIII, XVII, XXIII, XXV) Te suprastruktury pełnią funkcjonalną rolę w adhezji komórek, różnicowaniu, rozwoju tkanki i integralności strukturalnej1.

Elastyna

Elastyna, jak sama nazwa wskazuje, zapewnia elastyczność ECM. Jest produkowany jako tropoelastyna, białko prekursorowe o masie 72 kDa i jest wydzielany z komórki. W przestrzeni zewnątrzkomórkowej sieciuje się z innymi cząsteczkami elastyny, tworząc arkusze i włókna. Elastyna jest głównym białkiem ECM obecnym w tętnicach, gdzie stanowi ~ 50% ich suchej masy2.