Vad är den extracellulära matrisen?

ECM-sammansättning

ECM är en komplex blandning av proteiner och glykosaminoglykaner (en klass av negativt laddade polysackarider). Den består av tre kategorier av material:

1. Glykosaminoglykaner och deras proteoglykaner som motstår kompressionskrafter
2. Självhäftande glykoproteiner (laminin, fibronektin, tenascin, nidogen)
3. Fiberproteiner som ger draghållfasthet (kollagener, elastin)

Glykosaminoglykaner (GAG)

GAG var ursprungligen främst kända för att vara ”rymdfyllmedel” i ECM. Mer nyligen de har visat sig vara aktiva signalmolekyler vars roller i en mängd olika cellulära processer (inklusive cytokinproduktion, leukocytrekrytering och inflammatoriskt svar) är viktiga för att kontrollera cellens öde7.

Glykosaminoglykaner (GAG) är linjära polysackarider sammansatta av två basiska sackarider: ett aminosocker och en uronsyra 2,3 Aminosockret är typiskt antingen N-acetyl-D-glukosamin (D-GlcNAc) eller N-acetyl-D-galaktosamin (D-GalNAc). syra är antingen D-glukuronsyra (D-GlcA) eller L-iduronsyra (L-IdoA) 7. Dessa baskomponenter är ytterligare varieras genom epimerisering, sulfatering och deacetylering. Kolhydratkedjans ordning och andra kemiska modifieringar avgör deras specificitet och funktionalitet7.

Hyaluronan är den enklaste GAG eftersom den inte är sulfaterad, inte genomgår epimerisering och består av en omodifierad disackaridupprepning . Det är heller inte typiskt kovalent kopplat till några proteiner. De andra GAG: erna är kondroitinsulfat (CS), dermatansulfat (DS), keratansulfat (KS) och heparansulfat (HS). Dessa fyra GAGs är typiskt kovalent bundna till proteiner för att bilda proteoglykaner. Kondroitin och heparansulfat modifieras omfattande genom sulfatering 1,2,3.

Proteoglykaner

En proteoglykan består av ett kärnprotein med en eller flera kovalent bundna GAG. De lagras i sekretoriska granuler, införs i plasmamembranet eller utsöndras i ECM8. Tabell 2 listar flera proteoglykaner tillsammans med deras molekylvikt, GAG-kedjor och vävnadslokalisering ..

Tabell 2. Proteoglykaner närvarande i ECM8

Glykoproteiner

Laminin

För närvarande finns det 15 kända heterotrimeriska lamininer6. Laminin består av α-, β- och γ-kedjor, av vilka det finns 5 α-, 4 β- och 6 γ-kedjor2. Den har en korsliknande struktur med 3 korta armar och en lång arm. Α-kedjorna har en stor globulär domän som kallas G-domänen vid C-terminalerna. Den här domänen består av tre LG-domäner (LG1-LG3) kopplade av en länkarregion till ytterligare två LG-domäner (LG4-LG5).Integriner binder till LG1-3 och dystroglykan till LG4-LG5. Heparansulfat har visats binda till LG4 i al-kedjan6. Laminin är en komponent i källarmatrisen; emellertid varierar isoformen av närvarande laminin med vävnaden2. Laminin-1-formen är den mest framträdande i tidig utveckling och består av α1-, β1- och γ1-kedjor6.

Fibronektin

Fibronektin är en dimer med en molekylvikt av ~ 270 kDa. Det finns som en löslig form i blod och kroppsvätskor och i fibriller i ECM. Det binder kollagen, heparin, andra fibronektinproteiner och cellytaintegriner. Fibronektin binder integriner genom tri-peptidmotivet av arginin, glycin och asparaginsyra (RGD) 2,3.

Fiberhaltiga proteiner

Kollagen

Kollagener är den viktigaste strukturella komponenten i ECM1. De är det vanligaste proteinet i huden och benet och utgör 25% av den totala proteinmassan2. Kollagener ger ställningar för fastsättning av laminin, proteoglykaner och cellytereceptorer1. Tjugoåtta typer av kollagener (I – XXVIII) har hittills identifierats i ryggradsdjur1. Kollagener är tredubbla spiralformade proteiner som bildas från antingen homotrimerer eller heterotrimerer av polypeptidkedjor, benämnda a-kedjor. a-kedjor har en tre aminosyror upprepad av Gly-XY, där X typiskt är prolin och Y är 4-hydroxiprolin (post-translationellt modifierad prolin) 1,2.

Baserat på deras supramolekylära arkitekturer, dessa typer är uppdelade i:

• fibrillar (I, II, III, V, XI, XXIV och XXVII) – den vanligaste typen av kollagen, som står för 90% av kollagenet i kroppen ; det är framträdande i ben, hud, senor, ligament och brosk. Fibriller har en diameter på 10-30 nm i diameter och sammansatta kollagenfibrer kan ha en diameter på 500-3000 nm.
• fibrilassocierad (FACIT) (IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX , XXI, XXII); dessa kollagener bildar inte fibriller; istället fäster de vid fibrilbildande kollagener; de tros beställa kollagenfibriller inom matrisen
• pärlstav (VI)
• nätverksbildande (IV, VIII och X); dessa bildar nätliknande strukturer såsom i källarmembranet; de interagerar också med förankringsfibriller (typ VII) som länkar basalmembranet till kollagen och laminin i ECM. Kollagen IV självmonterar och är medverkande i bildandet av källarmembranet.
• transmembrana kollagener (XIII, XVII, XXIII, XXV) Dessa suprastructures har funktionella roller i celladhesion, differentiering, vävnadsutveckling och strukturell integritet

Elastin

Elastin, som namnet antyder, ger ECM elasticitet. Det produceras som tropoelastin, ett 72 kDa föregångarprotein och utsöndras från cellen. I det extracellulära utrymmet tvärbindes det med andra elastinmolekyler för att bilda ark och fibrer. Elastin är det primära ECM-proteinet som finns i artärer där det utgör ~ 50% av sin torra vikt2.