Was ist die extrazelluläre Matrix?

ECM-Zusammensetzung

Die ECM ist eine komplexe Mischung aus Proteinen und Glycosaminoglycanen (eine Klasse negativ geladener Polysaccharide). Es besteht aus drei Kategorien von Materialien:

1. Glykosaminoglykane und ihre Proteoglykane, die Druckkräften widerstehen.
2. Adhäsive Glykoproteine (Laminin, Fibronektin, Tenascin, Nidogen)
3. Faserproteine mit Zugfestigkeit (Kollagene, Elastin)

Glykosaminoglykane (GAGs)

GAGs waren ursprünglich in erster Linie als „Raumfüller“ in der ECM bekannt. In jüngerer Zeit Es wurde gezeigt, dass sie aktive Signalmoleküle sind, deren Rolle in einer Vielzahl von zellulären Prozessen (einschließlich Zytokinproduktion, Leukozytenrekrutierung und Entzündungsreaktion) für die Kontrolle des Zellschicksals wichtig ist7. Glycosaminoglycane (GAGs) sind lineare Polysaccharide von zwei basischen Sacchariden: einem Aminozucker und einer Uronsäure 2,3. Der Aminozucker ist typischerweise entweder N-Acetyl-D-Glucosamin (D-GlcNAc) oder N-Acetyl-D-Galactosamin (D-GalNAc) Säure ist entweder D-Glucuronsäure (D-GlcA) oder L-Iduronsäure (L-IdoA) 7. Diese basischen Komponenten sind weiter variiert durch Epimerisierung, Sulfatierung und Deacetylierung. Die Reihenfolge der Kohlenhydratkette und die anderen chemischen Modifikationen bestimmen ihre Spezifität und Funktionalität7.

Hyaluronan ist das einfachste GAG, da es nicht sulfatiert ist, keine Epimerisierung erfährt und aus einer unmodifizierten Disaccharidwiederholung besteht . Es ist auch typischerweise nicht kovalent an irgendwelche Proteine gebunden. Die anderen GAGs sind Chondroitinsulfat (CS), Dermatansulfat (DS), Keratansulfat (KS) und Heparansulfat (HS). Diese vier GAGs sind typischerweise kovalent an Proteine gebunden, um Proteoglycane zu bilden. Chondroitin und Heparansulfat werden durch Sulfatierung 1,2,3 weitgehend modifiziert.

Proteoglycane

Ein Proteoglycan besteht aus einem Kernprotein mit einem oder mehreren kovalent gebundenen GAGs. Sie werden in sekretorischen Granulaten aufbewahrt, in die Plasmamembran eingeführt oder in das ECM8 sekretiert. In Tabelle 2 sind mehrere Proteoglycane zusammen mit ihrem Molekulargewicht, ihren GAG-Ketten und ihrer Gewebelokalisierung aufgeführt.

Tabelle 2. In der ECM8 vorhandene Proteoglycane

Glykoproteine

Laminin

Derzeit sind 15 heterotrimere Laminine bekannt6. Laminin besteht aus α-, β- und γ-Ketten, von denen es 5 α-, 4 β- und 6 γ-Ketten gibt2. Es hat eine kreuzartige Struktur mit 3 kurzen Armen und 1 langen Arm. Die α-Ketten besitzen eine große globuläre Domäne, die als G-Domäne an den C-Termini bekannt ist. Diese Domain besteht aus 3 LG-Domains (LG1-LG3), die durch eine Linker-Region mit zwei weiteren LG-Domains (LG4-LG5) verbunden sind.Integrine binden an LG1-3 und Dystroglycan an LG4-LG5. Es wurde gezeigt, dass Heparansulfat an LG4 der α1-Kette6 bindet. Laminin ist ein Bestandteil der Basalmatrix; Die Isoform des vorhandenen Laminins variiert jedoch mit dem Gewebe2. Die Laminin-1-Form ist in der frühen Entwicklung am bekanntesten und besteht aus α1-, β1- und γ1-Ketten6. Fibronektin Fibronektin ist ein Dimer mit einem Molekulargewicht von ~ 270 kDa. Es liegt als lösliche Form in Blut und Körperflüssigkeiten sowie in Fibrillen in der ECM vor. Es bindet Kollagen, Heparin, andere Fibronektinproteine und Zelloberflächenintegrine. Fibronektin bindet Integrine über das Tripeptidmotiv von Arginin, Glycin und Asparaginsäure (RGD) 2,3. Faserproteine Kollagen sind Kollagene die Hauptstrukturkomponente des ECM1. Sie sind das am weitesten verbreitete Protein in Haut und Knochen und machen 25% der gesamten Proteinmasse aus2. Kollagene bilden ein Gerüst für die Anlagerung von Laminin, Proteoglykanen und Zelloberflächenrezeptoren1. Bisher wurden 28 Arten von Kollagenen (I – XXVIII) bei Wirbeltieren identifiziert1. Kollagene sind dreifach helikale Proteine, die entweder aus Homotrimeren oder Heterotrimeren von Polypeptidketten gebildet werden, die als α-Ketten bezeichnet werden. α-Ketten haben eine Drei-Aminosäuren-Wiederholung von Gly-XY, wobei X typischerweise Prolin und Y 4-Hydroxyprolin (posttranslational modifiziertes Prolin) 1,2 ist.

Basierend auf ihren supramolekularen Architekturen sind diese Die Typen sind unterteilt in:

• fibrillär (I, II, III, V, XI, XXIV und XXVII) – die häufigste Art von Kollagen, die 90% des Kollagens im Körper ausmacht ;; Es ist in Knochen, Haut, Sehnen, Bändern und Knorpel prominent. Fibrillen haben einen Durchmesser von 10 bis 30 nm und zusammengesetzte Kollagenfasern können einen Durchmesser von 500 bis 3000 nm haben. Fibrillenassoziiert (FACIT) (IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX XXI, XXII); Diese Kollagene bilden keine Fibrillen. stattdessen binden sie sich an fibrillenbildende Kollagene; Es wird angenommen, dass sie Kollagenfibrillen innerhalb des netzwerkbildenden Matrix-Perlenfilaments (VI) (IV, VIII und X) ordnen; diese bilden netzartige Strukturen wie in der Basalmembran; Sie interagieren auch mit Verankerungsfibrillen (Typ VII), die die Basalmembran mit Kollagen und Laminin in der ECM verbinden. Kollagen IV baut sich selbst auf und ist maßgeblich an der Bildung der Basalmembran beteiligt.
• Transmembrankollagene (XIII, XVII, XXIII, XXV) Diese Suprastrukturen spielen eine funktionelle Rolle bei der Zelladhäsion, Differenzierung, Gewebeentwicklung und strukturellen Integrität1.

Elastin

Elastin verleiht dem ECM, wie der Name schon sagt, Elastizität. Es wird als Tropoelastin, ein 72 kDa Vorläuferprotein, produziert und aus der Zelle ausgeschieden. Im extrazellulären Raum vernetzt es sich mit anderen Elastinmolekülen und bildet Blätter und Fasern. Elastin ist das primäre ECM-Protein, das in Arterien vorhanden ist, wo es ~ 50% ihres Trockengewichts ausmacht2.