Состав внеклеточного матрикса

Внеклеточный матрикс (ВКМ) — это неклеточная сеть, окружающая клетки соединительной ткани и большинства других тканей. Он состоит из двух основных компонентов: волокнистых белков, которые придают матриксу механические свойства, и гидратированного основного вещества из протеогликанов и гликопротеинов, заполняющего оставшееся пространство. Вместе они определяют прочность, эластичность матрикса и способ диффузии молекул через него, что делает состав центральной переменной, определяющей разнообразие соединительных тканей.

Definition

Внеклеточный матрикс — это сеть секретируемых макромолекул, занимающих пространство между клетками, состоящая из волокнистых белков (в частности, коллагенов и эластина), протеогликанов и гликозаминогликанов, образующих гидратированное основное вещество, а также адгезивных гликопротеинов, таких как фибронектин и ламинин, которые опосредуют прикрепление клеток к матриксу.

Scope

Эта тема описывает, из чего состоит внеклеточный матрикс — волокнистые белки, основное вещество из протеогликанов и гликозаминогликанов, а также адгезивные гликопротеины, связывающие клетки с матриксом, — и как эти компоненты организованы и обновляются. Подробное рассмотрение отдельных типов волокон оставлено для темы «Коллагеновые и эластические волокна». Это структурный справочник, а не клиническое руководство.

Core questions

• Какие основные молекулярные классы составляют внеклеточный матрикс?
• Чем основное вещество отличается от волокнистого компонента по структуре и функции?
• Как матрикс непрерывно синтезируется, ремоделируется и деградирует?

Key concepts

• Волокнистые белки (коллагены, эластин)
• Основное вещество
• Протеогликаны и гликозаминогликаны (ГАГ)
• Гидратация и свойство набухания/связывания воды
• Адгезивные гликопротеины (фибронектин, ламинин)
• Матриксные металлопротеиназы и ремоделирование
• Матрисом (полный перечень молекул матрикса)

Mechanisms

Матрикс строится из молекул, которые клетки секретируют в окружающее пространство. Волокнистые белки — главным образом коллагены, а также эластин там, где необходима эластичность, — обеспечивают прочность на разрыв и эластичность. Пространство между волокнами заполняет основное вещество, гель из протеогликанов (основные белки, несущие длинные, сильно отрицательно заряженные цепи гликозаминогликанов, такие как гиалуронан, хондроитинсульфат и гепарансульфат). Фиксированные отрицательные заряды притягивают воду и катионы, поэтому основное вещество сильно гидратировано и сопротивляется сжатию, одновременно допуская диффузию питательных веществ, газов и сигнальных молекул. Адгезивные гликопротеины, такие как фибронектин и ламинин, связывают клетки с матриксом, связываясь как с компонентами матрикса, так и с интегринами на поверхности клеток, интегрируя механические и химические сигналы. Матрикс не статичен: он непрерывно синтезируется и деградирует, при этом ферменты, такие как матриксные металлопротеиназы, ремоделируют его во время роста, восстановления и обновления.

Clinical relevance

Состав матрикса определяет, как ткани выдерживают нагрузку, передают сигналы и ремоделируются во время восстановления, поэтому измененный ВКМ является повторяющейся темой при фиброзе, заживлении ран и старении тканей. Нормальный состав волокон, протеогликанов и адгезивных гликопротеинов, описанный здесь, является отправной точкой для интерпретации таких изменений в науках о здоровье. Эта запись является описательной и не является основанием для диагностики или лечения.

History

Гистологи долго описывали «основное вещество» соединительной ткани до того, как стала известна его химия. Биохимия XX века идентифицировала протеогликаны и гликозаминогликаны, ответственные за его гидратированное, гелеобразное поведение, и адгезивные гликопротеины, такие как фибронектин, которые закрепляют клетки. Совсем недавно матрикс был всесторонне каталогизирован как матрисом, перечень нескольких сотен белков, которые составляют внеклеточный матрикс или ассоциированы с ним.

Seminal works

• frantz-2010
• hynes-2011
• theocharis-2016

Frequently asked questions

В чем разница между основным веществом и волокнами матрикса?

Волокна (коллаген, эластин) — это нерастворимые структурные белки, которые придают матриксу прочность и эластичность, в то время как основное вещество — это гидратированный гель из протеогликанов и гликопротеинов, который заполняет пространство между волокнами и клетками и через который диффундируют вещества.

Почему основное вещество удерживает так много воды?

Его цепи гликозаминогликанов несут множество фиксированных отрицательных зарядов, которые притягивают катионы и, вместе с ними, воду, образуя гидратированный гель, который сопротивляется сжатию и позволяет диффузию питательных веществ и сигналов.