องค์ประกอบของเมทริกซ์นอกเซลล์

เมทริกซ์นอกเซลล์ (ECM) คือเครือข่ายที่ไม่ใช่เซลล์ซึ่งล้อมรอบเซลล์ของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันและเนื้อเยื่อส่วนใหญ่ ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสองส่วน ได้แก่ โปรตีนเส้นใยที่ให้คุณสมบัติเชิงกลแก่เมทริกซ์ และสารพื้นฐานที่อุ้มน้ำซึ่งประกอบด้วยโปรตีโอไกลแคนและไกลโคโปรตีนที่เติมเต็มพื้นที่ที่เหลือ องค์ประกอบเหล่านี้ร่วมกันกำหนดความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และวิธีการแพร่ของโมเลกุลผ่านเมทริกซ์ ทำให้องค์ประกอบเป็นตัวแปรสำคัญที่อยู่เบื้องหลังความหลากหลายของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน

Definition

เมทริกซ์นอกเซลล์คือเครือข่ายของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่หลั่งออกมาซึ่งครอบครองพื้นที่ระหว่างเซลล์ ประกอบด้วยโปรตีนเส้นใย (โดยเฉพาะคอลลาเจนและอีลาสติน) โปรตีโอไกลแคนและไกลโคซามิโนไกลแคนซึ่งก่อตัวเป็นสารพื้นฐานที่อุ้มน้ำ และไกลโคโปรตีนยึดเกาะ เช่น ไฟโบรเนกตินและลามินินที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการยึดเกาะระหว่างเซลล์กับเมทริกซ์

Scope

หัวข้อนี้อธิบายว่าเมทริกซ์นอกเซลล์ประกอบด้วยอะไรบ้าง — โปรตีนเส้นใย สารพื้นฐานของโปรตีโอไกลแคนและไกลโคซามิโนไกลแคน และไกลโคโปรตีนยึดเกาะที่เชื่อมโยงเซลล์เข้ากับเมทริกซ์ — และวิธีการจัดระเบียบและการหมุนเวียนขององค์ประกอบเหล่านี้ การอธิบายรายละเอียดของเส้นใยแต่ละชนิดจะอยู่ในหัวข้อคอลลาเจนและเส้นใยยืดหยุ่น นี่คือข้อมูลอ้างอิงเชิงโครงสร้าง ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• โมเลกุลหลักที่ประกอบเป็นเมทริกซ์นอกเซลล์มีอะไรบ้าง?
• สารพื้นฐานแตกต่างจากองค์ประกอบเส้นใยในด้านโครงสร้างและหน้าที่อย่างไร?
• เมทริกซ์ถูกสังเคราะห์ ปรับโครงสร้างใหม่ และย่อยสลายอย่างต่อเนื่องได้อย่างไร?

Key concepts

• โปรตีนเส้นใย (คอลลาเจน, อีลาสติน)
• สารพื้นฐาน
• โปรตีโอไกลแคนและไกลโคซามิโนไกลแคน (GAGs)
• การอุ้มน้ำและคุณสมบัติการบวม/การจับน้ำ
• ไกลโคโปรตีนยึดเกาะ (ไฟโบรเนกติน, ลามินิน)
• เมทริกซ์เมทัลโลโปรตีเอสและการปรับโครงสร้างใหม่
• เมทริโซม (รายการโมเลกุลเมทริกซ์ทั้งหมด)

Mechanisms

เมทริกซ์สร้างขึ้นจากโมเลกุลที่เซลล์หลั่งออกสู่พื้นที่โดยรอบ โปรตีนเส้นใย — ส่วนใหญ่คือคอลลาเจน และอีลาสตินในบริเวณที่ต้องการการคืนตัว — ให้ความต้านทานแรงดึงและความยืดหยุ่น สารพื้นฐานซึ่งเป็นเจลของโปรตีโอไกลแคน (โปรตีนแกนกลางที่มีสายโซ่ไกลโคซามิโนไกลแคนยาวและมีประจุลบสูง เช่น ไฮยาลูโรแนน คอนดรอยตินซัลเฟต และเฮปารันซัลเฟต) จะเติมเต็มพื้นที่ระหว่างเส้นใย ประจุลบที่คงที่ดึงดูดน้ำและแคตไอออน ทำให้สารพื้นฐานอุ้มน้ำอย่างมากและต้านทานการบีบอัด ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้สารอาหาร ก๊าซ และโมเลกุลส่งสัญญาณสามารถแพร่ผ่านได้ ไกลโคโปรตีนยึดเกาะ เช่น ไฟโบรเนกตินและลามินิน เชื่อมโยงเซลล์เข้ากับเมทริกซ์โดยการจับกับทั้งองค์ประกอบของเมทริกซ์และอินทิกรินบนผิวเซลล์ ซึ่งเป็นการรวมสัญญาณเชิงกลและเคมีเข้าด้วยกัน เมทริกซ์ไม่ได้หยุดนิ่ง: มันถูกสังเคราะห์และย่อยสลายอย่างต่อเนื่อง โดยมีเอนไซม์เช่น เมทริกซ์เมทัลโลโปรตีเอส (matrix metalloproteinases) ทำการปรับโครงสร้างใหม่ในระหว่างการเจริญเติบโต การซ่อมแซม และการหมุนเวียน

Clinical relevance

องค์ประกอบของเมทริกซ์มีผลต่อวิธีการที่เนื้อเยื่อรับน้ำหนัก ส่งสัญญาณ และปรับโครงสร้างใหม่ในระหว่างการซ่อมแซม ดังนั้น ECM ที่เปลี่ยนแปลงไปจึงเป็นประเด็นที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในภาวะพังผืด การสมานแผล และการเสื่อมสภาพของเนื้อเยื่อตามวัย รายการเส้นใย โปรตีโอไกลแคน และไกลโคโปรตีนยึดเกาะปกติที่อธิบายไว้ในที่นี้เป็นจุดอ้างอิงสำหรับการตีความการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในวิทยาศาสตร์สุขภาพ ข้อมูลนี้เป็นเพียงการอธิบายและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา

History

นักประวัติศาสตร์ได้อธิบาย 'สารพื้นฐาน' ของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันมานานก่อนที่จะทราบถึงองค์ประกอบทางเคมี ชีวเคมีในศตวรรษที่ 20 ได้ระบุโปรตีโอไกลแคนและไกลโคซามิโนไกลแคนที่รับผิดชอบต่อพฤติกรรมคล้ายเจลที่อุ้มน้ำ และไกลโคโปรตีนยึดเกาะ เช่น ไฟโบรเนกตินที่ยึดเซลล์ไว้ เมื่อไม่นานมานี้ เมทริกซ์ได้รับการจัดหมวดหมู่อย่างครอบคลุมว่าเป็นเมทริโซม (matrisome) ซึ่งเป็นรายการของโปรตีนหลายร้อยชนิดที่เป็นส่วนประกอบหรือเกี่ยวข้องกับเมทริกซ์นอกเซลล์

Seminal works

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

Frequently asked questions

สารพื้นฐานและเส้นใยของเมทริกซ์แตกต่างกันอย่างไร?

เส้นใย (คอลลาเจน, อีลาสติก) เป็นโปรตีนโครงสร้างที่ไม่ละลายน้ำซึ่งให้ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นแก่เมทริกซ์ ในขณะที่สารพื้นฐานเป็นเจลที่อุ้มน้ำซึ่งประกอบด้วยโปรตีโอไกลแคนและไกลโคโปรตีนที่เติมเต็มช่องว่างระหว่างเส้นใยและเซลล์ และเป็นช่องทางให้สารต่างๆ แพร่ผ่าน

ทำไมสารพื้นฐานจึงอุ้มน้ำไว้มาก?

สายโซ่ไกลโคซามิโนไกลแคนของมันมีประจุลบที่คงที่จำนวนมากซึ่งดึงดูดแคตไอออน และด้วยแคตไอออนนั้นก็ดึงดูดน้ำ ทำให้เกิดเจลที่อุ้มน้ำซึ่งต้านทานการบีบอัดและช่วยให้สารอาหารและสัญญาณต่างๆ แพร่ผ่านได้