Thành phần chất nền ngoại bào

Chất nền ngoại bào (ECM) là mạng lưới không phải tế bào bao quanh các tế bào của mô liên kết và hầu hết các mô khác. Nó có hai thành phần chính: các protein dạng sợi tạo cho chất nền các đặc tính cơ học của nó và một chất nền cơ bản ngậm nước gồm proteoglycan và glycoprotein lấp đầy không gian còn lại. Cùng với nhau, chúng xác định độ bền, khả năng phục hồi của chất nền và cách các phân tử khuếch tán qua nó, làm cho thành phần trở thành biến số trung tâm đằng sau sự đa dạng của các mô liên kết.

Definition

Chất nền ngoại bào là mạng lưới các đại phân tử được tiết ra chiếm không gian giữa các tế bào, bao gồm các protein dạng sợi (đáng chú ý là collagen và elastin), proteoglycan và glycosaminoglycan tạo thành một chất nền cơ bản ngậm nước, và các glycoprotein kết dính như fibronectin và laminin làm trung gian cho sự gắn kết tế bào-chất nền.

Scope

Chủ đề này mô tả chất nền ngoại bào được tạo thành từ những gì — các protein dạng sợi, chất nền cơ bản gồm proteoglycan và glycosaminoglycan, và các glycoprotein kết dính liên kết các tế bào với chất nền — và cách các thành phần này được tổ chức và luân chuyển. Việc xử lý chi tiết các loại sợi riêng lẻ được dành cho chủ đề collagen và sợi đàn hồi. Đây là một tài liệu tham khảo cấu trúc, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Các loại phân tử chính tạo nên chất nền ngoại bào là gì?
• Chất nền cơ bản khác với thành phần dạng sợi về cấu trúc và chức năng như thế nào?
• Chất nền được tổng hợp, tái tạo và phân hủy liên tục như thế nào?

Key concepts

• Protein dạng sợi (collagen, elastin)
• Chất nền cơ bản
• Proteoglycan và glycosaminoglycan (GAGs)
• Hydrat hóa và tính chất trương nở/liên kết nước
• Glycoprotein kết dính (fibronectin, laminin)
• Matrix metalloproteinase và tái tạo
• Matrisome (toàn bộ danh mục các phân tử chất nền)

Mechanisms

Chất nền được xây dựng từ các phân tử mà các tế bào tiết ra vào không gian xung quanh. Các protein dạng sợi — chủ yếu là collagen, với elastin ở những nơi cần độ đàn hồi — cung cấp độ bền kéo và độ đàn hồi. Lấp đầy không gian giữa các sợi là chất nền cơ bản, một gel gồm proteoglycan (các protein lõi mang các chuỗi glycosaminoglycan dài, tích điện âm cao như hyaluronan, chondroitin sulfate và heparan sulfate). Các điện tích âm cố định hút nước và cation, do đó chất nền cơ bản được hydrat hóa mạnh và chống lại sự nén trong khi cho phép khuếch tán các chất dinh dưỡng, khí và phân tử tín hiệu. Các glycoprotein kết dính như fibronectin và laminin nối các tế bào với chất nền bằng cách liên kết cả các thành phần chất nền và integrin bề mặt tế bào, tích hợp các tín hiệu cơ học và hóa học. Chất nền không tĩnh: nó liên tục được tổng hợp và phân hủy, với các enzyme như matrix metalloproteinase tái tạo nó trong quá trình tăng trưởng, sửa chữa và luân chuyển.

Clinical relevance

Thành phần chất nền định hình cách các mô chịu tải, truyền tín hiệu và tái tạo trong quá trình sửa chữa, do đó ECM bị thay đổi là một chủ đề lặp đi lặp lại trong xơ hóa, lành vết thương và lão hóa mô. Danh mục bình thường của các sợi, proteoglycan và glycoprotein kết dính được mô tả ở đây là điểm tham chiếu để diễn giải những thay đổi đó trong khoa học sức khỏe. Mục này mang tính mô tả và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Các nhà mô học từ lâu đã mô tả 'chất nền cơ bản' của mô liên kết trước khi biết hóa học của nó. Hóa sinh thế kỷ XX đã xác định các proteoglycan và glycosaminoglycan chịu trách nhiệm cho hành vi ngậm nước, giống gel của nó và các glycoprotein kết dính như fibronectin neo giữ các tế bào. Gần đây hơn, chất nền đã được phân loại toàn diện là matrisome, một danh mục gồm vài trăm protein cấu thành hoặc liên kết với chất nền ngoại bào.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa chất nền cơ bản và các sợi của chất nền là gì?

Các sợi (collagen, đàn hồi) là các protein cấu trúc không hòa tan tạo cho chất nền độ bền và khả năng phục hồi, trong khi chất nền cơ bản là gel ngậm nước của proteoglycan và glycoprotein lấp đầy không gian giữa các sợi và tế bào và qua đó các chất khuếch tán.

Tại sao chất nền cơ bản giữ nhiều nước như vậy?

Các chuỗi glycosaminoglycan của nó mang nhiều điện tích âm cố định hút cation và, cùng với chúng, nước, tạo ra một gel ngậm nước chống lại sự nén và cho phép khuếch tán chất dinh dưỡng và tín hiệu.