Что такое межклеточный матрикс? Его состав и функции.

Внеклеточный матрикс (межклеточный) (англ.  extracellular matrix, ECM) —внеклеточные структуры ткани. Внеклеточный матрикс составляет основу соединительной ткани, объединяет разрозненные клетки в единый многоклеточный организм, обеспечивает механическую поддержку клеток и транспорт химических веществ.

ВКМ словно «государство» для клеток: он отвечает за их благополучие и управляет всеми аспектами жизни, от питания и размножения до смерти.

Компоненты ВКМ синтезируют специализированные клетки. В соединительной ткани наиболее распространены фибробласты, но создавать ВКМ умеют и другие клетки: в хрящах, например, это хондроциты, в костях - остеобласты.

Компоненты матрикса могут синтезировать и клетки прилегающих органов: например, клетки эпителия сосудов производят компоненты рыхлой соединительной ткани.

Межклеточный матрикс выполняет разнообразные функции:

• обеспечивает механические контакты между клетками,
• образует механически прочные структуры, такие, как кости, хрящ, сухожилия и суставы,
• составляет основу фильтрующих мембран (например, в почках),
• изолирует клетки и ткани друг от друга (например, обеспечивает скольжение в суставах и движение клеток),
• формирует пути миграции клеток, вдоль которых они могут перемещаться, например, при эмбриональном развитии.

Таким образом, межклеточный матрикс чрезвычайно вариабелен как по химическому составу, так и по выполняемым функциям.

Металлопротеиназы – белки, наводящие порядок в ВКМ, разрушители его компонентов. Они «чистят путь» клеткам, которые движутся в ВКМ, и уничтожают старые и «сломанные» компоненты матрикса.

Основные компоненты внеклеточного матрикса - гликопротеины, протеогликаны и гиалуроновая кислота. В состав внеклеточного матрикса входит множество других компонентов: белки интегрин, фибронектин, фибрин, эластин и др. Коллаген является превалирующим гликопротеином внеклеточного матрикса.

Гликопротеины - двухкомпонентные белки, в которых белковая (пептидная) часть молекулы ковалентно соединена с одной или несколькими группами гетероолигосахаридов.

Доля углеводов не превышает 20%, углеводные цепи короткие, имеют нерегулярное строение и не содержат уроновых кислот.

Это такие важные структурные белки, как коллаген и эластин. Благодаря коллагену ВКМ приобретает прочность, а эластин дает гибкость и эластичность.

Протеогликаны – высокомолекулярные соединения, состоящие из белка (5–10%) и гликозаминогликанов (90–95%). Это строение объясняет их высокую молекулярную массу, также они образуют основное вещество межклеточного матрикса.

Они запасают воду и полезные вещества, выполняют функцию «магазина», из которого клетки получают необходимые «продукты». Кроме того, протеогликаны играют роль межтканевых прослоек и смазочного материала в суставах.

Интегрины - трансмембранные гетеродимерные клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным матриксом и передающие различные межклеточные сигналы. От них зависит форма клетки, её подвижность, они участвуют в регулировке клеточного цикла.

С помощью таких взаимодействий в клетках активируются сигнальные каскады, регулирующие экспрессию генов, отвечающие за пролиферацию и дифференцировку клеток, их выживание или апоптоз.

Структурно интегрины представляют собой облигатные гетеродимеры: каждый состоит из одной α- и одной β-субъединицы.

Интегрины улавливают химические и физические сигналы из внеклеточного матрикса и проводят их в клетку. Сигнал от интегринов передается в ядро через белки цитоскелета и сигнальные белки — это способ управления внеклеточного матрикса экспрессией генов и регулировка клеточной пролиферации. При посредничестве белков цитоскелета ВКМ также управляет формой и движениями клеток.

Фибронектины - адгезивные белки. Интегрины превращают фибронектины в нерастворимые нити - компоненты внеклеточного матрикса. Они помогают клеткам закрепляться на поверхностях и отвечают за их рост и перемещение в ВКМ

Молекулы фибронектинов - димеры сходных между собой полипептидных цепей (250 кДа), связанных дисульфидными связями. Субъединицы подразделяются на ряд различных «доменов» способных связываться с клеточными рецепторами, коллагенами, фибрином и протеогликанами. Такая особенность строения фибронектинов придает им свойство «молекулярного клея».

Гиалуроновая кислота (гиалуронат) - несульфированный гликозаминогликан, входящий в состав соединительной, эпителиальной и нервной тканей. Является одним из основных компонентов внеклеточного матрикса, содержится во многих биологических жидкостях (слюне, синовиальной жидкости и др.).

Синтезируется встроенными в мембрану белками и затем «выдавливается» через нее в межклеточное пространство. По составу ГК похожа на углеводную часть протеогликана - это полимер из остатков D-глюкуроновой кислоты и D-N-ацетилглюкозамина. ГК помогает интегринам проводить сигналы в клетку, регулирует клеточный ответ на эти сигналы и, как фибронектин, дает клеткам возможность закрепляться на различных поверхностях.

Внеклеточный матрикс есть во всех тканях организма, поэтому сбои в его функционировании ведут к развитию болезней соединительной ткани, преждевременному старению и гибели клеток. Для лечения заболеваний, связанных с нарушениями структуры соединительной ткани, необходимо изучать ВКМ. Таких болезней множество, они могут протекать тяжело и значительно ухудшать качество жизни пациентов.

Первые признаки старения, которые сразу заметны - слабость, хрупкость костей, появление морщин и возрастной пигментации. Многие из этих проблем связаны с необратимыми изменениями во внеклеточном матриксе.

Одна из причин старения кожи - нарушение работы фибробластов (клеток, синтезирующих компоненты ВКМ). При этом благополучие фибробластов зависит от состояния внеклеточного матрикса, получается замкнутый круг.

Источники: https://biomolecula.ru/, http://www.chem.msu.su/

Телефоны Учебного центра "Олта": 8-812-248-99-34, 8-812-248-99-38, 8-812-243-91-63, 8-929-105-68-44 

Заявка на заказ продукции здесь

График семинаров здесь