Hlavní prvky ECM
„Základní matrisome“ 3 obsahuje přibližně 300 proteinů. Mezi hlavní složky patří kolageny, proteoglykany, elastin a glykoproteiny vázající se na buňky, každý s odlišnými fyzikálními a biochemickými vlastnostmi.
Kolagen se skládá ze 3 polypeptidových α řetězců, které tvoří trojitou šroubovicovou strukturu. U obratlovců se 46 odlišných kolagenových řetězců shromažďuje a tvoří 28 typů kolagenu2,4 které jsou kategorizovány do fibril tvořících kolagenů (např. typy I, II, III), síťotvorných kolagenů (např. kolagen bazální membrány typu IV), fibril asociovaných kolagenů s přerušením v jejich trojitých šroubovicích nebo FACIT (např. typy IX, XII) a další (např. typ VI). Kolageny tvořící vlákniny obsahují kontinuální domény vytvářející trojitou šroubovici ohraničené amino- a karboxyl-terminálními nekolagenními doménami. Tyto nekolagenní domény jsou proteolyticky odstraněny a jsou vytvořeny trojité helixy související la opravdu do fibril. Nevláknové supramolekulární struktury, jako jsou sítě kolagenu IV v bazálních membránách a perličková vlákna, jsou tvořeny nevláknovými kolageny. FACIT se nesestavují do fibril samy o sobě, ale jsou spojeny s kolagenovými fibrilami.
Specifické prolinové zbytky v kolagenech jsou hydroxylovány prolyl 4-hydroxylázou a prolyl 3-hydroxylázou. Vybrané lysinové zbytky jsou také hydroxylovány lysylhydroxylázou. Fibrilární prokolageny se po zpracování vylučují do extracelulárního prostoru, kde jsou odstraněny jejich propeptidy. Výsledné kolageny se poté shromáždí do fibril prostřednictvím kovalentních příčných vazeb vytvořených mezi lysinovými zbytky dvou kolagenových řetězců procesem katalyzovaným extracelulárním enzymem lysyl oxidázy (LOX). Kolagenní páteř určuje architekturu, tvar a organizaci tkáně.
Proteoglykany se skládají z jádrového proteinu, ke kterému jsou připojeny boční řetězce glykosaminoglykanu (GAG). GAG jsou lineární aniontové polysacharidy vyrobené z opakujících se disacharidových jednotek. Existují čtyři skupiny GAG: kyselina hyaluronová, keratansulfát; chondroitin / dermatan sulfát; a heparan sulfát, včetně heparinu. Všechny kromě kyseliny hyaluronové jsou sulfatovány. Vysoce záporně nabité řetězce GAG umožňují proteoglykanům izolovat vodu a dvojmocné kationty, což jim uděluje funkce vyplňování prostoru a mazání. Mezi vylučované proteoglykany patří velké proteoglykany, jako je aggrecan a versican, malé proteoglykany bohaté na leucin, jako je decorin a lumican, a proteoglykany v bazální membráně, jako je perlecan. Syndekany jsou asociovány s povrchem buňky, zatímco serglycin je intracelulární proteoglykan. Molekulární rozmanitost proteoglykanů poskytuje strukturální základ pro řadu biologických funkcí. Například aggrecan v chrupavce vytváří pružnost a vysokou biomechanickou odolnost vůči tlaku. Decorin a lumican mají regulační roli v sestavě kolagenových vláken. Proteoglykany také interagují s růstovými faktory a receptory růstových faktorů a jsou zapojeny do buněčné signalizace5 a biologických procesů, včetně angiogeneze.
Rodina lamininů obsahuje asi 20 glykoproteinů, které jsou sestaveny do zesítěného pásu, protkaného síť kolagenu typu IV v bazálních membránách. Jsou to heterotrimery (400–800 kDa) skládající se z jednoho α, jednoho β a jednoho γ řetězce. U obratlovců bylo identifikováno pět α, tři β a tři γ řetězce. Mnoho lamininů se samo sestavuje a vytváří sítě, které zůstávají v těsném spojení s buňkami prostřednictvím interakcí s receptory buněčného povrchu. Lamininy jsou nezbytné pro časný embryonální vývoj a organogenezi.6
Fibronektin je zásadní pro připojení a migraci buněk a funguje jako „biologické lepidlo“. Monomer fibronektinu (~ 250 kDa) je vyroben z podjednotek, které obsahují tři typy opakování: I, II a III. Fibronektin je vylučován jako dimery spojené disulfidovými vazbami a má vazebná místa k dalším dimerům fibronektinu, kolagenu, heparinu a receptorům na buněčném povrchu. V opakování FNIII10 existuje důležitý Arg- Gly-Asp vazebné místo pro buňky. Dimery fibronektinu mohou tvořit multimery. S pokračujícím ukládáním se fibrily prodlužují a zesilují a fibronektinové fibrily lze dále zpracovat na matrici nerozpustnou v deoxycholátu.7
Elastin dodává pružnost tkáně vystavené opakovanému protahování, jako jsou cévní cévy a plíce. Je kódována jediným genem u savců a je vylučována jako monomer tropoelastinu 60–70 kDa. Tropoelastin se za pomoci fibulinů sdružuje s h mikrofibrily za vzniku elastických vláken. Všechny tropoelastiny sdílejí charakteristické doménové uspořádání hydrofobních sekvencí střídajících se se zesíťujícími motivy obsahujícími lysin. Mikrofibrilární proteiny fibriliny a glyfoprotein-1 asociovaný s mikrofibrilami interagují přímo s elastinem a jsou důležité pro jeho nukleaci a sestavení.2 Rozhodujícím rysem elastického vlákna, rozhodujícího pro jeho správnou funkci, je rozsáhlé zesíťování tropoelastinu zprostředkované LOX, které oxiduje selektivní lysinové zbytky v peptidové vazbě na allysin. V elastinu existují dvě hlavní bifunkční příčné vazby: dehydrolysinonorleucin, vytvořený kondenzací jednoho zbytku allysinu a jednoho z lysinu, a allysin aldol, vytvořený spojením dvou zbytků allysinu. Tyto dvě příčné vazby mohou dále kondenzovat navzájem nebo s jinými meziprodukty za vzniku desmosinu nebo isodesmosinu. Elektronová mikroskopie a zobrazovací studie ukazují, že tropoelastin se shromažďuje do malých globulárních agregátů na buněčném povrchu (mikroskládání). Začíná síťování, které má za následek ztrátu pozitivních nábojů na molekule, což umožňuje uvolňování tropoelastinu z buňky a napomáhá globální fúzi v přítomnosti mikrofibril (makrosestava). Fibulin-4 hraje roli v raných fázích sestavování elastinu a fibulin-5 působí na přemostění elastinu mezi matricí a buňkami.8
