Główne elementy ECM
„Macierz rdzeniowy” 3 zawiera około 300 białek. Główne składniki to kolageny, proteoglikany, elastyna i glikoproteiny wiążące komórki, z których każda ma odmienne właściwości fizyczne i biochemiczne.
Kolagen składa się z 3 łańcuchów polipeptydowych α, które tworzą potrójną helikalną strukturę. U kręgowców 46 różnych łańcuchów kolagenu składa się, tworząc 28 typów kolagenu2,4 które są podzielone na kolageny tworzące fibryle (np. typy I, II, III), kolageny tworzące sieci (np. kolagen błony podstawnej typu IV), kolageny związane z fibrylami z przerwami w ich potrójnych helisach lub FACIT (np. typy IX, XII) i inne (np. typ VI). Kolageny tworzące fibryle zawierają ciągłe domeny tworzące potrójną helisę flankowane przez domeny niekolagenowe na końcu aminowym i karboksylowym. Te niekolagenowe domeny są usuwane proteolitycznie i tworzą się potrójne helisy. powiązany la terally w włókienka. Niewłókniste struktury supramolekularne, takie jak sieci kolagenu IV w błonach podstawnych i paciorkowe włókna, są tworzone przez niewłókniste kolageny. FACIT nie łączą się same w fibryle, ale są związane z włókienkami kolagenu.
Specyficzne reszty proliny w kolagenach są hydroksylowane przez 4-hydroksylazę prolilową i 3-hydroksylazę prolilową. Wybrane reszty lizyny są również hydroksylowane przez hydroksylazę lizylową. Fibrylarne prokolageny po przetworzeniu są wydzielane do przestrzeni zewnątrzkomórkowej, gdzie usuwane są ich propeptydy. Powstałe kolageny następnie łączą się w fibryle poprzez kowalencyjne wiązania krzyżowe utworzone między resztami lizyny dwóch łańcuchów kolagenu w procesie katalizowanym przez zewnątrzkomórkowy enzym oksydazy lizylowe (LOX). Szkielet kolagenowy decyduje o architekturze, kształcie i organizacji tkanki.
Proteoglikany składają się z białka rdzeniowego, do którego przyłączone są łańcuchy boczne glikozaminoglikanów (GAG). GAG to liniowe, anionowe polisacharydy zbudowane z powtarzających się jednostek disacharydowych. Istnieją cztery grupy GAG: kwas hialuronowy, siarczan keratanu; siarczan chondroityny / dermatanu; i siarczan heparanu, w tym heparyna. Wszystkie oprócz kwasu hialuronowego są siarczanowane. Wysoce ujemnie naładowane łańcuchy GAG umożliwiają proteoglikanom sekwestrowanie wody i dwuwartościowych kationów, nadając im funkcje wypełniania przestrzeni i smarowania. Wydzielane proteoglikany obejmują duże proteoglikany, takie jak agrekan i wersikan, małe proteoglikany bogate w leucynę, takie jak dekoryna i lumikan, oraz proteoglikany błony podstawnej, takie jak perlekan. Syndekany są związane z powierzchnią komórki, podczas gdy serglicyna jest wewnątrzkomórkowym proteoglikanem. Różnorodność molekularna proteoglikanów stanowi podstawę strukturalną dla wielu funkcji biologicznych. Na przykład agrekan w chrząstce generuje elastyczność i wysoką biomechaniczną odporność na nacisk. Decorin i lumican pełnią rolę regulacyjną w tworzeniu włókien kolagenowych. Proteoglikany oddziałują również z czynnikami wzrostu i receptorami czynników wzrostu i są zaangażowane w sygnalizację komórkową5 i procesy biologiczne, w tym angiogenezę.
Rodzina laminin obejmuje około 20 glikoprotein, które są połączone w usieciowaną sieć, przeplataną sieć kolagenu typu IV w błonach podstawnych. Są to heterotrimery (400–800 kDa) składające się z jednego łańcucha α, jednego β i jednego γ. U kręgowców zidentyfikowano pięć łańcuchów α, trzy β i trzy γ. Wiele laminin samoorganizuje się, tworząc sieci, które pozostają w ścisłym związku z komórkami poprzez interakcje z receptorami na powierzchni komórki. Lamininy są niezbędne do wczesnego rozwoju embrionalnego i organogenezy.6
Fibronektyna jest kluczowa dla przyczepiania się i migracji komórek, działając jako „klej biologiczny”. Monomer fibronektyny (~ 250 kDa) składa się z podjednostek zawierających trzy typy powtórzeń: I, II i III. Fibronektyna jest wydzielana w postaci dimerów połączonych wiązaniami dwusiarczkowymi i ma miejsca wiązania z innymi dimerami fibronektyny, kolagenem, heparyną i receptorami na powierzchni komórki. W powtórzeniu FNIII10 występuje ważny Arg- Miejsce wiązania komórek Gly-Asp. Dimery fibronektyny mogą tworzyć multimery. Przy ciągłym osadzaniu włókienka ulegają wydłużeniu i pogrubieniu, a fibryle fibronektyny można dalej przetwarzać w matrycę nierozpuszczalną w dezoksycholanach.7
Nadaje elastyna elastyczność w tkankach poddawanych wielokrotnemu rozciąganiu, takich jak naczynia naczyniowe i płuca. Jest kodowany przez pojedynczy gen u ssaków i jest wydzielany jako monomer tropoelastyny o masie 60–70 kDa. Tropoelastyna, z pomocą fibulin, łączy się z wit h mikrofibryle tworzące elastyczne włókna. Wszystkie tropoelastyny mają wspólny charakterystyczny układ domen z sekwencjami hydrofobowymi naprzemiennie z motywami sieciującymi zawierającymi lizynę. Białka mikrofibrylarne, fibryliny i związana z mikrofibryli glikoproteina-1 oddziałują bezpośrednio z elastyną i są ważne dla jej zarodkowania i składania.2 Kluczową cechą elastycznego włókna, kluczową dla jego prawidłowego funkcjonowania, jest rozległe sieciowanie tropoelastyny za pośrednictwem LOX, która utlenia selektywne reszty lizyny w wiązaniach peptydowych z allizyną. Istnieją dwa główne dwufunkcyjne wiązania krzyżowe w elastynie: dehydrolizynonorleucyna, utworzona przez kondensację jednej reszty alizyny i jednej z lizyny oraz aldol alizynowy, utworzony przez połączenie dwóch reszt allizyny. Te dwa wiązania poprzeczne mogą dalej kondensować się ze sobą lub z innymi związkami pośrednimi, tworząc desmozynę lub izodesmozynę. Mikroskopia elektronowa i badania obrazowe pokazują, że tropoelastyna jest łączona w małe globularne agregaty na powierzchni komórki (mikroasemblacja). Rozpoczyna się sieciowanie, które skutkuje utratą ładunków dodatnich na cząsteczce, umożliwiając uwolnienie tropoelastyny z komórki i wspomagając fuzję kulistą w obecności mikrofibryli (makroskładanie). Fibulina-4 odgrywa rolę we wczesnych etapach tworzenia elastyny, a fibulina-5 działa jako mostek między elastyną a komórkami.8
